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[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / MachineLICM.cpp
index 7c07ac4a24b4be976cadd7d8c2b3f5744a0dd90a..a8368e9c80d6fbfc144b08d0c7bda82176e18bad 100644 (file)
 // This pass performs loop invariant code motion on machine instructions. We
 // attempt to remove as much code from the body of a loop as possible.
 //
-// This pass does not attempt to throttle itself to limit register pressure.
-// The register allocation phases are expected to perform rematerialization
-// to recover when register pressure is high.
-//
 // This pass is not intended to be a replacement or a complete alternative
 // for the LLVM-IR-level LICM pass. It is only designed to hoist simple
 // constructs that are not exposed before lowering and instruction selection.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#define DEBUG_TYPE "machine-licm"
 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
+#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
+#include "llvm/ADT/SmallSet.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineMemOperand.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
 #include "llvm/CodeGen/PseudoSourceValue.h"
-#include "llvm/MC/MCInstrItineraries.h"
-#include "llvm/Target/TargetLowering.h"
-#include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
-#include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
-#include "llvm/Target/TargetMachine.h"
-#include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
-#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
-#include "llvm/ADT/SmallSet.h"
-#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/CodeGen/TargetSchedule.h"
 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
+#include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
+#include "llvm/Target/TargetLowering.h"
+#include "llvm/Target/TargetMachine.h"
+#include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
+#include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
 using namespace llvm;
 
+#define DEBUG_TYPE "machine-licm"
+
 static cl::opt<bool>
 AvoidSpeculation("avoid-speculation",
                  cl::desc("MachineLICM should avoid speculation"),
                  cl::init(true), cl::Hidden);
 
+static cl::opt<bool>
+HoistCheapInsts("hoist-cheap-insts",
+                cl::desc("MachineLICM should hoist even cheap instructions"),
+                cl::init(false), cl::Hidden);
+
+static cl::opt<bool>
+SinkInstsToAvoidSpills("sink-insts-to-avoid-spills",
+                       cl::desc("MachineLICM should sink instructions into "
+                                "loops to avoid register spills"),
+                       cl::init(false), cl::Hidden);
+
 STATISTIC(NumHoisted,
           "Number of machine instructions hoisted out of loops");
 STATISTIC(NumLowRP,
@@ -60,15 +69,13 @@ STATISTIC(NumPostRAHoisted,
 
 namespace {
   class MachineLICM : public MachineFunctionPass {
-    bool PreRegAlloc;
-
-    const TargetMachine   *TM;
     const TargetInstrInfo *TII;
-    const TargetLowering *TLI;
+    const TargetLoweringBase *TLI;
     const TargetRegisterInfo *TRI;
     const MachineFrameInfo *MFI;
     MachineRegisterInfo *MRI;
-    const InstrItineraryData *InstrItins;
+    TargetSchedModel SchedModel;
+    bool PreRegAlloc;
 
     // Various analyses that we use...
     AliasAnalysis        *AA;      // Alias analysis info.
@@ -81,11 +88,19 @@ namespace {
     MachineLoop *CurLoop;          // The current loop we are working on.
     MachineBasicBlock *CurPreheader; // The preheader for CurLoop.
 
+    // Exit blocks for CurLoop.
+    SmallVector<MachineBasicBlock*, 8> ExitBlocks;
+
+    bool isExitBlock(const MachineBasicBlock *MBB) const {
+      return std::find(ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end(), MBB) !=
+        ExitBlocks.end();
+    }
+
     // Track 'estimated' register pressure.
     SmallSet<unsigned, 32> RegSeen;
     SmallVector<unsigned, 8> RegPressure;
 
-    // Register pressure "limit" per register class. If the pressure
+    // Register pressure "limit" per register pressure set. If the pressure
     // is higher than the limit, then it's considered high.
     SmallVector<unsigned, 8> RegLimit;
 
@@ -118,32 +133,27 @@ namespace {
         initializeMachineLICMPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
       }
 
-    virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
+    bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
 
-    const char *getPassName() const { return "Machine Instruction LICM"; }
-
-    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+    void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
       AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
       AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
-      AU.addRequired<AliasAnalysis>();
+      AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
       AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
       AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
     }
 
-    virtual void releaseMemory() {
+    void releaseMemory() override {
       RegSeen.clear();
       RegPressure.clear();
       RegLimit.clear();
       BackTrace.clear();
-      for (DenseMap<unsigned,std::vector<const MachineInstr*> >::iterator
-             CI = CSEMap.begin(), CE = CSEMap.end(); CI != CE; ++CI)
-        CI->second.clear();
       CSEMap.clear();
     }
 
   private:
-    /// CandidateInfo - Keep track of information about hoisting candidates.
+    /// Keep track of information about hoisting candidates.
     struct CandidateInfo {
       MachineInstr *MI;
       unsigned      Def;
@@ -152,158 +162,91 @@ namespace {
         : MI(mi), Def(def), FI(fi) {}
     };
 
-    /// HoistRegionPostRA - Walk the specified region of the CFG and hoist loop
-    /// invariants out to the preheader.
     void HoistRegionPostRA();
 
-    /// HoistPostRA - When an instruction is found to only use loop invariant
-    /// operands that is safe to hoist, this instruction is called to do the
-    /// dirty work.
     void HoistPostRA(MachineInstr *MI, unsigned Def);
 
-    /// ProcessMI - Examine the instruction for potentai LICM candidate. Also
-    /// gather register def and frame object update information.
-    void ProcessMI(MachineInstr *MI,
-                   BitVector &PhysRegDefs,
-                   BitVector &PhysRegClobbers,
-                   SmallSet<int, 32> &StoredFIs,
-                   SmallVector<CandidateInfo, 32> &Candidates);
+    void ProcessMI(MachineInstr *MI, BitVector &PhysRegDefs,
+                   BitVector &PhysRegClobbers, SmallSet<int, 32> &StoredFIs,
+                   SmallVectorImpl<CandidateInfo> &Candidates);
 
