[PM/AA] Move the LibCall AA creation routine declaration to that
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolutionExpander.cpp
index 58181fb09f66878cc2a9def8fbdcd69225052068..42069d294038c1c50530ea6f8332fdaaf2737af4 100644 (file)
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
+#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
+#include "llvm/ADT/SmallSet.h"
+#include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
-#include "llvm/IntrinsicInst.h"
-#include "llvm/LLVMContext.h"
+#include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
+#include "llvm/IR/DataLayout.h"
+#include "llvm/IR/Dominators.h"
+#include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
+#include "llvm/IR/LLVMContext.h"
+#include "llvm/IR/Module.h"
+#include "llvm/IR/PatternMatch.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
-#include "llvm/Target/TargetData.h"
-#include "llvm/Target/TargetLowering.h"
-#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
+#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 
 using namespace llvm;
+using namespace PatternMatch;
 
 /// ReuseOrCreateCast - Arrange for there to be a cast of V to Ty at IP,
 /// reusing an existing cast if a suitable one exists, moving an existing
@@ -31,41 +38,52 @@ using namespace llvm;
 Value *SCEVExpander::ReuseOrCreateCast(Value *V, Type *Ty,
                                        Instruction::CastOps Op,
                                        BasicBlock::iterator IP) {
-  // All new or reused instructions must strictly dominate the Builder's
-  // InsertPt to ensure that the expression's expansion dominates its uses.
-  // Assert that the requested insertion point works at least for new
-  // instructions.
-  assert(SE.DT->dominates(IP, Builder.GetInsertPoint()));
+  // This function must be called with the builder having a valid insertion
+  // point. It doesn't need to be the actual IP where the uses of the returned
+  // cast will be added, but it must dominate such IP.
+  // We use this precondition to produce a cast that will dominate all its
+  // uses. In particular, this is crucial for the case where the builder's
+  // insertion point *is* the point where we were asked to put the cast.
+  // Since we don't know the builder's insertion point is actually
+  // where the uses will be added (only that it dominates it), we are
+  // not allowed to move it.
+  BasicBlock::iterator BIP = Builder.GetInsertPoint();
+
+  Instruction *Ret = nullptr;
 
   // Check to see if there is already a cast!
-  for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end();
-       UI != E; ++UI) {
-    User *U = *UI;
+  for (User *U : V->users())
     if (U->getType() == Ty)
       if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(U))
         if (CI->getOpcode() == Op) {
-          // If the cast isn't where we want it, fix it.
-          if (BasicBlock::iterator(CI) != IP
-              || IP == Builder.GetInsertPoint()) {
+          // If the cast isn't where we want it, create a new cast at IP.
+          // Likewise, do not reuse a cast at BIP because it must dominate
+          // instructions that might be inserted before BIP.
+          if (BasicBlock::iterator(CI) != IP || BIP == IP) {
             // Create a new cast, and leave the old cast in place in case
             // it is being used as an insert point. Clear its operand
             // so that it doesn't hold anything live.
-            Instruction *NewCI = CastInst::Create(Op, V, Ty, "", IP);
-            NewCI->takeName(CI);
-            CI->replaceAllUsesWith(NewCI);
+            Ret = CastInst::Create(Op, V, Ty, "", IP);
+            Ret->takeName(CI);
+            CI->replaceAllUsesWith(Ret);
             CI->setOperand(0, UndefValue::get(V->getType()));
-            rememberInstruction(NewCI);
-            return NewCI;
+            break;
           }
-          rememberInstruction(CI);
-          return CI;
+          Ret = CI;
+          break;
         }
-  }
 
   // Create a new cast.
-  Instruction *I = CastInst::Create(Op, V, Ty, V->getName(), IP);
-  rememberInstruction(I);
-  return I;
+  if (!Ret)
+    Ret = CastInst::Create(Op, V, Ty, V->getName(), IP);
+
+  // We assert at the end of the function since IP might point to an
+  // instruction with different dominance properties than a cast
+  // (an invoke for example) and not dominate BIP (but the cast does).
+  assert(SE.DT->dominates(Ret, BIP));
+
+  rememberInstruction(Ret);
+  return Ret;
 }
 
 /// InsertNoopCastOfTo - Insert a cast of V to the specified type,
@@ -162,8 +180,8 @@ Value *SCEVExpander::InsertBinop(Instruction::BinaryOps Opcode,
   }
 
   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
-  BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
-  BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
+  DebugLoc Loc = Builder.GetInsertPoint()->getDebugLoc();
+  BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
 
   // Move the insertion point out of as many loops as we can.
   while (const Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
@@ -177,13 +195,9 @@ Value *SCEVExpander::InsertBinop(Instruction::BinaryOps Opcode,
 
   // If we haven't found this binop, insert it.
   Instruction *BO = cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opcode, LHS, RHS));
-  BO->setDebugLoc(SaveInsertPt->getDebugLoc());
+  BO->setDebugLoc(Loc);
   rememberInstruction(BO);
 
-  // Restore the original insert point.
-  if (SaveInsertBB)
-    restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
-
   return BO;
 }
 
@@ -194,11 +208,9 @@ Value *SCEVExpander::InsertBinop(Instruction::BinaryOps Opcode,
 /// TODO: When ScalarEvolution gets a SCEVSDivExpr, this can be made
 /// unnecessary; in its place, just signed-divide Ops[i] by the scale and
 /// check to see if the divide was folded.
-static bool FactorOutConstant(const SCEV *&S,
-                              const SCEV *&Remainder,
-                              const SCEV *Factor,
-                              ScalarEvolution &SE,
-                              const TargetData *TD) {
+static bool FactorOutConstant(const SCEV *&S, const SCEV *&Remainder,
+                              const SCEV *Factor, ScalarEvolution &SE,
+                              const DataLayout &DL) {
   // Everything is divisible by one.
   if (Factor->isOne())
     return true;
@@ -238,50 +250,32 @@ static bool FactorOutConstant(const SCEV *&S,
   // In a Mul, check if there is a constant operand which is a multiple
   // of the given factor.
   if (const SCEVMulExpr *M = dyn_cast<SCEVMulExpr>(S)) {
-    if (TD) {
-      // With TargetData, the size is known. Check if there is a constant
-      // operand which is a multiple of the given factor. If so, we can
-      // factor it.
-      const SCEVConstant *FC = cast<SCEVConstant>(Factor);
-      if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(0)))
-        if (!C->getValue()->getValue().srem(FC->getValue()->getValue())) {
-          SmallVector<const SCEV *, 4> NewMulOps(M->op_begin(), M->op_end());
-          NewMulOps[0] =
-            SE.getConstant(C->getValue()->getValue().sdiv(
-                                                   FC->getValue()->getValue()));
-          S = SE.getMulExpr(NewMulOps);
-          return true;
-        }
-    } else {
-      // Without TargetData, check if Factor can be factored out of any of the
-      // Mul's operands. If so, we can just remove it.
-      for (unsigned i = 0, e = M->getNumOperands(); i != e; ++i) {
-        const SCEV *SOp = M->getOperand(i);
-        const SCEV *Remainder = SE.getConstant(SOp->getType(), 0);
-        if (FactorOutConstant(SOp, Remainder, Factor, SE, TD) &&
-            Remainder->isZero()) {
-          SmallVector<const SCEV *, 4> NewMulOps(M->op_begin(), M->op_end());
-          NewMulOps[i] = SOp;
-          S = SE.getMulExpr(NewMulOps);
-          return true;
-        }
+    // Size is known, check if there is a constant operand which is a multiple
+    // of the given factor. If so, we can factor it.
+    const SCEVConstant *FC = cast<SCEVConstant>(Factor);
+    if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(M->getOperand(0)))
+      if (!C->getValue()->getValue().srem(FC->getValue()->getValue())) {
+        SmallVector<const SCEV *, 4> NewMulOps(M->op_begin(), M->op_end());
+        NewMulOps[0] = SE.getConstant(
+            C->getValue()->getValue().sdiv(FC->getValue()->getValue()));
+        S = SE.getMulExpr(NewMulOps);
+        return true;
       }
-    }
   }
 
