Update SetVector to rely on the underlying set's insert to return a pair<iterator...
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ScalarEvolutionExpander.cpp
index 3229c3c91564284ac0c652dfe17caec1a6e6a1b9..bee36857a2ca13c938a7a4c6e978849d0449e757 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/Support/Debug.h"
-#include "llvm/Target/TargetData.h"
-#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
 
 using namespace llvm;
 
@@ -30,34 +34,52 @@ using namespace llvm;
 Value *SCEVExpander::ReuseOrCreateCast(Value *V, Type *Ty,
                                        Instruction::CastOps Op,
                                        BasicBlock::iterator IP) {
+  // 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) {
+          // 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,
@@ -73,9 +95,14 @@ Value *SCEVExpander::InsertNoopCastOfTo(Value *V, Type *Ty) {
          "InsertNoopCastOfTo cannot change sizes!");
 
   // Short-circuit unnecessary bitcasts.
-  if (Op == Instruction::BitCast && V->getType() == Ty)
-    return V;
-
+  if (Op == Instruction::BitCast) {
+    if (V->getType() == Ty)
+      return V;
+    if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V)) {
+      if (CI->getOperand(0)->getType() == Ty)
+        return CI->getOperand(0);
+    }
+  }
   // Short-circuit unnecessary inttoptr<->ptrtoint casts.
   if ((Op == Instruction::PtrToInt || Op == Instruction::IntToPtr) &&
       SE.getTypeSizeInBits(Ty) == SE.getTypeSizeInBits(V->getType())) {
@@ -115,8 +142,7 @@ Value *SCEVExpander::InsertNoopCastOfTo(Value *V, Type *Ty) {
   BasicBlock::iterator IP = I; ++IP;
   if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(I))
     IP = II->getNormalDest()->begin();
-  while (isa<PHINode>(IP) || isa<DbgInfoIntrinsic>(IP) ||
-         isa<LandingPadInst>(IP))
+  while (isa<PHINode>(IP) || isa<LandingPadInst>(IP))
     ++IP;
   return ReuseOrCreateCast(I, Ty, Op, IP);
 }
@@ -150,8 +176,8 @@ 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())) {
@@ -165,13 +191,9 @@ 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;
 }
 
@@ -186,7 +208,7 @@ static bool FactorOutConstant(const SCEV *&S,
                               const SCEV *&Remainder,
                               const SCEV *Factor,
                               ScalarEvolution &SE,
-                              const TargetData *TD) {
+                              const DataLayout *DL) {
   // Everything is divisible by one.
   if (Factor->isOne())
     return true;
@@ -226,8 +248,8 @@ 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
+    if (DL) {
+      // With DataLayout, 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);
@@ -241,12 +263,12 @@ static bool FactorOutConstant(const SCEV *&S,
           return true;
         }
     } else {
-      // Without TargetData, check if Factor can be factored out of any of the
+      // Without DataLayout, 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) &&
+        if (FactorOutConstant(SOp, Remainder, Factor, SE, DL) &&
             Remainder->isZero()) {
           SmallVector<const SCEV *, 4> NewMulOps(M->op_begin(), M->op_end());
           NewMulOps[i] = SOp;
@@ -261,15 +283,15 @@ static bool FactorOutConstant(const SCEV *&S,
   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;
   }
 
@@ -322,8 +344,7 @@ 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());
@@ -381,6 +402,10 @@ Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
   // without the other.
   SplitAddRecs(Ops, Ty, SE);
 
+  Type *IntPtrTy = SE.DL
+                 ? SE.DL->getIntPtrType(PTy)
+                 : Type::getInt64Ty(PTy->getContext());
+
   // 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
@@ -391,13 +416,13 @@ 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, SE.DL)) {
             // Op now has ElSize factored out.
             ScaledOps.push_back(Op);
             if (!Remainder->isZero())
@@ -431,13 +456,13 @@ 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
+      if (SE.DL) {
+        // With DataLayout, 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);
+            const StructLayout &SL = *SE.DL->getStructLayout(STy);
             uint64_t FullOffset = C->getValue()->getZExtValue();
             if (FullOffset < SL.getSizeInBytes()) {
               unsigned ElIdx = SL.getElementContainingOffset(FullOffset);
@@ -451,7 +476,7 @@ Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
             }
           }
       } else {
-        // Without TargetData, just check for an offsetof expression of the
+        // Without DataLayout, 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])) {
@@ -492,6 +517,9 @@ 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);
 