-    /// AddToLiveIns - Add register 'Reg' to the livein sets of BBs in the
-    /// current loop.
     void AddToLiveIns(unsigned Reg);
 
-    /// IsLICMCandidate - Returns true if the instruction may be a suitable
-    /// candidate for LICM. e.g. If the instruction is a call, then it's
-    /// obviously not safe to hoist it.
     bool IsLICMCandidate(MachineInstr &I);
 
-    /// IsLoopInvariantInst - Returns true if the instruction is loop
-    /// invariant. I.e., all virtual register operands are defined outside of
-    /// the loop, physical registers aren't accessed (explicitly or implicitly),
-    /// and the instruction is hoistable.
-    ///
     bool IsLoopInvariantInst(MachineInstr &I);
 
-    /// HasAnyPHIUse - Return true if the specified register is used by any
-    /// phi node.
-    bool HasAnyPHIUse(unsigned Reg) const;
+    bool HasLoopPHIUse(const MachineInstr *MI) const;
 
-    /// HasHighOperandLatency - Compute operand latency between a def of 'Reg'
-    /// and an use in the current loop, return true if the target considered
-    /// it 'high'.
     bool HasHighOperandLatency(MachineInstr &MI, unsigned DefIdx,
                                unsigned Reg) const;
 
     bool IsCheapInstruction(MachineInstr &MI) const;
 
-    /// CanCauseHighRegPressure - Visit BBs from header to current BB,
-    /// check if hoisting an instruction of the given cost matrix can cause high
-    /// register pressure.
-    bool CanCauseHighRegPressure(DenseMap<unsigned, int> &Cost);
+    bool CanCauseHighRegPressure(const DenseMap<unsigned, int> &Cost,
+                                 bool Cheap);
 
-    /// UpdateBackTraceRegPressure - Traverse the back trace from header to
-    /// the current block and update their register pressures to reflect the
-    /// effect of hoisting MI from the current block to the preheader.
     void UpdateBackTraceRegPressure(const MachineInstr *MI);
 
-    /// IsProfitableToHoist - Return true if it is potentially profitable to
-    /// hoist the given loop invariant.
     bool IsProfitableToHoist(MachineInstr &MI);
 
-    /// IsGuaranteedToExecute - Check if this mbb is guaranteed to execute.
-    /// If not then a load from this mbb may not be safe to hoist.
     bool IsGuaranteedToExecute(MachineBasicBlock *BB);
 
     void EnterScope(MachineBasicBlock *MBB);
 
     void ExitScope(MachineBasicBlock *MBB);
 
-    /// ExitScopeIfDone - Destroy scope for the MBB that corresponds to given
-    /// dominator tree node if its a leaf or all of its children are done. Walk
-    /// up the dominator tree to destroy ancestors which are now done.
-    void ExitScopeIfDone(MachineDomTreeNode *Node,
-                DenseMap<MachineDomTreeNode*, unsigned> &OpenChildren,
-                DenseMap<MachineDomTreeNode*, MachineDomTreeNode*> &ParentMap);
-
-    /// HoistOutOfLoop - Walk the specified loop in the CFG (defined by all
-    /// blocks dominated by the specified header block, and that are in the
-    /// current loop) in depth first order w.r.t the DominatorTree. This allows
-    /// us to visit definitions before uses, allowing us to hoist a loop body in
-    /// one pass without iteration.
-    ///
+    void ExitScopeIfDone(
+        MachineDomTreeNode *Node,
+        DenseMap<MachineDomTreeNode *, unsigned> &OpenChildren,
+        DenseMap<MachineDomTreeNode *, MachineDomTreeNode *> &ParentMap);
+
     void HoistOutOfLoop(MachineDomTreeNode *LoopHeaderNode);
+
     void HoistRegion(MachineDomTreeNode *N, bool IsHeader);
 
-    /// getRegisterClassIDAndCost - For a given MI, register, and the operand
-    /// index, return the ID and cost of its representative register class by
-    /// reference.
-    void getRegisterClassIDAndCost(const MachineInstr *MI,
-                                   unsigned Reg, unsigned OpIdx,
-                                   unsigned &RCId, unsigned &RCCost) const;
+    void SinkIntoLoop();
 
-    /// InitRegPressure - Find all virtual register references that are liveout
-    /// of the preheader to initialize the starting "register pressure". Note
-    /// this does not count live through (livein but not used) registers.
     void InitRegPressure(MachineBasicBlock *BB);
 
-    /// UpdateRegPressure - Update estimate of register pressure after the
-    /// specified instruction.
-    void UpdateRegPressure(const MachineInstr *MI);
+    DenseMap<unsigned, int> calcRegisterCost(const MachineInstr *MI,
+                                             bool ConsiderSeen,
+                                             bool ConsiderUnseenAsDef);
+
+    void UpdateRegPressure(const MachineInstr *MI,
+                           bool ConsiderUnseenAsDef = false);
 
-    /// ExtractHoistableLoad - Unfold a load from the given machineinstr if
-    /// the load itself could be hoisted. Return the unfolded and hoistable
-    /// load, or null if the load couldn't be unfolded or if it wouldn't
-    /// be hoistable.
     MachineInstr *ExtractHoistableLoad(MachineInstr *MI);
 
-    /// LookForDuplicate - Find an instruction amount PrevMIs that is a
-    /// duplicate of MI. Return this instruction if it's found.
-    const MachineInstr *LookForDuplicate(const MachineInstr *MI,
-                                     std::vector<const MachineInstr*> &PrevMIs);
+    const MachineInstr *
+    LookForDuplicate(const MachineInstr *MI,
+                     std::vector<const MachineInstr *> &PrevMIs);
 
-    /// EliminateCSE - Given a LICM'ed instruction, look for an instruction on
-    /// the preheader that compute the same value. If it's found, do a RAU on
-    /// with the definition of the existing instruction rather than hoisting
-    /// the instruction to the preheader.
-    bool EliminateCSE(MachineInstr *MI,
-           DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> >::iterator &CI);
+    bool EliminateCSE(
+        MachineInstr *MI,
+        DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr *>>::iterator &CI);
 