   // In an AddRec, check if both start and step are divisible.
   if (const SCEVAddRecExpr *A = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
     const SCEV *Step = A->getStepRecurrence(SE);
     const SCEV *StepRem = SE.getConstant(Step->getType(), 0);
-    if (!FactorOutConstant(Step, StepRem, Factor, SE, TD))
+    if (!FactorOutConstant(Step, StepRem, Factor, SE, DL))
       return false;
     if (!StepRem->isZero())
       return false;
     const SCEV *Start = A->getStart();
-    if (!FactorOutConstant(Start, Remainder, Factor, SE, TD))
+    if (!FactorOutConstant(Start, Remainder, Factor, SE, DL))
       return false;
-    // FIXME: can use A->getNoWrapFlags(FlagNW)
-    S = SE.getAddRecExpr(Start, Step, A->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
+    S = SE.getAddRecExpr(Start, Step, A->getLoop(),
+                         A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
     return true;
   }
 
@@ -334,8 +328,7 @@ static void SplitAddRecs(SmallVectorImpl<const SCEV *> &Ops,
       AddRecs.push_back(SE.getAddRecExpr(Zero,
                                          A->getStepRecurrence(SE),
                                          A->getLoop(),
-                                         // FIXME: A->getNoWrapFlags(FlagNW)
-                                         SCEV::FlagAnyWrap));
+                                         A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
       if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Start)) {
         Ops[i] = Zero;
         Ops.append(Add->op_begin(), Add->op_end());
@@ -384,7 +377,8 @@ Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
                                     PointerType *PTy,
                                     Type *Ty,
                                     Value *V) {
-  Type *ElTy = PTy->getElementType();
+  Type *OriginalElTy = PTy->getElementType();
+  Type *ElTy = OriginalElTy;
   SmallVector<Value *, 4> GepIndices;
   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops(op_begin, op_end);
   bool AnyNonZeroIndices = false;
@@ -393,6 +387,8 @@ Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
   // without the other.
   SplitAddRecs(Ops, Ty, SE);
 
+  Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(PTy);
+
   // Descend down the pointer's type and attempt to convert the other
   // operands into GEP indices, at each level. The first index in a GEP
   // indexes into the array implied by the pointer operand; the rest of
@@ -403,13 +399,13 @@ Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
     // array indexing.
     SmallVector<const SCEV *, 8> ScaledOps;
     if (ElTy->isSized()) {
-      const SCEV *ElSize = SE.getSizeOfExpr(ElTy);
+      const SCEV *ElSize = SE.getSizeOfExpr(IntPtrTy, ElTy);
       if (!ElSize->isZero()) {
         SmallVector<const SCEV *, 8> NewOps;
         for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
           const SCEV *Op = Ops[i];
           const SCEV *Remainder = SE.getConstant(Ty, 0);
-          if (FactorOutConstant(Op, Remainder, ElSize, SE, SE.TD)) {
+          if (FactorOutConstant(Op, Remainder, ElSize, SE, DL)) {
             // Op now has ElSize factored out.
             ScaledOps.push_back(Op);
             if (!Remainder->isZero())
@@ -443,43 +439,25 @@ Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
       bool FoundFieldNo = false;
       // An empty struct has no fields.
       if (STy->getNumElements() == 0) break;
-      if (SE.TD) {
-        // With TargetData, field offsets are known. See if a constant offset
-        // falls within any of the struct fields.
-        if (Ops.empty()) break;
-        if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0]))
-          if (SE.getTypeSizeInBits(C->getType()) <= 64) {
-            const StructLayout &SL = *SE.TD->getStructLayout(STy);
-            uint64_t FullOffset = C->getValue()->getZExtValue();
-            if (FullOffset < SL.getSizeInBytes()) {
-              unsigned ElIdx = SL.getElementContainingOffset(FullOffset);
-              GepIndices.push_back(
-                  ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()), ElIdx));
-              ElTy = STy->getTypeAtIndex(ElIdx);
-              Ops[0] =
+      // Field offsets are known. See if a constant offset falls within any of
+      // the struct fields.
+      if (Ops.empty())
+        break;
+      if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(Ops[0]))
+        if (SE.getTypeSizeInBits(C->getType()) <= 64) {
+          const StructLayout &SL = *DL.getStructLayout(STy);
+          uint64_t FullOffset = C->getValue()->getZExtValue();
+          if (FullOffset < SL.getSizeInBytes()) {
+            unsigned ElIdx = SL.getElementContainingOffset(FullOffset);
+            GepIndices.push_back(
+                ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()), ElIdx));
+            ElTy = STy->getTypeAtIndex(ElIdx);
+            Ops[0] =
                 SE.getConstant(Ty, FullOffset - SL.getElementOffset(ElIdx));
-              AnyNonZeroIndices = true;
-              FoundFieldNo = true;
-            }
-          }
-      } else {
-        // Without TargetData, just check for an offsetof expression of the
-        // appropriate struct type.
-        for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
-          if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Ops[i])) {
-            Type *CTy;
-            Constant *FieldNo;
-            if (U->isOffsetOf(CTy, FieldNo) && CTy == STy) {
-              GepIndices.push_back(FieldNo);
-              ElTy =
-                STy->getTypeAtIndex(cast<ConstantInt>(FieldNo)->getZExtValue());
-              Ops[i] = SE.getConstant(Ty, 0);
-              AnyNonZeroIndices = true;
-              FoundFieldNo = true;
-              break;
-            }
+            AnyNonZeroIndices = true;
+            FoundFieldNo = true;
           }
-      }
+        }
       // If no struct field offsets were found, tentatively assume that
       // field zero was selected (since the zero offset would obviously
       // be folded away).
@@ -504,13 +482,17 @@ Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
     V = InsertNoopCastOfTo(V,
        Type::getInt8PtrTy(Ty->getContext(), PTy->getAddressSpace()));
 