@@ -520,8 +548,7 @@ 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())) {
@@ -537,16 +564,11 @@ Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
     Value *GEP = Builder.CreateGEP(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())) {
@@ -582,26 +604,11 @@ Value *SCEVExpander::expandAddToGEP(const SCEV *const *op_begin,
   rememberInstruction(GEP);
 
   // Restore the original insert point.
-  if (SaveInsertBB)
-    restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
+  Builder.restoreIP(SaveInsertPt);
 
   return expand(SE.getAddExpr(Ops));
 }
 
-/// isNonConstantNegative - Return true if the specified scev is negated, but
-/// not a constant.
-static bool isNonConstantNegative(const SCEV *F) {
-  const SCEVMulExpr *Mul = dyn_cast<SCEVMulExpr>(F);
-  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();
-}
-
 /// PickMostRelevantLoop - Given two loops pick the one that's most relevant for
 /// SCEV expansion. If they are nested, this is the most nested. If they are
 /// neighboring, pick the later.
@@ -621,21 +628,21 @@ 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();
@@ -655,7 +662,6 @@ const Loop *SCEVExpander::getRelevantLoop(const SCEV *S) {
     return RelevantLoops[D] = Result;
   }
   llvm_unreachable("Unexpected SCEV type!");
-  return 0;
 }
 
 namespace {
@@ -680,10 +686,10 @@ public:
     // If one operand is a non-constant negative and the other is not,
     // put the non-constant negative on the right so that a sub can
     // be used instead of a negate and add.
-    if (isNonConstantNegative(LHS.second)) {
-      if (!isNonConstantNegative(RHS.second))
+    if (LHS.second->isNonConstantNegative()) {
+      if (!RHS.second->isNonConstantNegative())
         return false;
-    } else if (isNonConstantNegative(RHS.second))
+    } else if (RHS.second->isNonConstantNegative())
       return true;
 
     // Otherwise they are equivalent according to this comparison.
@@ -711,7 +717,7 @@ 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;
@@ -744,7 +750,7 @@ Value *SCEVExpander::visitAddExpr(const SCEVAddExpr *S) {
       for (++I; I != E && I->first == CurLoop; ++I)
         NewOps.push_back(I->second);
       Sum = expandAddToGEP(NewOps.begin(), NewOps.end(), PTy, Ty, expand(Op));
-    } else if (isNonConstantNegative(Op)) {
+    } else if (Op->isNonConstantNegative()) {
       // Instead of doing a negate and add, just do a subtract.
       Value *W = expandCodeFor(SE.getNegativeSCEV(Op), Ty);
       Sum = InsertNoopCastOfTo(Sum, Ty);
@@ -779,7 +785,7 @@ 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; ) {
     const SCEV *Op = I->second;
@@ -832,8 +838,7 @@ 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);
@@ -875,49 +880,187 @@ bool SCEVExpander::isNormalAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
   return isNormalAddRecExprPHI(PN, IncV, L);
 }
 