-    /// MayCSE - Return true if the given instruction will be CSE'd if it's
-    /// hoisted out of the loop.
     bool MayCSE(MachineInstr *MI);
 
-    /// Hoist - When an instruction is found to only use loop invariant operands
-    /// that is safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
-    /// It returns true if the instruction is hoisted.
     bool Hoist(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *Preheader);
 
-    /// InitCSEMap - Initialize the CSE map with instructions that are in the
-    /// current loop preheader that may become duplicates of instructions that
-    /// are hoisted out of the loop.
     void InitCSEMap(MachineBasicBlock *BB);
 
-    /// getCurPreheader - Get the preheader for the current loop, splitting
-    /// a critical edge if needed.
     MachineBasicBlock *getCurPreheader();
   };
 } // end anonymous namespace
 
 char MachineLICM::ID = 0;
+char &llvm::MachineLICMID = MachineLICM::ID;
 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineLICM, "machinelicm",
                 "Machine Loop Invariant Code Motion", false, false)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineLoopInfo)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
-INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
 INITIALIZE_PASS_END(MachineLICM, "machinelicm",
                 "Machine Loop Invariant Code Motion", false, false)
 
-FunctionPass *llvm::createMachineLICMPass(bool PreRegAlloc) {
-  return new MachineLICM(PreRegAlloc);
-}
-
-/// LoopIsOuterMostWithPredecessor - Test if the given loop is the outer-most
-/// loop that has a unique predecessor.
+/// Test if the given loop is the outer-most loop that has a unique predecessor.
 static bool LoopIsOuterMostWithPredecessor(MachineLoop *CurLoop) {
   // Check whether this loop even has a unique predecessor.
   if (!CurLoop->getLoopPredecessor())
@@ -317,41 +260,46 @@ static bool LoopIsOuterMostWithPredecessor(MachineLoop *CurLoop) {
 }
 
 bool MachineLICM::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
-  if (PreRegAlloc)
-    DEBUG(dbgs() << "******** Pre-regalloc Machine LICM: ");
-  else
-    DEBUG(dbgs() << "******** Post-regalloc Machine LICM: ");
-  DEBUG(dbgs() << MF.getFunction()->getName() << " ********\n");
+  if (skipOptnoneFunction(*MF.getFunction()))
+    return false;
 
   Changed = FirstInLoop = false;
-  TM = &MF.getTarget();
-  TII = TM->getInstrInfo();
-  TLI = TM->getTargetLowering();
-  TRI = TM->getRegisterInfo();
+  const TargetSubtargetInfo &ST = MF.getSubtarget();
+  TII = ST.getInstrInfo();
+  TLI = ST.getTargetLowering();
+  TRI = ST.getRegisterInfo();
   MFI = MF.getFrameInfo();
   MRI = &MF.getRegInfo();
-  InstrItins = TM->getInstrItineraryData();
+  SchedModel.init(ST.getSchedModel(), &ST, TII);
+
+  PreRegAlloc = MRI->isSSA();
+
+  if (PreRegAlloc)
+    DEBUG(dbgs() << "******** Pre-regalloc Machine LICM: ");
+  else
+    DEBUG(dbgs() << "******** Post-regalloc Machine LICM: ");
+  DEBUG(dbgs() << MF.getName() << " ********\n");
 
   if (PreRegAlloc) {
     // Estimate register pressure during pre-regalloc pass.
-    unsigned NumRC = TRI->getNumRegClasses();
-    RegPressure.resize(NumRC);
+    unsigned NumRPS = TRI->getNumRegPressureSets();
+    RegPressure.resize(NumRPS);
     std::fill(RegPressure.begin(), RegPressure.end(), 0);
-    RegLimit.resize(NumRC);
-    for (TargetRegisterInfo::regclass_iterator I = TRI->regclass_begin(),
-           E = TRI->regclass_end(); I != E; ++I)
-      RegLimit[(*I)->getID()] = TRI->getRegPressureLimit(*I, MF);
+    RegLimit.resize(NumRPS);
+    for (unsigned i = 0, e = NumRPS; i != e; ++i)
+      RegLimit[i] = TRI->getRegPressureSetLimit(MF, i);
   }
 
   // Get our Loop information...
   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
   DT  = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
-  AA  = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
+  AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
 
   SmallVector<MachineLoop *, 8> Worklist(MLI->begin(), MLI->end());
   while (!Worklist.empty()) {
     CurLoop = Worklist.pop_back_val();
-    CurPreheader = 0;
+    CurPreheader = nullptr;
+    ExitBlocks.clear();
 
     // If this is done before regalloc, only visit outer-most preheader-sporting
     // loops.
@@ -360,6 +308,8 @@ bool MachineLICM::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
       continue;
     }
 
+    CurLoop->getExitBlocks(ExitBlocks);
+
     if (!PreRegAlloc)
       HoistRegionPostRA();
     else {
@@ -369,21 +319,27 @@ bool MachineLICM::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
       FirstInLoop = true;
       HoistOutOfLoop(N);
       CSEMap.clear();
+
+      if (SinkInstsToAvoidSpills)
+        SinkIntoLoop();
     }
   }
 
   return Changed;
 }
 
-/// InstructionStoresToFI - Return true if instruction stores to the
-/// specified frame.
+/// Return true if instruction stores to the specified frame.
 static bool InstructionStoresToFI(const MachineInstr *MI, int FI) {
+  // If we lost memory operands, conservatively assume that the instruction
+  // writes to all slots. 
+  if (MI->memoperands_empty())
+    return true;
   for (MachineInstr::mmo_iterator o = MI->memoperands_begin(),
          oe = MI->memoperands_end(); o != oe; ++o) {
-    if (!(*o)->isStore() || !(*o)->getValue())
+    if (!(*o)->isStore() || !(*o)->getPseudoValue())
       continue;
     if (const FixedStackPseudoSourceValue *Value =
-        dyn_cast<const FixedStackPseudoSourceValue>((*o)->getValue())) {
+        dyn_cast<FixedStackPseudoSourceValue>((*o)->getPseudoValue())) {
       if (Value->getFrameIndex() == FI)
         return true;
     }
@@ -391,13 +347,13 @@ static bool InstructionStoresToFI(const MachineInstr *MI, int FI) {
   return false;
 }
 