+    assert(!isa<Instruction>(V) ||
+           SE.DT->dominates(cast<Instruction>(V), Builder.GetInsertPoint()));
+
     // Expand the operands for a plain byte offset.
     Value *Idx = expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty);
 
     // Fold a GEP with constant operands.
     if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(V))
       if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(Idx))
-        return ConstantExpr::getGetElementPtr(CLHS, CRHS);
+        return ConstantExpr::getGetElementPtr(Type::getInt8Ty(Ty->getContext()),
+                                              CLHS, CRHS);
 
     // Do a quick scan to see if we have this GEP nearby.  If so, reuse it.
     unsigned ScanLimit = 6;
@@ -532,8 +514,7 @@ Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
     }
 
     // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
-    BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
-    BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
+    BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
 
     // Move the insertion point out of as many loops as we can.
     while (const Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
@@ -546,19 +527,14 @@ Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
     }
 
     // Emit a GEP.
-    Value *GEP = Builder.CreateGEP(V, Idx, "uglygep");
+    Value *GEP = Builder.CreateGEP(Builder.getInt8Ty(), V, Idx, "uglygep");
     rememberInstruction(GEP);
 
-    // Restore the original insert point.
-    if (SaveInsertBB)
-      restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
-
     return GEP;
   }
 
   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
-  BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
-  BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
+  BuilderType::InsertPoint SaveInsertPt = Builder.saveIP();
 
   // Move the insertion point out of as many loops as we can.
   while (const Loop *L = SE.LI->getLoopFor(Builder.GetInsertBlock())) {
@@ -587,15 +563,14 @@ Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
   Value *Casted = V;
   if (V->getType() != PTy)
     Casted = InsertNoopCastOfTo(Casted, PTy);
-  Value *GEP = Builder.CreateGEP(Casted,
+  Value *GEP = Builder.CreateGEP(OriginalElTy, Casted,
                                  GepIndices,
                                  "scevgep");
   Ops.push_back(SE.getUnknown(GEP));
   rememberInstruction(GEP);
 
   // Restore the original insert point.
-  if (SaveInsertBB)
-    restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
+  Builder.restoreIP(SaveInsertPt);
 
   return expand(SE.getAddExpr(Ops));
 }
@@ -619,21 +594,21 @@ static const Loop *PickMostRelevantLoop(const Loop *A, const Loop *B,
 const Loop *SCEVExpander::getRelevantLoop(const SCEV *S) {
   // Test whether we've already computed the most relevant loop for this SCEV.
   std::pair<DenseMap<const SCEV *, const Loop *>::iterator, bool> Pair =
-    RelevantLoops.insert(std::make_pair(S, static_cast<const Loop *>(0)));
+    RelevantLoops.insert(std::make_pair(S, nullptr));
   if (!Pair.second)
     return Pair.first->second;
 
   if (isa<SCEVConstant>(S))
     // A constant has no relevant loops.
-    return 0;
+    return nullptr;
   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
     if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U->getValue()))
       return Pair.first->second = SE.LI->getLoopFor(I->getParent());
     // A non-instruction has no relevant loops.
-    return 0;
+    return nullptr;
   }
   if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S)) {
-    const Loop *L = 0;
+    const Loop *L = nullptr;
     if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
       L = AR->getLoop();
     for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = N->op_begin(), E = N->op_end();
@@ -708,7 +683,7 @@ Value *SCEVExpander::visitAddExpr(const SCEVAddExpr *S) {
 
   // Emit instructions to add all the operands. Hoist as much as possible
   // out of loops, and form meaningful getelementptrs where possible.
-  Value *Sum = 0;
+  Value *Sum = nullptr;
   for (SmallVectorImpl<std::pair<const Loop *, const SCEV *> >::iterator
        I = OpsAndLoops.begin(), E = OpsAndLoops.end(); I != E; ) {
     const Loop *CurLoop = I->first;
@@ -776,27 +751,32 @@ Value *SCEVExpander::visitMulExpr(const SCEVMulExpr *S) {
 
   // Emit instructions to mul all the operands. Hoist as much as possible
   // out of loops.
-  Value *Prod = 0;
+  Value *Prod = nullptr;
   for (SmallVectorImpl<std::pair<const Loop *, const SCEV *> >::iterator
-       I = OpsAndLoops.begin(), E = OpsAndLoops.end(); I != E; ) {
+       I = OpsAndLoops.begin(), E = OpsAndLoops.end(); I != E; ++I) {
     const SCEV *Op = I->second;
     if (!Prod) {
       // This is the first operand. Just expand it.
       Prod = expand(Op);
-      ++I;
     } else if (Op->isAllOnesValue()) {
       // Instead of doing a multiply by negative one, just do a negate.
       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
       Prod = InsertBinop(Instruction::Sub, Constant::getNullValue(Ty), Prod);
-      ++I;
     } else {
       // A simple mul.
       Value *W = expandCodeFor(Op, Ty);
       Prod = InsertNoopCastOfTo(Prod, Ty);
       // Canonicalize a constant to the RHS.
       if (isa<Constant>(Prod)) std::swap(Prod, W);
-      Prod = InsertBinop(Instruction::Mul, Prod, W);
-      ++I;
+      const APInt *RHS;
+      if (match(W, m_Power2(RHS))) {
+        // Canonicalize Prod*(1<<C) to Prod<<C.
+        assert(!Ty->isVectorTy() && "vector types are not SCEVable");
+        Prod = InsertBinop(Instruction::Shl, Prod,
+                           ConstantInt::get(Ty, RHS->logBase2()));
+      } else {
+        Prod = InsertBinop(Instruction::Mul, Prod, W);
+      }
     }
   }
 
@@ -829,8 +809,7 @@ static void ExposePointerBase(const SCEV *&Base, const SCEV *&Rest,
                          SE.getAddRecExpr(SE.getConstant(A->getType(), 0),
                                           A->getStepRecurrence(SE),
                                           A->getLoop(),
-                                          // FIXME: A->getNoWrapFlags(FlagNW)
-                                          SCEV::FlagAnyWrap));
+                                          A->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
   }
   if (const SCEVAddExpr *A = dyn_cast<SCEVAddExpr>(Base)) {
     Base = A->getOperand(A->getNumOperands()-1);
@@ -885,18 +864,18 @@ Instruction *SCEVExpander::getIVIncOperand(Instruction *IncV,
                                            Instruction *InsertPos,
                                            bool allowScale) {
   if (IncV == InsertPos)
-    return NULL;
+    return nullptr;
 