-/// Determine if this cyclic phi is in a form that would have been generated by
-/// LSR. We don't care if the phi was actually expanded in this pass, as long
-/// as it is in a low-cost form, for example, no implied multiplication. This
-/// should match any patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
-/// expandAddtoGEP.
-bool SCEVExpander::isExpandedAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
-                                           const Loop *L, Type *ExpandTy) {
+/// getIVIncOperand returns an induction variable increment's induction
+/// variable operand.
+///
+/// If allowScale is set, any type of GEP is allowed as long as the nonIV
+/// operands dominate InsertPos.
+///
+/// If allowScale is not set, ensure that a GEP increment conforms to one of the
+/// simple patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
+/// expandAddtoGEP. If the pattern isn't recognized, return NULL.
+Instruction *SCEVExpander::getIVIncOperand(Instruction *IncV,
+                                           Instruction *InsertPos,
+                                           bool allowScale) {
+  if (IncV == InsertPos)
+    return nullptr;
+
   switch (IncV->getOpcode()) {
+  default:
+    return nullptr;
   // Check for a simple Add/Sub or GEP of a loop invariant step.
   case Instruction::Add:
-  case Instruction::Sub:
-    return IncV->getOperand(0) == PN
-      && L->isLoopInvariant(IncV->getOperand(1));
+  case Instruction::Sub: {
+    Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(1));
+    if (!OInst || SE.DT->dominates(OInst, InsertPos))
+      return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
+    return nullptr;
+  }
   case Instruction::BitCast:
-    IncV = dyn_cast<GetElementPtrInst>(IncV->getOperand(0));
-    if (!IncV)
-      return false;
-    // fall-thru to GEP handling
-  case Instruction::GetElementPtr: {
-    // This must be a pointer addition of constants (pretty) or some number of
-    // address-size elements (ugly).
+    return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
+  case Instruction::GetElementPtr:
     for (Instruction::op_iterator I = IncV->op_begin()+1, E = IncV->op_end();
          I != E; ++I) {
       if (isa<Constant>(*I))
         continue;
-      // ugly geps have 2 operands.
-      // i1* is used by the expander to represent an address-size element.
+      if (Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(*I)) {
+        if (!SE.DT->dominates(OInst, InsertPos))
+          return nullptr;
+      }
+      if (allowScale) {
+        // allow any kind of GEP as long as it can be hoisted.
+        continue;
+      }
+      // This must be a pointer addition of constants (pretty), which is already
+      // handled, or some number of address-size elements (ugly). Ugly geps
+      // have 2 operands. i1* is used by the expander to represent an
+      // address-size element.
       if (IncV->getNumOperands() != 2)
-        return false;
-      unsigned AS = cast<PointerType>(ExpandTy)->getAddressSpace();
+        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 false;
+        return nullptr;
       break;
     }
-    IncV = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
-    if (IncV && IncV->getOpcode() == Instruction::BitCast)
-      IncV = dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
-    return IncV == PN;
+    return dyn_cast<Instruction>(IncV->getOperand(0));
   }
-  default:
+}
+
+/// hoistStep - Attempt to hoist a simple IV increment above InsertPos to make
+/// 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->dominates(IncV, InsertPos))
+      return true;
+
+  // InsertPos must itself dominate IncV so that IncV's new position satisfies
+  // its existing users.
+  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.
+  SmallVector<Instruction*, 4> IVIncs;
+  for(;;) {
+    Instruction *Oper = getIVIncOperand(IncV, InsertPos, /*allowScale*/true);
+    if (!Oper)
+      return false;
+    // IncV is safe to hoist.
+    IVIncs.push_back(IncV);
+    IncV = Oper;
+    if (SE.DT->dominates(IncV, InsertPos))
+      break;
+  }
+  for (SmallVectorImpl<Instruction*>::reverse_iterator I = IVIncs.rbegin(),
+         E = IVIncs.rend(); I != E; ++I) {
+    (*I)->moveBefore(InsertPos);
+  }
+  return true;
+}
+
+/// Determine if this cyclic phi is in a form that would have been generated by
+/// LSR. We don't care if the phi was actually expanded in this pass, as long
+/// as it is in a low-cost form, for example, no implied multiplication. This
+/// should match any patterns generated by getAddRecExprPHILiterally and
+/// expandAddtoGEP.
+bool SCEVExpander::isExpandedAddRecExprPHI(PHINode *PN, Instruction *IncV,
+                                           const Loop *L) {
+  for(Instruction *IVOper = IncV;
+      (IVOper = getIVIncOperand(IVOper, L->getLoopPreheader()->getTerminator(),
+                                /*allowScale=*/false));) {
+    if (IVOper == PN)
+      return true;
+  }
+  return false;
+}
+
+/// expandIVInc - Expand an IV increment at Builder's current InsertPos.
+/// Typically this is the LatchBlock terminator or IVIncInsertPos, but we may
+/// need to materialize IV increments elsewhere to handle difficult situations.
+Value *SCEVExpander::expandIVInc(PHINode *PN, Value *StepV, const Loop *L,
+                                 Type *ExpandTy, Type *IntTy,
+                                 bool useSubtract) {
+  Value *IncV;
+  // If the PHI is a pointer, use a GEP, otherwise use an add or sub.
+  if (ExpandTy->isPointerTy()) {
+    PointerType *GEPPtrTy = cast<PointerType>(ExpandTy);
+    // If the step isn't constant, don't use an implicitly scaled GEP, because
+    // that would require a multiply inside the loop.
+    if (!isa<ConstantInt>(StepV))
+      GEPPtrTy = PointerType::get(Type::getInt1Ty(SE.getContext()),
+                                  GEPPtrTy->getAddressSpace());
+    const SCEV *const StepArray[1] = { SE.getSCEV(StepV) };
+    IncV = expandAddToGEP(StepArray, StepArray+1, GEPPtrTy, IntTy, PN);
+    if (IncV->getType() != PN->getType()) {
+      IncV = Builder.CreateBitCast(IncV, PN->getType());
+      rememberInstruction(IncV);
+    }
+  } else {
+    IncV = useSubtract ?
+      Builder.CreateSub(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next") :
+      Builder.CreateAdd(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next");
+    rememberInstruction(IncV);
+  }
+  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 invertion 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;
 }
 