-/// ProcessMI - Examine the instruction for potentai LICM candidate. Also
+/// Examine the instruction for potentai LICM candidate. Also
 /// gather register def and frame object update information.
 void MachineLICM::ProcessMI(MachineInstr *MI,
                             BitVector &PhysRegDefs,
                             BitVector &PhysRegClobbers,
                             SmallSet<int, 32> &StoredFIs,
-                            SmallVector<CandidateInfo, 32> &Candidates) {
+                            SmallVectorImpl<CandidateInfo> &Candidates) {
   bool RuledOut = false;
   bool HasNonInvariantUse = false;
   unsigned Def = 0;
@@ -438,8 +394,8 @@ void MachineLICM::ProcessMI(MachineInstr *MI,
     }
 
     if (MO.isImplicit()) {
-      for (const unsigned *AS = TRI->getOverlaps(Reg); *AS; ++AS)
-        PhysRegClobbers.set(*AS);
+      for (MCRegAliasIterator AI(Reg, TRI, true); AI.isValid(); ++AI)
+        PhysRegClobbers.set(*AI);
       if (!MO.isDead())
         // Non-dead implicit def? This cannot be hoisted.
         RuledOut = true;
@@ -458,15 +414,15 @@ void MachineLICM::ProcessMI(MachineInstr *MI,
     // If we have already seen another instruction that defines the same
     // register, then this is not safe.  Two defs is indicated by setting a
     // PhysRegClobbers bit.
-    for (const unsigned *AS = TRI->getOverlaps(Reg); *AS; ++AS) {
+    for (MCRegAliasIterator AS(Reg, TRI, true); AS.isValid(); ++AS) {
       if (PhysRegDefs.test(*AS))
         PhysRegClobbers.set(*AS);
-      if (PhysRegClobbers.test(*AS))
-        // MI defined register is seen defined by another instruction in
-        // the loop, it cannot be a LICM candidate.
-        RuledOut = true;
       PhysRegDefs.set(*AS);
     }
+    if (PhysRegClobbers.test(Reg))
+      // MI defined register is seen defined by another instruction in
+      // the loop, it cannot be a LICM candidate.
+      RuledOut = true;
   }
 
   // Only consider reloads for now and remats which do not have register
@@ -479,9 +435,13 @@ void MachineLICM::ProcessMI(MachineInstr *MI,
   }
 }
 
-/// HoistRegionPostRA - Walk the specified region of the CFG and hoist loop
-/// invariants out to the preheader.
+/// Walk the specified region of the CFG and hoist loop invariants out to the
+/// preheader.
 void MachineLICM::HoistRegionPostRA() {
+  MachineBasicBlock *Preheader = getCurPreheader();
+  if (!Preheader)
+    return;
+
   unsigned NumRegs = TRI->getNumRegs();
   BitVector PhysRegDefs(NumRegs); // Regs defined once in the loop.
   BitVector PhysRegClobbers(NumRegs); // Regs defined more than once.
@@ -491,23 +451,21 @@ void MachineLICM::HoistRegionPostRA() {
 
   // Walk the entire region, count number of defs for each register, and
   // collect potential LICM candidates.
-  const std::vector<MachineBasicBlock*> Blocks = CurLoop->getBlocks();
+  const std::vector<MachineBasicBlock *> &Blocks = CurLoop->getBlocks();
   for (unsigned i = 0, e = Blocks.size(); i != e; ++i) {
     MachineBasicBlock *BB = Blocks[i];
 
     // If the header of the loop containing this basic block is a landing pad,
     // then don't try to hoist instructions out of this loop.
     const MachineLoop *ML = MLI->getLoopFor(BB);
-    if (ML && ML->getHeader()->isLandingPad()) continue;
+    if (ML && ML->getHeader()->isEHPad()) continue;
 
     // Conservatively treat live-in's as an external def.
     // FIXME: That means a reload that're reused in successor block(s) will not
     // be LICM'ed.
-    for (MachineBasicBlock::livein_iterator I = BB->livein_begin(),
-           E = BB->livein_end(); I != E; ++I) {
-      unsigned Reg = *I;
-      for (const unsigned *AS = TRI->getOverlaps(Reg); *AS; ++AS)
-        PhysRegDefs.set(*AS);
+    for (const auto &LI : BB->liveins()) {
+      for (MCRegAliasIterator AI(LI.PhysReg, TRI, true); AI.isValid(); ++AI)
+        PhysRegDefs.set(*AI);
     }
 
     SpeculationState = SpeculateUnknown;
@@ -518,25 +476,46 @@ void MachineLICM::HoistRegionPostRA() {
     }
   }
 
+  // Gather the registers read / clobbered by the terminator.
+  BitVector TermRegs(NumRegs);
+  MachineBasicBlock::iterator TI = Preheader->getFirstTerminator();
+  if (TI != Preheader->end()) {
+    for (unsigned i = 0, e = TI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+      const MachineOperand &MO = TI->getOperand(i);
+      if (!MO.isReg())
+        continue;
+      unsigned Reg = MO.getReg();
+      if (!Reg)
+        continue;
+      for (MCRegAliasIterator AI(Reg, TRI, true); AI.isValid(); ++AI)
+        TermRegs.set(*AI);
+    }
+  }
+
   // Now evaluate whether the potential candidates qualify.
   // 1. Check if the candidate defined register is defined by another
   //    instruction in the loop.
   // 2. If the candidate is a load from stack slot (always true for now),
   //    check if the slot is stored anywhere in the loop.
+  // 3. Make sure candidate def should not clobber
+  //    registers read by the terminator. Similarly its def should not be
+  //    clobbered by the terminator.
   for (unsigned i = 0, e = Candidates.size(); i != e; ++i) {
     if (Candidates[i].FI != INT_MIN &&
         StoredFIs.count(Candidates[i].FI))
       continue;
 