   switch (IncV->getOpcode()) {
   default:
-    return NULL;
+    return nullptr;
   // Check for a simple Add/Sub or GEP of a loop invariant step.
   case Instruction::Add:
   case Instruction::Sub: {
     Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(1));
-    if (!OInst || SE.DT->properlyDominates(OInst, InsertPos))
+    if (!OInst || SE.DT->dominates(OInst, InsertPos))
       return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
-    return NULL;
+    return nullptr;
   }
   case Instruction::BitCast:
     return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
@@ -906,8 +885,8 @@ Instruction *SCEVExpander::getIVIncOperand(Instruction *IncV,
       if (isa<Constant>(*I))
         continue;
       if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(*I)) {
-        if (!SE.DT->properlyDominates(OInst, InsertPos))
-          return NULL;
+        if (!SE.DT->dominates(OInst, InsertPos))
+          return nullptr;
       }
       if (allowScale) {
         // allow any kind of GEP as long as it can be hoisted.
@@ -918,11 +897,11 @@ Instruction *SCEVExpander::getIVIncOperand(Instruction *IncV,
       // have 2 operands. i1* is used by the expander to represent an
       // address-size element.
       if (IncV->getNumOperands() != 2)
-        return NULL;
+        return nullptr;
       unsigned AS = cast<PointerType>(IncV->getType())->getAddressSpace();
       if (IncV->getType() != Type::getInt1PtrTy(SE.getContext(), AS)
           && IncV->getType() != Type::getInt8PtrTy(SE.getContext(), AS))
-        return NULL;
+        return nullptr;
       break;
     }
     return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
@@ -933,12 +912,13 @@ Instruction *SCEVExpander::getIVIncOperand(Instruction *IncV,
 /// it available to other uses in this loop. Recursively hoist any operands,
 /// until we reach a value that dominates InsertPos.
 bool SCEVExpander::hoistIVInc(Instruction *IncV, Instruction *InsertPos) {
-  if (SE.DT->properlyDominates(IncV, InsertPos))
+  if (SE.DT->dominates(IncV, InsertPos))
       return true;
 
   // InsertPos must itself dominate IncV so that IncV's new position satisfies
   // its existing users.
-  if (!SE.DT->dominates(InsertPos->getParent(), IncV->getParent()))
+  if (isa<PHINode>(InsertPos)
+      || !SE.DT->dominates(InsertPos->getParent(), IncV->getParent()))
     return false;
 
   // Check that the chain of IV operands leading back to Phi can be hoisted.
@@ -950,7 +930,7 @@ bool SCEVExpander::hoistIVInc(Instruction *IncV, Instruction *InsertPos) {
     // IncV is safe to hoist.
     IVIncs.push_back(IncV);
     IncV = Oper;
-    if (SE.DT->properlyDominates(IncV, InsertPos))
+    if (SE.DT->dominates(IncV, InsertPos))
       break;
   }
   for (SmallVectorImpl<Instruction*>::reverse_iterator I = IVIncs.rbegin(),
@@ -1006,6 +986,82 @@ Value *SCEVExpander::expandIVInc(PHINode *PN, Value *StepV, const Loop *L,
   return IncV;
 }
 
+/// \brief Hoist the addrec instruction chain rooted in the loop phi above the
+/// position. This routine assumes that this is possible (has been checked).
+static void hoistBeforePos(DominatorTree *DT, Instruction *InstToHoist,
+                           Instruction *Pos, PHINode *LoopPhi) {
+  do {
+    if (DT->dominates(InstToHoist, Pos))
+      break;
+    // Make sure the increment is where we want it. But don't move it
+    // down past a potential existing post-inc user.
+    InstToHoist->moveBefore(Pos);
+    Pos = InstToHoist;
+    InstToHoist = cast<Instruction>(InstToHoist->getOperand(0));
+  } while (InstToHoist != LoopPhi);
+}
+
+/// \brief Check whether we can cheaply express the requested SCEV in terms of
+/// the available PHI SCEV by truncation and/or inversion of the step.
+static bool canBeCheaplyTransformed(ScalarEvolution &SE,
+                                    const SCEVAddRecExpr *Phi,
+                                    const SCEVAddRecExpr *Requested,
+                                    bool &InvertStep) {
+  Type *PhiTy = SE.getEffectiveSCEVType(Phi->getType());
+  Type *RequestedTy = SE.getEffectiveSCEVType(Requested->getType());
+
+  if (RequestedTy->getIntegerBitWidth() > PhiTy->getIntegerBitWidth())
+    return false;
+
+  // Try truncate it if necessary.
+  Phi = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getTruncateOrNoop(Phi, RequestedTy));
+  if (!Phi)
+    return false;
+
+  // Check whether truncation will help.
+  if (Phi == Requested) {
+    InvertStep = false;
+    return true;
+  }
+
+  // Check whether inverting will help: {R,+,-1} == R - {0,+,1}.
+  if (SE.getAddExpr(Requested->getStart(),
+                    SE.getNegativeSCEV(Requested)) == Phi) {
+    InvertStep = true;
+    return true;
+  }
+
+  return false;
+}
+
+static bool IsIncrementNSW(ScalarEvolution &SE, const SCEVAddRecExpr *AR) {
+  if (!isa<IntegerType>(AR->getType()))
+    return false;
+
+  unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(AR->getType())->getBitWidth();
+  Type *WideTy = IntegerType::get(AR->getType()->getContext(), BitWidth * 2);
+  const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
+  const SCEV *OpAfterExtend = SE.getAddExpr(SE.getSignExtendExpr(Step, WideTy),
+                                            SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
+  const SCEV *ExtendAfterOp =
+    SE.getSignExtendExpr(SE.getAddExpr(AR, Step), WideTy);
+  return ExtendAfterOp == OpAfterExtend;
+}
+
+static bool IsIncrementNUW(ScalarEvolution &SE, const SCEVAddRecExpr *AR) {
+  if (!isa<IntegerType>(AR->getType()))
+    return false;
+
+  unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(AR->getType())->getBitWidth();
+  Type *WideTy = IntegerType::get(AR->getType()->getContext(), BitWidth * 2);
+  const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
+  const SCEV *OpAfterExtend = SE.getAddExpr(SE.getZeroExtendExpr(Step, WideTy),
+                                            SE.getZeroExtendExpr(AR, WideTy));
+  const SCEV *ExtendAfterOp =
+    SE.getZeroExtendExpr(SE.getAddExpr(AR, Step), WideTy);
+  return ExtendAfterOp == OpAfterExtend;
+}
+
 /// getAddRecExprPHILiterally - Helper for expandAddRecExprLiterally. Expand
 /// the base addrec, which is the addrec without any non-loop-dominating
 /// values, and return the PHI.
@@ -1013,55 +1069,92 @@ PHINode *
 SCEVExpander::getAddRecExprPHILiterally(const SCEVAddRecExpr *Normalized,
                                         const Loop *L,
                                         Type *ExpandTy,
-                                        Type *IntTy) {
+                                        Type *IntTy,
+                                        Type *&TruncTy,
+                                        bool &InvertStep) {
   assert((!IVIncInsertLoop||IVIncInsertPos) && "Uninitialized insert position");
 