 /// getAddRecExprPHILiterally - Helper for expandAddRecExprLiterally. Expand
@@ -927,53 +1070,102 @@ 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;
 
-      Instruction *IncV =
-        cast<Instruction>(PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
+      const SCEVAddRecExpr *PhiSCEV = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE.getSCEV(PN));
+      if (!PhiSCEV)
+        continue;
 
+      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, ExpandTy))
+        if (!isExpandedAddRecExprPHI(PN, TempIncV, L))
           continue;
-      }
-      else {
-        if (!isNormalAddRecExprPHI(PN, IncV, L))
+        if (L == IVIncInsertLoop && !hoistIVInc(TempIncV, IVIncInsertPos))
+          continue;
+      } else {
+        if (!isNormalAddRecExprPHI(PN, TempIncV, L))
           continue;
       }
+
+      // 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);
-      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);
-      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
+  // loop. Remove this loop from the PostIncLoops set before expanding such
+  // AddRecs. Otherwise, we cannot find a valid position for the step
+  // (i.e. StepV can never dominate its loop header).  Ideally, we could do
+  // SavedIncLoops.swap(PostIncLoops), but we generally have a single element,
+  // so it's not worth implementing SmallPtrSet::swap.
+  PostIncLoopSet SavedPostIncLoops = PostIncLoops;
+  PostIncLoops.clear();
 
   // Expand code for the start value.
   Value *StartV = expandCodeFor(Normalized->getStart(), ExpandTy,
@@ -984,16 +1176,16 @@ SCEVExpander::getAddRecExprPHILiterally(const SCEVAddRecExpr *Normalized,
          SE.DT->properlyDominates(cast<Instruction>(StartV)->getParent(),
                                   L->getHeader()));
 
-  // Expand code for the step value. Insert instructions right before the
-  // terminator corresponding to the back-edge. Do this before creating the PHI
-  // so that PHI reuse code doesn't see an incomplete PHI. If the stride is
-  // negative, insert a sub instead of an add for the increment (unless it's a
-  // constant, because subtracts of constants are canonicalized to adds).
+  // Expand code for the step value. Do this before creating the PHI so that PHI
+  // reuse code doesn't see an incomplete PHI.
   const SCEV *Step = Normalized->getStepRecurrence(SE);
-  bool isPointer = ExpandTy->isPointerTy();
-  bool isNegative = !isPointer && isNonConstantNegative(Step);
-  if (isNegative)
+  // If the stride is negative, insert a sub instead of an add for the increment
+  // (unless it's a constant, because subtracts of constants are canonicalized
+  // to adds).
+  bool useSubtract = !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
+  if (useSubtract)
     Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
+  // Expand the step somewhere that dominates the loop header.
   Value *StepV = expandCodeFor(Step, IntTy, L->getHeader()->begin());
 