-    if (!PhysRegClobbers.test(Candidates[i].Def)) {
+    unsigned Def = Candidates[i].Def;
+    if (!PhysRegClobbers.test(Def) && !TermRegs.test(Def)) {
       bool Safe = true;
       MachineInstr *MI = Candidates[i].MI;
       for (unsigned j = 0, ee = MI->getNumOperands(); j != ee; ++j) {
         const MachineOperand &MO = MI->getOperand(j);
         if (!MO.isReg() || MO.isDef() || !MO.getReg())
           continue;
-        if (PhysRegDefs.test(MO.getReg()) ||
-            PhysRegClobbers.test(MO.getReg())) {
+        unsigned Reg = MO.getReg();
+        if (PhysRegDefs.test(Reg) ||
+            PhysRegClobbers.test(Reg)) {
           // If it's using a non-loop-invariant register, then it's obviously
           // not safe to hoist.
           Safe = false;
@@ -549,10 +528,10 @@ void MachineLICM::HoistRegionPostRA() {
   }
 }
 
-/// AddToLiveIns - Add register 'Reg' to the livein sets of BBs in the current
-/// loop, and make sure it is not killed by any instructions in the loop.
+/// Add register 'Reg' to the livein sets of BBs in the current loop, and make
+/// sure it is not killed by any instructions in the loop.
 void MachineLICM::AddToLiveIns(unsigned Reg) {
-  const std::vector<MachineBasicBlock*> Blocks = CurLoop->getBlocks();
+  const std::vector<MachineBasicBlock *> &Blocks = CurLoop->getBlocks();
   for (unsigned i = 0, e = Blocks.size(); i != e; ++i) {
     MachineBasicBlock *BB = Blocks[i];
     if (!BB->isLiveIn(Reg))
@@ -570,12 +549,10 @@ void MachineLICM::AddToLiveIns(unsigned Reg) {
   }
 }
 
-/// HoistPostRA - When an instruction is found to only use loop invariant
-/// operands that is safe to hoist, this instruction is called to do the
-/// dirty work.
+/// When an instruction is found to only use loop invariant operands that is
+/// safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
 void MachineLICM::HoistPostRA(MachineInstr *MI, unsigned Def) {
   MachineBasicBlock *Preheader = getCurPreheader();
-  if (!Preheader) return;
 
   // Now move the instructions to the predecessor, inserting it before any
   // terminator instructions.
@@ -595,8 +572,8 @@ void MachineLICM::HoistPostRA(MachineInstr *MI, unsigned Def) {
   Changed = true;
 }
 
-// IsGuaranteedToExecute - Check if this mbb is guaranteed to execute.
-// If not then a load from this mbb may not be safe to hoist.
+/// Check if this mbb is guaranteed to execute. If not then a load from this mbb
+/// may not be safe to hoist.
 bool MachineLICM::IsGuaranteedToExecute(MachineBasicBlock *BB) {
   if (SpeculationState != SpeculateUnknown)
     return SpeculationState == SpeculateFalse;
@@ -628,9 +605,9 @@ void MachineLICM::ExitScope(MachineBasicBlock *MBB) {
   BackTrace.pop_back();
 }
 
-/// ExitScopeIfDone - Destroy scope for the MBB that corresponds to the given
-/// dominator tree node if its a leaf or all of its children are done. Walk
-/// up the dominator tree to destroy ancestors which are now done.
+/// Destroy scope for the MBB that corresponds to the given dominator tree node
+/// if its a leaf or all of its children are done. Walk up the dominator tree to
+/// destroy ancestors which are now done.
 void MachineLICM::ExitScopeIfDone(MachineDomTreeNode *Node,
                 DenseMap<MachineDomTreeNode*, unsigned> &OpenChildren,
                 DenseMap<MachineDomTreeNode*, MachineDomTreeNode*> &ParentMap) {
@@ -650,13 +627,16 @@ void MachineLICM::ExitScopeIfDone(MachineDomTreeNode *Node,
   }
 }
 
-/// HoistOutOfLoop - Walk the specified loop in the CFG (defined by all
-/// blocks dominated by the specified header block, and that are in the
-/// current loop) in depth first order w.r.t the DominatorTree. This allows
-/// us to visit definitions before uses, allowing us to hoist a loop body in
-/// one pass without iteration.
+/// Walk the specified loop in the CFG (defined by all blocks dominated by the
+/// specified header block, and that are in the current loop) in depth first
+/// order w.r.t the DominatorTree. This allows us to visit definitions before
+/// uses, allowing us to hoist a loop body in one pass without iteration.
 ///
 void MachineLICM::HoistOutOfLoop(MachineDomTreeNode *HeaderN) {
+  MachineBasicBlock *Preheader = getCurPreheader();
+  if (!Preheader)
+    return;
+
   SmallVector<MachineDomTreeNode*, 32> Scopes;
   SmallVector<MachineDomTreeNode*, 8> WorkList;
   DenseMap<MachineDomTreeNode*, MachineDomTreeNode*> ParentMap;
@@ -664,15 +644,15 @@ void MachineLICM::HoistOutOfLoop(MachineDomTreeNode *HeaderN) {
 
   // Perform a DFS walk to determine the order of visit.
   WorkList.push_back(HeaderN);
-  do {
+  while (!WorkList.empty()) {
     MachineDomTreeNode *Node = WorkList.pop_back_val();
-    assert(Node != 0 && "Null dominator tree node?");
+    assert(Node && "Null dominator tree node?");
     MachineBasicBlock *BB = Node->getBlock();
 
     // If the header of the loop containing this basic block is a landing pad,
     // then don't try to hoist instructions out of this loop.
     const MachineLoop *ML = MLI->getLoopFor(BB);
-    if (ML && ML->getHeader()->isLandingPad())
+    if (ML && ML->getHeader()->isEHPad())
       continue;
 