   // Reuse a previously-inserted PHI, if present.
   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
   if (LatchBlock) {
+    PHINode *AddRecPhiMatch = nullptr;
+    Instruction *IncV = nullptr;
+    TruncTy = nullptr;
+    InvertStep = false;
+
+    // Only try partially matching scevs that need truncation and/or
+    // step-inversion if we know this loop is outside the current loop.
+    bool TryNonMatchingSCEV = IVIncInsertLoop &&
+      SE.DT->properlyDominates(LatchBlock, IVIncInsertLoop->getHeader());
+
     for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
          PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
-      if (!SE.isSCEVable(PN->getType()) ||
-          (SE.getEffectiveSCEVType(PN->getType()) !=
-           SE.getEffectiveSCEVType(Normalized->getType())) ||
-          SE.getSCEV(PN) != Normalized)
+      if (!SE.isSCEVable(PN->getType()))
+        continue;
+
+      const SCEVAddRecExpr *PhiSCEV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getSCEV(PN));
+      if (!PhiSCEV)
         continue;
 
-      Instruction *IncV =
-        cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
+      bool IsMatchingSCEV = PhiSCEV == Normalized;
+      // We only handle truncation and inversion of phi recurrences for the
+      // expanded expression if the expanded expression's loop dominates the
+      // loop we insert to. Check now, so we can bail out early.
+      if (!IsMatchingSCEV && !TryNonMatchingSCEV)
+          continue;
+
+      Instruction *TempIncV =
+          cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
 
+      // Check whether we can reuse this PHI node.
       if (LSRMode) {
-        if (!isExpandedAddRecExprPHI(PN, IncV, L))
+        if (!isExpandedAddRecExprPHI(PN, TempIncV, L))
           continue;
-        if (L == IVIncInsertLoop && !hoistIVInc(IncV, IVIncInsertPos))
+        if (L == IVIncInsertLoop && !hoistIVInc(TempIncV, IVIncInsertPos))
           continue;
-      }
-      else {
-        if (!isNormalAddRecExprPHI(PN, IncV, L))
+      } else {
+        if (!isNormalAddRecExprPHI(PN, TempIncV, L))
           continue;
-        if (L == IVIncInsertLoop)
-          do {
-            if (SE.DT->dominates(IncV, IVIncInsertPos))
-              break;
-            // Make sure the increment is where we want it. But don't move it
-            // down past a potential existing post-inc user.
-            IncV->moveBefore(IVIncInsertPos);
-            IVIncInsertPos = IncV;
-            IncV = cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
-          } while (IncV != PN);
       }
+
+      // Stop if we have found an exact match SCEV.
+      if (IsMatchingSCEV) {
+        IncV = TempIncV;
+        TruncTy = nullptr;
+        InvertStep = false;
+        AddRecPhiMatch = PN;
+        break;
+      }
+
+      // Try whether the phi can be translated into the requested form
+      // (truncated and/or offset by a constant).
+      if ((!TruncTy || InvertStep) &&
+          canBeCheaplyTransformed(SE, PhiSCEV, Normalized, InvertStep)) {
+        // Record the phi node. But don't stop we might find an exact match
+        // later.
+        AddRecPhiMatch = PN;
+        IncV = TempIncV;
+        TruncTy = SE.getEffectiveSCEVType(Normalized->getType());
+      }
+    }
+
+    if (AddRecPhiMatch) {
+      // Potentially, move the increment. We have made sure in
+      // isExpandedAddRecExprPHI or hoistIVInc that this is possible.
+      if (L == IVIncInsertLoop)
+        hoistBeforePos(SE.DT, IncV, IVIncInsertPos, AddRecPhiMatch);
+
       // Ok, the add recurrence looks usable.
       // Remember this PHI, even in post-inc mode.
-      InsertedValues.insert(PN);
+      InsertedValues.insert(AddRecPhiMatch);
       // Remember the increment.
       rememberInstruction(IncV);
-      return PN;
+      return AddRecPhiMatch;
     }
   }
 
   // Save the original insertion point so we can restore it when we're done.
-  BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
-  BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
+  BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
 
   // Another AddRec may need to be recursively expanded below. For example, if
   // this AddRec is quadratic, the StepV may itself be an AddRec in this
@@ -1094,6 +1187,12 @@ SCEVExpander::getAddRecExprPHILiterally(const SCEVAddRecExpr *Normalized,
   // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
   Value *StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, L->getHeader()->begin());
 
+  // The no-wrap behavior proved by IsIncrement(NUW|NSW) is only applicable if
+  // we actually do emit an addition.  It does not apply if we emit a
+  // subtraction.
+  bool IncrementIsNUW = !useSubtract && IsIncrementNUW(SE, Normalized);
+  bool IncrementIsNSW = !useSubtract && IsIncrementNSW(SE, Normalized);
+
   // Create the PHI.
   BasicBlock *Header = L->getHeader();
   Builder.SetInsertPoint(Header, Header->begin());
@@ -1120,13 +1219,15 @@ SCEVExpander::getAddRecExprPHILiterally(const SCEVAddRecExpr *Normalized,
     Builder.SetInsertPoint(InsertPos);
     Value *IncV = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
 
+    if (isa<OverflowingBinaryOperator>(IncV)) {
+      if (IncrementIsNUW)
+        cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoUnsignedWrap();
+      if (IncrementIsNSW)
+        cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoSignedWrap();
+    }
     PN->addIncoming(IncV, Pred);
   }
 
-  // Restore the original insert point.
-  if (SaveInsertBB)
-    restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
-
   // After expanding subexpressions, restore the PostIncLoops set so the caller
   // can ensure that IVIncrement dominates the current uses.
   PostIncLoops = SavedPostIncLoops;
@@ -1149,41 +1250,43 @@ Value *SCEVExpander::expandAddRecExprLiterally(const SCEVAddRecExpr *S) {
     PostIncLoopSet Loops;
     Loops.insert(L);
     Normalized =
-      cast<SCEVAddRecExpr>(TransformForPostIncUse(Normalize, S, 0, 0,
-                                                  Loops, SE, *SE.DT));
+      cast<SCEVAddRecExpr>(TransformForPostIncUse(Normalize, S, nullptr,
+                                                  nullptr, Loops, SE, *SE.DT));
   }
 
   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec start.
   const SCEV *Start = Normalized->getStart();
-  const SCEV *PostLoopOffset = 0;
+  const SCEV *PostLoopOffset = nullptr;
   if (!SE.properlyDominates(Start, L->getHeader())) {
     PostLoopOffset = Start;
     Start = SE.getConstant(Normalized->getType(), 0);
     Normalized = cast<SCEVAddRecExpr>(
       SE.getAddRecExpr(Start, Normalized->getStepRecurrence(SE),
                        Normalized->getLoop(),
-                       // FIXME: Normalized->getNoWrapFlags(FlagNW)
-                       SCEV::FlagAnyWrap));
+                       Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
   }
 