   // Create the PHI.
@@ -1014,39 +1206,25 @@ SCEVExpander::getAddRecExprPHILiterally(const SCEVAddRecExpr *Normalized,
       continue;
     }
 
-    // Create a step value and add it to the PHI. If IVIncInsertLoop is
-    // non-null and equal to the addrec's loop, insert the instructions
-    // at IVIncInsertPos.
+    // Create a step value and add it to the PHI.
+    // If IVIncInsertLoop is non-null and equal to the addrec's loop, insert the
+    // instructions at IVIncInsertPos.
     Instruction *InsertPos = L == IVIncInsertLoop ?
       IVIncInsertPos : Pred->getTerminator();
     Builder.SetInsertPoint(InsertPos);
-    Value *IncV;
-    // If the PHI is a pointer, use a GEP, otherwise use an add or sub.
-    if (isPointer) {
-      PointerType *GEPPtrTy = cast<PointerType>(ExpandTy);
-      // If the step isn't constant, don't use an implicitly scaled GEP, because
-      // that would require a multiply inside the loop.
-      if (!isa<ConstantInt>(StepV))
-        GEPPtrTy = PointerType::get(Type::getInt1Ty(SE.getContext()),
-                                    GEPPtrTy->getAddressSpace());
-      const SCEV *const StepArray[1] = { SE.getSCEV(StepV) };
-      IncV = expandAddToGEP(StepArray, StepArray+1, GEPPtrTy, IntTy, PN);
-      if (IncV->getType() != PN->getType()) {
-        IncV = Builder.CreateBitCast(IncV, PN->getType());
-        rememberInstruction(IncV);
-      }
-    } else {
-      IncV = isNegative ?
-        Builder.CreateSub(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next") :
-        Builder.CreateAdd(PN, StepV, Twine(IVName) + ".iv.next");
-      rememberInstruction(IncV);
+    Value *IncV = expandIVInc(PN, StepV, L, ExpandTy, IntTy, useSubtract);
+    if (isa<OverflowingBinaryOperator>(IncV)) {
+      if (Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNUW))
+        cast<BinaryOperator>(IncV)->setHasNoUnsignedWrap();
+      if (Normalized->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNSW))
+        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;
 
   // Remember this PHI, even in post-inc mode.
   InsertedValues.insert(PN);
@@ -1066,41 +1244,43 @@ 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;
@@ -1111,10 +1291,59 @@ Value *SCEVExpander::expandAddRecExprLiterally(const SCEVAddRecExpr *S) {
     BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
     assert(LatchBlock && "PostInc mode requires a unique loop latch!");
     Result = PN->getIncomingValueForBlock(LatchBlock);
+
+    // For an expansion to use the postinc form, the client must call
+    // expandCodeFor with an InsertPoint that is either outside the PostIncLoop
+    // or dominated by IVIncInsertPos.
+    if (isa<Instruction>(Result)
+        && !SE.DT->dominates(cast<Instruction>(Result),
+                             Builder.GetInsertPoint())) {
+      // The induction variable's postinc expansion does not dominate this use.
+      // IVUsers tries to prevent this case, so it is rare. However, it can
+      // happen when an IVUser outside the loop is not dominated by the latch
+      // block. Adjusting IVIncInsertPos before expansion begins cannot handle
+      // all cases. Consider a phi outide whose operand is replaced during
+      // expansion with the value of the postinc user. Without fundamentally
+      // changing the way postinc users are tracked, the only remedy is
+      // inserting an extra IV increment. StepV might fold into PostLoopOffset,
+      // but hopefully expandCodeFor handles that.
+      bool useSubtract =
+        !ExpandTy->isPointerTy() && Step->isNonConstantNegative();
+      if (useSubtract)
+        Step = SE.getNegativeSCEV(Step);
+      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));
@@ -1144,7 +1373,7 @@ 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;
@@ -1158,18 +1387,15 @@ 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;
   }
 