     // If this subregion is not in the top level loop at all, exit.
@@ -698,28 +678,21 @@ void MachineLICM::HoistOutOfLoop(MachineDomTreeNode *HeaderN) {
       ParentMap[Child] = Node;
       WorkList.push_back(Child);
     }
-  } while (!WorkList.empty());
+  }
 
-  if (Scopes.size() != 0) {
-    MachineBasicBlock *Preheader = getCurPreheader();
-    if (!Preheader)
-      return;
+  if (Scopes.size() == 0)
+    return;
 
-    // Compute registers which are livein into the loop headers.
-    RegSeen.clear();
-    BackTrace.clear();
-    InitRegPressure(Preheader);
-  }
+  // Compute registers which are livein into the loop headers.
+  RegSeen.clear();
+  BackTrace.clear();
+  InitRegPressure(Preheader);
 
   // Now perform LICM.
   for (unsigned i = 0, e = Scopes.size(); i != e; ++i) {
     MachineDomTreeNode *Node = Scopes[i];
     MachineBasicBlock *MBB = Node->getBlock();
 
-    MachineBasicBlock *Preheader = getCurPreheader();
-    if (!Preheader)
-      continue;
-
     EnterScope(MBB);
 
     // Process the block
@@ -738,30 +711,63 @@ void MachineLICM::HoistOutOfLoop(MachineDomTreeNode *HeaderN) {
   }
 }
 
-static bool isOperandKill(const MachineOperand &MO, MachineRegisterInfo *MRI) {
-  return MO.isKill() || MRI->hasOneNonDBGUse(MO.getReg());
-}
+/// Sink instructions into loops if profitable. This especially tries to prevent
+/// register spills caused by register pressure if there is little to no
+/// overhead moving instructions into loops.
+void MachineLICM::SinkIntoLoop() {
+  MachineBasicBlock *Preheader = getCurPreheader();
+  if (!Preheader)
+    return;
 
-/// getRegisterClassIDAndCost - For a given MI, register, and the operand
-/// index, return the ID and cost of its representative register class.
-void
-MachineLICM::getRegisterClassIDAndCost(const MachineInstr *MI,
-                                       unsigned Reg, unsigned OpIdx,
-                                       unsigned &RCId, unsigned &RCCost) const {
-  const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(Reg);
-  EVT VT = *RC->vt_begin();
-  if (VT == MVT::Untyped) {
-    RCId = RC->getID();
-    RCCost = 1;
-  } else {
-    RCId = TLI->getRepRegClassFor(VT)->getID();
-    RCCost = TLI->getRepRegClassCostFor(VT);
+  SmallVector<MachineInstr *, 8> Candidates;
+  for (MachineBasicBlock::instr_iterator I = Preheader->instr_begin();
+       I != Preheader->instr_end(); ++I) {
+    // We need to ensure that we can safely move this instruction into the loop.
+    // As such, it must not have side-effects, e.g. such as a call has.  
+    if (IsLoopInvariantInst(*I) && !HasLoopPHIUse(&*I))
+      Candidates.push_back(&*I);
+  }
+
+  for (MachineInstr *I : Candidates) {
+    const MachineOperand &MO = I->getOperand(0);
+    if (!MO.isDef() || !MO.isReg() || !MO.getReg())
+      continue;
+    if (!MRI->hasOneDef(MO.getReg()))
+      continue;
+    bool CanSink = true;
+    MachineBasicBlock *B = nullptr;
+    for (MachineInstr &MI : MRI->use_instructions(MO.getReg())) {
+      // FIXME: Come up with a proper cost model that estimates whether sinking
+      // the instruction (and thus possibly executing it on every loop
+      // iteration) is more expensive than a register.
+      // For now assumes that copies are cheap and thus almost always worth it.
+      if (!MI.isCopy()) {
+        CanSink = false;
+        break;
+      }
+      if (!B) {
+        B = MI.getParent();
+        continue;
+      }
+      B = DT->findNearestCommonDominator(B, MI.getParent());
+      if (!B) {
+        CanSink = false;
+        break;
+      }
+    }
+    if (!CanSink || !B || B == Preheader)
+      continue;
+    B->splice(B->getFirstNonPHI(), Preheader, I);
   }
 }
 
-/// InitRegPressure - Find all virtual register references that are liveout of
-/// the preheader to initialize the starting "register pressure". Note this
-/// does not count live through (livein but not used) registers.
+static bool isOperandKill(const MachineOperand &MO, MachineRegisterInfo *MRI) {
+  return MO.isKill() || MRI->hasOneNonDBGUse(MO.getReg());
+}
+
+/// Find all virtual register references that are liveout of the preheader to
+/// initialize the starting "register pressure". Note this does not count live
+/// through (livein but not used) registers.
 void MachineLICM::InitRegPressure(MachineBasicBlock *BB) {
   std::fill(RegPressure.begin(), RegPressure.end(), 0);
 
@@ -770,47 +776,41 @@ void MachineLICM::InitRegPressure(MachineBasicBlock *BB) {
   // defs as well. This happens whenever the preheader is created by splitting
   // the critical edge from the loop predecessor to the loop header.
   if (BB->pred_size() == 1) {
-    MachineBasicBlock *TBB = 0, *FBB = 0;
+    MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr;
     SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
     if (!TII->AnalyzeBranch(*BB, TBB, FBB, Cond, false) && Cond.empty())
       InitRegPressure(*BB->pred_begin());
   }
 
-  for (MachineBasicBlock::iterator MII = BB->begin(), E = BB->end();
-       MII != E; ++MII) {
-    MachineInstr *MI = &*MII;
-    for (unsigned i = 0, e = MI->getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
-      const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
-      if (!MO.isReg() || MO.isImplicit())
-        continue;
-      unsigned Reg = MO.getReg();
-      if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
-        continue;
+  for (const MachineInstr &MI : *BB)
+    UpdateRegPressure(&MI, /*ConsiderUnseenAsDef=*/true);
+}
 