   // Strip off any non-loop-dominating component from the addrec step.
   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
-  const SCEV *PostLoopScale = 0;
+  const SCEV *PostLoopScale = nullptr;
   if (!SE.dominates(Step, L->getHeader())) {
     PostLoopScale = Step;
     Step = SE.getConstant(Normalized->getType(), 1);
     Normalized =
-      cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getAddRecExpr(Start, Step,
-                                            Normalized->getLoop(),
-                                            // FIXME: Normalized
-                                            // ->getNoWrapFlags(FlagNW)
-                                            SCEV::FlagAnyWrap));
+      cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getAddRecExpr(
+                             Start, Step, Normalized->getLoop(),
+                             Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
   }
 
   // Expand the core addrec. If we need post-loop scaling, force it to
   // expand to an integer type to avoid the need for additional casting.
   Type *ExpandTy = PostLoopScale ? IntTy : STy;
-  PHINode *PN = getAddRecExprPHILiterally(Normalized, L, ExpandTy, IntTy);
+  // In some cases, we decide to reuse an existing phi node but need to truncate
+  // it and/or invert the step.
+  Type *TruncTy = nullptr;
+  bool InvertStep = false;
+  PHINode *PN = getAddRecExprPHILiterally(Normalized, L, ExpandTy, IntTy,
+                                          TruncTy, InvertStep);
 
   // Accommodate post-inc mode, if necessary.
   Value *Result;
@@ -1214,19 +1317,39 @@ Value *SCEVExpander::expandAddRecExprLiterally(const SCEVAddRecExpr *S) {
         !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
       if (useSubtract)
         Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
-      // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
-      BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
-      BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
-      Value *StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, L->getHeader()->begin());
-      // Restore the insertion point to the place where the caller has
-      // determined dominates all uses.
-      restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
+      Value *StepV;
+      {
+        // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
+        BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
+        StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, L->getHeader()->begin());
+      }
       Result = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
     }
   }
 
+  // We have decided to reuse an induction variable of a dominating loop. Apply
+  // truncation and/or invertion of the step.
+  if (TruncTy) {
+    Type *ResTy = Result->getType();
+    // Normalize the result type.
+    if (ResTy != SE.getEffectiveSCEVType(ResTy))
+      Result = InsertNoopCastOfTo(Result, SE.getEffectiveSCEVType(ResTy));
+    // Truncate the result.
+    if (TruncTy != Result->getType()) {
+      Result = Builder.CreateTrunc(Result, TruncTy);
+      rememberInstruction(Result);
+    }
+    // Invert the result.
+    if (InvertStep) {
+      Result = Builder.CreateSub(expandCodeFor(Normalized->getStart(), TruncTy),
+                                 Result);
+      rememberInstruction(Result);
+    }
+  }
+
   // Re-apply any non-loop-dominating scale.
   if (PostLoopScale) {
+    assert(S->isAffine() && "Can't linearly scale non-affine recurrences.");
     Result = InsertNoopCastOfTo(Result, IntTy);
     Result = Builder.CreateMul(Result,
                                expandCodeFor(PostLoopScale, IntTy));
@@ -1256,7 +1379,7 @@ Value *SCEVExpander::visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *S) {
   const Loop *L = S->getLoop();
 
   // First check for an existing canonical IV in a suitable type.
-  PHINode *CanonicalIV = 0;
+  PHINode *CanonicalIV = nullptr;
   if (PHINode *PN = L->getCanonicalInductionVariable())
     if (SE.getTypeSizeInBits(PN->getType()) >= SE.getTypeSizeInBits(Ty))
       CanonicalIV = PN;
@@ -1270,18 +1393,15 @@ Value *SCEVExpander::visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *S) {
     for (unsigned i = 0, e = S->getNumOperands(); i != e; ++i)
       NewOps[i] = SE.getAnyExtendExpr(S->op_begin()[i], CanonicalIV->getType());
     Value *V = expand(SE.getAddRecExpr(NewOps, S->getLoop(),
-                                       // FIXME: S->getNoWrapFlags(FlagNW)
-                                       SCEV::FlagAnyWrap));
-    BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
-    BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
+                                       S->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)));
     BasicBlock::iterator NewInsertPt =
-      llvm::next(BasicBlock::iterator(cast<Instruction>(V)));
+      std::next(BasicBlock::iterator(cast<Instruction>(V)));
+    BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
     while (isa<PHINode>(NewInsertPt) || isa<DbgInfoIntrinsic>(NewInsertPt) ||
            isa<LandingPadInst>(NewInsertPt))
       ++NewInsertPt;
-    V = expandCodeFor(SE.getTruncateExpr(SE.getUnknown(V), Ty), 0,
+    V = expandCodeFor(SE.getTruncateExpr(SE.getUnknown(V), Ty), nullptr,
                       NewInsertPt);
-    restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
     return V;
   }
 
@@ -1289,8 +1409,8 @@ Value *SCEVExpander::visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *S) {
   if (!S->getStart()->isZero()) {
     SmallVector<const SCEV *, 4> NewOps(S->op_begin(), S->op_end());
     NewOps[0] = SE.getConstant(Ty, 0);
-    // FIXME: can use S->getNoWrapFlags()
-    const SCEV *Rest = SE.getAddRecExpr(NewOps, L, SCEV::FlagAnyWrap);
+    const SCEV *Rest = SE.getAddRecExpr(NewOps, L,
+                                        S->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW));
 
     // Turn things like ptrtoint+arithmetic+inttoptr into GEP. See the
     // comments on expandAddToGEP for details.
@@ -1325,9 +1445,17 @@ Value *SCEVExpander::visitAddRecExpr(const SCEVAddRecExpr *S) {
                                   Header->begin());
     rememberInstruction(CanonicalIV);
 
+    SmallSet<BasicBlock *, 4> PredSeen;
     Constant *One = ConstantInt::get(Ty, 1);
     for (pred_iterator HPI = HPB; HPI != HPE; ++HPI) {
       BasicBlock *HP = *HPI;
+      if (!PredSeen.insert(HP).second) {
+        // There must be an incoming value for each predecessor, even the
+        // duplicates!
+        CanonicalIV->addIncoming(CanonicalIV->getIncomingValueForBlock(HP), HP);
+        continue;
+      }
+
       if (L->contains(HP)) {
         // Insert a unit add instruction right before the terminator
         // corresponding to the back-edge.
@@ -1499,20 +1627,18 @@ Value *SCEVExpander::expand(const SCEV *S) {
       while (InsertPt != Builder.GetInsertPoint()
              && (isInsertedInstruction(InsertPt)
                  || isa<DbgInfoIntrinsic>(InsertPt))) {
-        InsertPt = llvm::next(BasicBlock::iterator(InsertPt));
+        InsertPt = std::next(BasicBlock::iterator(InsertPt));
       }
       break;
     }
 
   // Check to see if we already expanded this here.
-  std::map<std::pair<const SCEV *, Instruction *>,
-           AssertingVH<Value> >::iterator I =
-    InsertedExpressions.find(std::make_pair(S, InsertPt));
+  std::map<std::pair<const SCEV *, Instruction *>, TrackingVH<Value> >::iterator
+    I = InsertedExpressions.find(std::make_pair(S, InsertPt));
   if (I != InsertedExpressions.end())
     return I->second;
 