@@ -1177,8 +1403,8 @@ 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.
@@ -1213,9 +1439,17 @@ 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.
@@ -1346,10 +1580,7 @@ Value *SCEVExpander::visitUMaxExpr(const SCEVUMaxExpr *S) {
 }
 
 Value *SCEVExpander::expandCodeFor(const SCEV *SH, Type *Ty,
-                                   Instruction *I) {
-  BasicBlock::iterator IP = I;
-  while (isInsertedInstruction(IP) || isa<DbgInfoIntrinsic>(IP))
-    ++IP;
+                                   Instruction *IP) {
   Builder.SetInsertPoint(IP->getParent(), IP);
   return expandCodeFor(SH, Ty);
 }
@@ -1375,36 +1606,45 @@ Value *SCEVExpander::expand(const SCEV *S) {
       if (!L) break;
       if (BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader())
         InsertPt = Preheader->getTerminator();
+      else {
+        // LSR sets the insertion point for AddRec start/step values to the
+        // block start to simplify value reuse, even though it's an invalid
+        // position. SCEVExpander must correct for this in all cases.
+        InsertPt = L->getHeader()->getFirstInsertionPt();
+      }
     } else {
       // If the SCEV is computable at this level, insert it into the header
       // after the PHIs (and after any other instructions that we've inserted
       // there) so that it is guaranteed to dominate any user inside the loop.
       if (L && SE.hasComputableLoopEvolution(S, L) && !PostIncLoops.count(L))
         InsertPt = L->getHeader()->getFirstInsertionPt();
-      while (isInsertedInstruction(InsertPt) || isa<DbgInfoIntrinsic>(InsertPt))
-        InsertPt = llvm::next(BasicBlock::iterator(InsertPt));
+      while (InsertPt != Builder.GetInsertPoint()
+             && (isInsertedInstruction(InsertPt)
+                 || isa<DbgInfoIntrinsic>(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.
   Value *V = visit(S);
 
   // Remember the expanded value for this SCEV at this location.
-  if (PostIncLoops.empty())
-    InsertedExpressions[std::make_pair(S, InsertPt)] = V;
-
-  restoreInsertPoint(SaveInsertBB, SaveInsertPt);
+  //
+  // 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
+  // its insertion point was already at the head of the loop.
+  InsertedExpressions[std::make_pair(S, InsertPt)] = V;
   return V;
 }
 
@@ -1413,24 +1653,6 @@ void SCEVExpander::rememberInstruction(Value *I) {
     InsertedPostIncValues.insert(I);
   else
     InsertedValues.insert(I);
-
-  // If we just claimed an existing instruction and that instruction had
-  // been the insert point, adjust the insert point forward so that
-  // subsequently inserted code will be dominated.
-  if (Builder.GetInsertPoint() == I) {
-    BasicBlock::iterator It = cast<Instruction>(I);
-    do { ++It; } while (isInsertedInstruction(It) ||
-                        isa<DbgInfoIntrinsic>(It));
-    Builder.SetInsertPoint(Builder.GetInsertBlock(), It);
-  }
-}
-
-void SCEVExpander::restoreInsertPoint(BasicBlock *BB, BasicBlock::iterator I) {
-  // If we acquired more instructions since the old insert point was saved,
-  // advance past them.
-  while (isInsertedInstruction(I) || isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) ++I;
-
-  Builder.SetInsertPoint(BB, I);
 }
 