-      bool isNew = RegSeen.insert(Reg);
-      unsigned RCId, RCCost;
-      getRegisterClassIDAndCost(MI, Reg, i, RCId, RCCost);
-      if (MO.isDef())
-        RegPressure[RCId] += RCCost;
-      else {
-        bool isKill = isOperandKill(MO, MRI);
-        if (isNew && !isKill)
-          // Haven't seen this, it must be a livein.
-          RegPressure[RCId] += RCCost;
-        else if (!isNew && isKill)
-          RegPressure[RCId] -= RCCost;
-      }
-    }
+/// Update estimate of register pressure after the specified instruction.
+void MachineLICM::UpdateRegPressure(const MachineInstr *MI,
+                                    bool ConsiderUnseenAsDef) {
+  auto Cost = calcRegisterCost(MI, /*ConsiderSeen=*/true, ConsiderUnseenAsDef);
+  for (const auto &RPIdAndCost : Cost) {
+    unsigned Class = RPIdAndCost.first;
+    if (static_cast<int>(RegPressure[Class]) < -RPIdAndCost.second)
+      RegPressure[Class] = 0;
+    else
+      RegPressure[Class] += RPIdAndCost.second;
   }
 }
 
-/// UpdateRegPressure - Update estimate of register pressure after the
-/// specified instruction.
-void MachineLICM::UpdateRegPressure(const MachineInstr *MI) {
+/// Calculate the additional register pressure that the registers used in MI
+/// cause.
+///
+/// If 'ConsiderSeen' is true, updates 'RegSeen' and uses the information to
+/// figure out which usages are live-ins.
+/// FIXME: Figure out a way to consider 'RegSeen' from all code paths.
+DenseMap<unsigned, int>
+MachineLICM::calcRegisterCost(const MachineInstr *MI, bool ConsiderSeen,
+                              bool ConsiderUnseenAsDef) {
+  DenseMap<unsigned, int> Cost;
   if (MI->isImplicitDef())
-    return;
-
-  SmallVector<unsigned, 4> Defs;
+    return Cost;
   for (unsigned i = 0, e = MI->getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
     const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
     if (!MO.isReg() || MO.isImplicit())
@@ -819,51 +819,61 @@ void MachineLICM::UpdateRegPressure(const MachineInstr *MI) {
     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
       continue;
 
-    bool isNew = RegSeen.insert(Reg);
+    // FIXME: It seems bad to use RegSeen only for some of these calculations.
+    bool isNew = ConsiderSeen ? RegSeen.insert(Reg).second : false;
+    const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(Reg);
+
+    RegClassWeight W = TRI->getRegClassWeight(RC);
+    int RCCost = 0;
     if (MO.isDef())
-      Defs.push_back(Reg);
-    else if (!isNew && isOperandKill(MO, MRI)) {
-      unsigned RCId, RCCost;
-      getRegisterClassIDAndCost(MI, Reg, i, RCId, RCCost);
-      if (RCCost > RegPressure[RCId])
-        RegPressure[RCId] = 0;
+      RCCost = W.RegWeight;
+    else {
+      bool isKill = isOperandKill(MO, MRI);
+      if (isNew && !isKill && ConsiderUnseenAsDef)
+        // Haven't seen this, it must be a livein.
+        RCCost = W.RegWeight;
+      else if (!isNew && isKill)
+        RCCost = -W.RegWeight;
+    }
+    if (RCCost == 0)
+      continue;
+    const int *PS = TRI->getRegClassPressureSets(RC);
+    for (; *PS != -1; ++PS) {
+      if (Cost.find(*PS) == Cost.end())
+        Cost[*PS] = RCCost;
       else
-        RegPressure[RCId] -= RCCost;
+        Cost[*PS] += RCCost;
     }
   }
-
-  unsigned Idx = 0;
-  while (!Defs.empty()) {
-    unsigned Reg = Defs.pop_back_val();
-    unsigned RCId, RCCost;
-    getRegisterClassIDAndCost(MI, Reg, Idx, RCId, RCCost);
-    RegPressure[RCId] += RCCost;
-    ++Idx;
-  }
+  return Cost;
 }
 
-/// isLoadFromGOTOrConstantPool - Return true if this machine instruction
-/// loads from global offset table or constant pool.
-static bool isLoadFromGOTOrConstantPool(MachineInstr &MI) {
+/// Return true if this machine instruction loads from global offset table or
+/// constant pool.
+static bool mayLoadFromGOTOrConstantPool(MachineInstr &MI) {
   assert (MI.mayLoad() && "Expected MI that loads!");
+  
+  // If we lost memory operands, conservatively assume that the instruction
+  // reads from everything.. 
+  if (MI.memoperands_empty())
+    return true;
+
   for (MachineInstr::mmo_iterator I = MI.memoperands_begin(),
          E = MI.memoperands_end(); I != E; ++I) {
-    if (const Value *V = (*I)->getValue()) {
-      if (const PseudoSourceValue *PSV = dyn_cast<PseudoSourceValue>(V))
-        if (PSV == PSV->getGOT() || PSV == PSV->getConstantPool())
-          return true;
+    if (const PseudoSourceValue *PSV = (*I)->getPseudoValue()) {
+      if (PSV->isGOT() || PSV->isConstantPool())
+        return true;
     }
   }
   return false;
 }
 
-/// IsLICMCandidate - Returns true if the instruction may be a suitable
-/// candidate for LICM. e.g. If the instruction is a call, then it's obviously
-/// not safe to hoist it.
+/// Returns true if the instruction may be a suitable candidate for LICM.
+/// e.g. If the instruction is a call, then it's obviously not safe to hoist it.
 bool MachineLICM::IsLICMCandidate(MachineInstr &I) {
   // Check if it's safe to move the instruction.
   bool DontMoveAcrossStore = true;
-  if (!I.isSafeToMove(TII, AA, DontMoveAcrossStore))
+  if (!I.isSafeToMove(AA, DontMoveAcrossStore))
     return false;
 