-  BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
-  BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
+  BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
   Builder.SetInsertPoint(InsertPt->getParent(), InsertPt);
 
   // Expand the expression into instructions.
@@ -1522,11 +1648,9 @@ Value *SCEVExpander::expand(const SCEV *S) {
   //
   // This is independent of PostIncLoops. The mapped value simply materializes
   // the expression at this insertion point. If the mapped value happened to be
-  // a postinc expansion, it could be reused by a non postinc user, but only if
+  // a postinc expansion, it could be reused by a non-postinc user, but only if
   // its insertion point was already at the head of the loop.
   InsertedExpressions[std::make_pair(S, InsertPt)] = V;
-
-  restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
   return V;
 }
 
@@ -1537,10 +1661,6 @@ void SCEVExpander::rememberInstruction(Value *I) {
     InsertedValues.insert(I);
 }
 
-void SCEVExpander::restoreInsertPoint(BasicBlock *BB, BasicBlock::iterator I) {
-  Builder.SetInsertPoint(BB, I);
-}
-
 /// getOrInsertCanonicalInductionVariable - This method returns the
 /// canonical induction variable of the specified type for the specified
 /// loop (inserting one if there is none).  A canonical induction variable
@@ -1556,24 +1676,13 @@ SCEVExpander::getOrInsertCanonicalInductionVariable(const Loop *L,
                                    SE.getConstant(Ty, 1), L, SCEV::FlagAnyWrap);
 
   // Emit code for it.
-  BasicBlock *SaveInsertBB = Builder.GetInsertBlock();
-  BasicBlock::iterator SaveInsertPt = Builder.GetInsertPoint();
-  PHINode *V = cast<PHINode>(expandCodeFor(H, 0, L->getHeader()->begin()));
-  if (SaveInsertBB)
-    restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
+  BuilderType::InsertPointGuard Guard(Builder);
+  PHINode *V = cast<PHINode>(expandCodeFor(H, nullptr,
+                                           L->getHeader()->begin()));
 
   return V;
 }
 
-/// Sort values by integer width for replaceCongruentIVs.
-static bool width_descending(Value *lhs, Value *rhs) {
-  // Put pointers at the back and make sure pointer < pointer = false.
-  if (!lhs->getType()->isIntegerTy() || !rhs->getType()->isIntegerTy())
-    return rhs->getType()->isIntegerTy() && !lhs->getType()->isIntegerTy();
-  return rhs->getType()->getPrimitiveSizeInBits()
-    < lhs->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
-}
-
 /// replaceCongruentIVs - Check for congruent phis in this loop header and
 /// replace them with their most canonical representative. Return the number of
 /// phis eliminated.
@@ -1582,32 +1691,49 @@ static bool width_descending(Value *lhs, Value *rhs) {
 /// the same context that SCEVExpander is used.
 unsigned SCEVExpander::replaceCongruentIVs(Loop *L, const DominatorTree *DT,
                                            SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
-                                           const TargetLowering *TLI) {
+                                           const TargetTransformInfo *TTI) {
   // Find integer phis in order of increasing width.
   SmallVector<PHINode*, 8> Phis;
   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin();
        PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
     Phis.push_back(Phi);
   }
-  if (TLI)
-    std::sort(Phis.begin(), Phis.end(), width_descending);
+  if (TTI)
+    std::sort(Phis.begin(), Phis.end(), [](Value *LHS, Value *RHS) {
+      // Put pointers at the back and make sure pointer < pointer = false.
+      if (!LHS->getType()->isIntegerTy() || !RHS->getType()->isIntegerTy())
+        return RHS->getType()->isIntegerTy() && !LHS->getType()->isIntegerTy();
+      return RHS->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
+             LHS->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
+    });
 
   unsigned NumElim = 0;
   DenseMap<const SCEV *, PHINode *> ExprToIVMap;
-  // Process phis from wide to narrow. Mapping wide phis to the their truncation
+  // Process phis from wide to narrow. Map wide phis to their truncation
   // so narrow phis can reuse them.
   for (SmallVectorImpl<PHINode*>::const_iterator PIter = Phis.begin(),
          PEnd = Phis.end(); PIter != PEnd; ++PIter) {
     PHINode *Phi = *PIter;
 
+    // Fold constant phis. They may be congruent to other constant phis and
+    // would confuse the logic below that expects proper IVs.
+    if (Value *V = SimplifyInstruction(Phi, DL, SE.TLI, SE.DT, SE.AC)) {
+      Phi->replaceAllUsesWith(V);
+      DeadInsts.emplace_back(Phi);
+      ++NumElim;
+      DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
+                      << "INDVARS: Eliminated constant iv: " << *Phi << '\n');
+      continue;
+    }
+
     if (!SE.isSCEVable(Phi->getType()))
       continue;
 