 /// getOrInsertCanonicalInductionVariable - This method returns the
@@ -1448,11 +1670,191 @@ 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;
 }
+
+/// replaceCongruentIVs - Check for congruent phis in this loop header and
+/// replace them with their most canonical representative. Return the number of
+/// phis eliminated.
+///
+/// This does not depend on any SCEVExpander state but should be used in
+/// the same context that SCEVExpander is used.
+unsigned SCEVExpander::replaceCongruentIVs(Loop *L, const DominatorTree *DT,
+                                           SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts,
+                                           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 (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
+  // 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, SE.DL, SE.TLI, SE.DT, SE.AT)) {
+      Phi->replaceAllUsesWith(V);
+      DeadInsts.push_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() && 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 =
+          SE.getTruncateExpr(SE.getSCEV(Phi), Phis.back()->getType());
+        ExprToIVMap[TruncExpr] = Phi;
+      }
+      continue;
+    }
+
+    // Replacing a pointer phi with an integer phi or vice-versa doesn't make
+    // sense.
+    if (OrigPhiRef->getType()->isPointerTy() != Phi->getType()->isPointerTy())
+      continue;
+
+    if (BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch()) {
+      Instruction *OrigInc =
+        cast<Instruction>(OrigPhiRef->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
+      Instruction *IsomorphicInc =
+        cast<Instruction>(Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
+
+      // If this phi has the same width but is more canonical, replace the
+      // original with it. As part of the "more canonical" determination,
+      // respect a prior decision to use an IV chain.
+      if (OrigPhiRef->getType() == Phi->getType()
+          && !(ChainedPhis.count(Phi)
+               || isExpandedAddRecExprPHI(OrigPhiRef, OrigInc, L))
+          && (ChainedPhis.count(Phi)
+              || isExpandedAddRecExprPHI(Phi, IsomorphicInc, L))) {
+        std::swap(OrigPhiRef, Phi);
+        std::swap(OrigInc, IsomorphicInc);
+      }
+      // Replacing the congruent phi is sufficient because acyclic redundancy
+      // elimination, CSE/GVN, should handle the rest. However, once SCEV proves
+      // that a phi is congruent, it's often the head of an IV user cycle that
+      // is isomorphic with the original phi. It's worth eagerly cleaning up the
+      // common case of a single IV increment so that DeleteDeadPHIs can remove
+      // cycles that had postinc uses.
+      const SCEV *TruncExpr = SE.getTruncateOrNoop(SE.getSCEV(OrigInc),
+                                                   IsomorphicInc->getType());
+      if (OrigInc != IsomorphicInc
+          && TruncExpr == SE.getSCEV(IsomorphicInc)
+          && ((isa<PHINode>(OrigInc) && isa<PHINode>(IsomorphicInc))
+              || hoistIVInc(OrigInc, IsomorphicInc))) {
+        DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
+                        << "INDVARS: Eliminated congruent iv.inc: "
+                        << *IsomorphicInc << '\n');
+        Value *NewInc = OrigInc;
+        if (OrigInc->getType() != IsomorphicInc->getType()) {
+          Instruction *IP = isa<PHINode>(OrigInc)
+            ? (Instruction*)L->getHeader()->getFirstInsertionPt()
+            : OrigInc->getNextNode();
+          IRBuilder<> Builder(IP);
+          Builder.SetCurrentDebugLocation(IsomorphicInc->getDebugLoc());
+          NewInc = Builder.
+            CreateTruncOrBitCast(OrigInc, IsomorphicInc->getType(), IVName);
+        }
+        IsomorphicInc->replaceAllUsesWith(NewInc);
+        DeadInsts.push_back(IsomorphicInc);
+      }
+    }
+    DEBUG_WITH_TYPE(DebugType, dbgs()
+                    << "INDVARS: Eliminated congruent iv: " << *Phi << '\n');
+    ++NumElim;
+    Value *NewIV = OrigPhiRef;
+    if (OrigPhiRef->getType() != Phi->getType()) {
+      IRBuilder<> Builder(L->getHeader()->getFirstInsertionPt());
+      Builder.SetCurrentDebugLocation(Phi->getDebugLoc());
+      NewIV = Builder.CreateTruncOrBitCast(OrigPhiRef, Phi->getType(), IVName);
+    }
+    Phi->replaceAllUsesWith(NewIV);
+    DeadInsts.push_back(Phi);
+  }
+  return NumElim;
+}
+
+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;
+}
+}