     PHINode *&OrigPhiRef = ExprToIVMap[SE.getSCEV(Phi)];
     if (!OrigPhiRef) {
       OrigPhiRef = Phi;
-      if (Phi->getType()->isIntegerTy() && TLI
-          && TLI->isTruncateFree(Phi->getType(), Phis.back()->getType())) {
+      if (Phi->getType()->isIntegerTy() && TTI
+          && TTI->isTruncateFree(Phi->getType(), Phis.back()->getType())) {
         // This phi can be freely truncated to the narrowest phi type. Map the
         // truncated expression to it so it will be reused for narrow types.
         const SCEV *TruncExpr =
@@ -1656,16 +1782,19 @@ unsigned SCEVExpander::replaceCongruentIVs(Loop *L, const DominatorTree *DT,
                         << *IsomorphicInc << '\n');
         Value *NewInc = OrigInc;
         if (OrigInc->getType() != IsomorphicInc->getType()) {
-          Instruction *IP = isa<PHINode>(OrigInc)
-            ? (Instruction*)L->getHeader()->getFirstInsertionPt()
-            : OrigInc->getNextNode();
+          Instruction *IP = nullptr;
+          if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(OrigInc))
+            IP = PN->getParent()->getFirstInsertionPt();
+          else
+            IP = OrigInc->getNextNode();
+
           IRBuilder<> Builder(IP);
           Builder.SetCurrentDebugLocation(IsomorphicInc->getDebugLoc());
           NewInc = Builder.
             CreateTruncOrBitCast(OrigInc, IsomorphicInc->getType(), IVName);
         }
         IsomorphicInc->replaceAllUsesWith(NewInc);
-        DeadInsts.push_back(IsomorphicInc);
+        DeadInsts.emplace_back(IsomorphicInc);
       }
     }
     DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
@@ -1678,7 +1807,183 @@ unsigned SCEVExpander::replaceCongruentIVs(Loop *L, const DominatorTree *DT,
       NewIV = Builder.CreateTruncOrBitCast(OrigPhiRef, Phi->getType(), IVName);
     }
     Phi->replaceAllUsesWith(NewIV);
-    DeadInsts.push_back(Phi);
+    DeadInsts.emplace_back(Phi);
   }
   return NumElim;
 }
+
+Value *SCEVExpander::findExistingExpansion(const SCEV *S,
+                                           const Instruction *At, Loop *L) {
+  using namespace llvm::PatternMatch;
+
+  SmallVector<BasicBlock *, 4> Latches;
+  L->getLoopLatches(Latches);
+
+  // Look for suitable value in simple conditions at the loop latches.
+  for (BasicBlock *BB : Latches) {
+    ICmpInst::Predicate Pred;
+    Instruction *LHS, *RHS;
+    BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
+
+    if (!match(BB->getTerminator(),
+               m_Br(m_ICmp(Pred, m_Instruction(LHS), m_Instruction(RHS)),
+                    TrueBB, FalseBB)))
+      continue;
+
+    if (SE.getSCEV(LHS) == S && SE.DT->dominates(LHS, At))
+      return LHS;
+
+    if (SE.getSCEV(RHS) == S && SE.DT->dominates(RHS, At))
+      return RHS;
+  }
+
+  // There is potential to make this significantly smarter, but this simple
+  // heuristic already gets some interesting cases.
+
+  // Can not find suitable value.
+  return nullptr;
+}
+
+bool SCEVExpander::isHighCostExpansionHelper(
+    const SCEV *S, Loop *L, const Instruction *At,
+    SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Processed) {
+
+  // If we can find an existing value for this scev avaliable at the point "At"
+  // then consider the expression cheap.
+  if (At && findExistingExpansion(S, At, L) != nullptr)
+    return false;
+
+  // Zero/One operand expressions
+  switch (S->getSCEVType()) {
+  case scUnknown:
+  case scConstant:
+    return false;
+  case scTruncate:
+    return isHighCostExpansionHelper(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand(),
+                                     L, At, Processed);
+  case scZeroExtend:
+    return isHighCostExpansionHelper(cast<SCEVZeroExtendExpr>(S)->getOperand(),
+                                     L, At, Processed);
+  case scSignExtend:
+    return isHighCostExpansionHelper(cast<SCEVSignExtendExpr>(S)->getOperand(),
+                                     L, At, Processed);
+  }
+
+  if (!Processed.insert(S).second)
+    return false;
+
+  if (auto *UDivExpr = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
+    // If the divisor is a power of two and the SCEV type fits in a native
+    // integer, consider the division cheap irrespective of whether it occurs in
+    // the user code since it can be lowered into a right shift.
+    if (auto *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(UDivExpr->getRHS()))
+      if (SC->getValue()->getValue().isPowerOf2()) {
+        const DataLayout &DL =
+            L->getHeader()->getParent()->getParent()->getDataLayout();
+        unsigned Width = cast<IntegerType>(UDivExpr->getType())->getBitWidth();
+        return DL.isIllegalInteger(Width);
+      }
+
+    // UDivExpr is very likely a UDiv that ScalarEvolution's HowFarToZero or
+    // HowManyLessThans produced to compute a precise expression, rather than a
+    // UDiv from the user's code. If we can't find a UDiv in the code with some
+    // simple searching, assume the former consider UDivExpr expensive to
+    // compute.
+    BasicBlock *ExitingBB = L->getExitingBlock();
+    if (!ExitingBB)
+      return true;
+
+    BranchInst *ExitingBI = dyn_cast<BranchInst>(ExitingBB->getTerminator());
+    if (!ExitingBI || !ExitingBI->isConditional())
+      return true;
+
+    ICmpInst *OrigCond = dyn_cast<ICmpInst>(ExitingBI->getCondition());
+    if (!OrigCond)
+      return true;
+
+    const SCEV *RHS = SE.getSCEV(OrigCond->getOperand(1));
+    RHS = SE.getMinusSCEV(RHS, SE.getConstant(RHS->getType(), 1));
+    if (RHS != S) {
+      const SCEV *LHS = SE.getSCEV(OrigCond->getOperand(0));
+      LHS = SE.getMinusSCEV(LHS, SE.getConstant(LHS->getType(), 1));
+      if (LHS != S)
+        return true;
+    }
+  }
+
+  // HowManyLessThans uses a Max expression whenever the loop is not guarded by
+  // the exit condition.
+  if (isa<SCEVSMaxExpr>(S) || isa<SCEVUMaxExpr>(S))
+    return true;
+
+  // Recurse past nary expressions, which commonly occur in the
+  // BackedgeTakenCount. They may already exist in program code, and if not,
+  // they are not too expensive rematerialize.
+  if (const SCEVNAryExpr *NAry = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S)) {
+    for (SCEVNAryExpr::op_iterator I = NAry->op_begin(), E = NAry->op_end();
+         I != E; ++I) {
+      if (isHighCostExpansionHelper(*I, L, At, Processed))
+        return true;
+    }
+  }
+
+  // If we haven't recognized an expensive SCEV pattern, assume it's an
+  // expression produced by program code.
+  return false;
+}
+
+namespace {
+// Search for a SCEV subexpression that is not safe to expand.  Any expression
+// that may expand to a !isSafeToSpeculativelyExecute value is unsafe, namely
+// UDiv expressions. We don't know if the UDiv is derived from an IR divide
+// instruction, but the important thing is that we prove the denominator is
+// nonzero before expansion.
+//
+// IVUsers already checks that IV-derived expressions are safe. So this check is
+// only needed when the expression includes some subexpression that is not IV
+// derived.
+//
+// Currently, we only allow division by a nonzero constant here. If this is
+// inadequate, we could easily allow division by SCEVUnknown by using
+// ValueTracking to check isKnownNonZero().
+//
+// We cannot generally expand recurrences unless the step dominates the loop
+// header. The expander handles the special case of affine recurrences by
+// scaling the recurrence outside the loop, but this technique isn't generally
+// applicable. Expanding a nested recurrence outside a loop requires computing
+// binomial coefficients. This could be done, but the recurrence has to be in a
+// perfectly reduced form, which can't be guaranteed.
+struct SCEVFindUnsafe {
+  ScalarEvolution &SE;
+  bool IsUnsafe;
+
+  SCEVFindUnsafe(ScalarEvolution &se): SE(se), IsUnsafe(false) {}
+
+  bool follow(const SCEV *S) {
+    if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
+      const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(D->getRHS());
+      if (!SC || SC->getValue()->isZero()) {
+        IsUnsafe = true;
+        return false;
+      }
+    }
+    if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
+      const SCEV *Step = AR->getStepRecurrence(SE);
+      if (!AR->isAffine() && !SE.dominates(Step, AR->getLoop()->getHeader())) {
+        IsUnsafe = true;
+        return false;
+      }
+    }
+    return true;
+  }
+  bool isDone() const { return IsUnsafe; }
+};
+}
+
+namespace llvm {
+bool isSafeToExpand(const SCEV *S, ScalarEvolution &SE) {
+  SCEVFindUnsafe Search(SE);
+  visitAll(S, Search);
+  return !Search.IsUnsafe;
+}
+}