   // If it is load then check if it is guaranteed to execute by making sure that
@@ -872,16 +882,16 @@ bool MachineLICM::IsLICMCandidate(MachineInstr &I) {
   // from constant memory are not safe to speculate all the time, for example
   // indexed load from a jump table.
   // Stores and side effects are already checked by isSafeToMove.
-  if (I.mayLoad() && !isLoadFromGOTOrConstantPool(I) &&
+  if (I.mayLoad() && !mayLoadFromGOTOrConstantPool(I) &&
       !IsGuaranteedToExecute(I.getParent()))
     return false;
 
   return true;
 }
 
-/// IsLoopInvariantInst - Returns true if the instruction is loop
-/// invariant. I.e., all virtual register operands are defined outside of the
-/// loop, physical registers aren't accessed explicitly, and there are no side
+/// Returns true if the instruction is loop invariant.
+/// I.e., all virtual register operands are defined outside of the loop,
+/// physical registers aren't accessed explicitly, and there are no side
 /// effects that aren't captured by the operands or other flags.
 ///
 bool MachineLICM::IsLoopInvariantInst(MachineInstr &I) {
@@ -935,49 +945,62 @@ bool MachineLICM::IsLoopInvariantInst(MachineInstr &I) {
 }
 
 
-/// HasAnyPHIUse - Return true if the specified register is used by any
-/// phi node.
-bool MachineLICM::HasAnyPHIUse(unsigned Reg) const {
-  for (MachineRegisterInfo::use_iterator UI = MRI->use_begin(Reg),
-         UE = MRI->use_end(); UI != UE; ++UI) {
-    MachineInstr *UseMI = &*UI;
-    if (UseMI->isPHI())
-      return true;
-    // Look pass copies as well.
-    if (UseMI->isCopy()) {
-      unsigned Def = UseMI->getOperand(0).getReg();
-      if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Def) &&
-          HasAnyPHIUse(Def))
-        return true;
+/// Return true if the specified instruction is used by a phi node and hoisting
+/// it could cause a copy to be inserted.
+bool MachineLICM::HasLoopPHIUse(const MachineInstr *MI) const {
+  SmallVector<const MachineInstr*, 8> Work(1, MI);
+  do {
+    MI = Work.pop_back_val();
+    for (const MachineOperand &MO : MI->operands()) {
+      if (!MO.isReg() || !MO.isDef())
+        continue;
+      unsigned Reg = MO.getReg();
+      if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
+        continue;
+      for (MachineInstr &UseMI : MRI->use_instructions(Reg)) {
+        // A PHI may cause a copy to be inserted.
+        if (UseMI.isPHI()) {
+          // A PHI inside the loop causes a copy because the live range of Reg is
+          // extended across the PHI.
+          if (CurLoop->contains(&UseMI))
+            return true;
+          // A PHI in an exit block can cause a copy to be inserted if the PHI
+          // has multiple predecessors in the loop with different values.
+          // For now, approximate by rejecting all exit blocks.
+          if (isExitBlock(UseMI.getParent()))
+            return true;
+          continue;
+        }
+        // Look past copies as well.
+        if (UseMI.isCopy() && CurLoop->contains(&UseMI))
+          Work.push_back(&UseMI);
+      }
     }
-  }
+  } while (!Work.empty());
   return false;
 }
 
-/// HasHighOperandLatency - Compute operand latency between a def of 'Reg'
-/// and an use in the current loop, return true if the target considered
-/// it 'high'.
+/// Compute operand latency between a def of 'Reg' and an use in the current
+/// loop, return true if the target considered it high.
 bool MachineLICM::HasHighOperandLatency(MachineInstr &MI,
                                         unsigned DefIdx, unsigned Reg) const {
-  if (!InstrItins || InstrItins->isEmpty() || MRI->use_nodbg_empty(Reg))
+  if (MRI->use_nodbg_empty(Reg))
     return false;
 
-  for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator I = MRI->use_nodbg_begin(Reg),
-         E = MRI->use_nodbg_end(); I != E; ++I) {
-    MachineInstr *UseMI = &*I;
-    if (UseMI->isCopyLike())
+  for (MachineInstr &UseMI : MRI->use_nodbg_instructions(Reg)) {
+    if (UseMI.isCopyLike())
       continue;
-    if (!CurLoop->contains(UseMI->getParent()))
+    if (!CurLoop->contains(UseMI.getParent()))
       continue;
-    for (unsigned i = 0, e = UseMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
-      const MachineOperand &MO = UseMI->getOperand(i);
+    for (unsigned i = 0, e = UseMI.getNumOperands(); i != e; ++i) {
+      const MachineOperand &MO = UseMI.getOperand(i);
       if (!MO.isReg() || !MO.isUse())
         continue;
       unsigned MOReg = MO.getReg();
       if (MOReg != Reg)
         continue;
 
-      if (TII->hasHighOperandLatency(InstrItins, MRI, &MI, DefIdx, UseMI, i))
+      if (TII->hasHighOperandLatency(SchedModel, MRI, &MI, DefIdx, &UseMI, i))
         return true;
     }
 
@@ -988,13 +1011,11 @@ bool MachineLICM::HasHighOperandLatency(MachineInstr &MI,
   return false;
 }
 
-/// IsCheapInstruction - Return true if the instruction is marked "cheap" or
-/// the operand latency between its def and a use is one or less.
+/// Return true if the instruction is marked "cheap" or the operand latency
+/// between its def and a use is one or less.
 bool MachineLICM::IsCheapInstruction(MachineInstr &MI) const {
-  if (MI.isAsCheapAsAMove() || MI.isCopyLike())
+  if (TII->isAsCheapAsAMove(&MI) || MI.isCopyLike())
     return true;
-  if (!InstrItins || InstrItins->isEmpty())
-    return false;
 
   bool isCheap = false;
   unsigned NumDefs = MI.getDesc().getNumDefs();
@@ -1007,7 +1028,7 @@ bool MachineLICM::IsCheapInstruction(MachineInstr &MI) const {
     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
       continue;
 
-    if (!TII->hasLowDefLatency(InstrItins, &MI, i))
+    if (!TII->hasLowDefLatency(SchedModel, &MI, i))
       return false;
     isCheap = true;
   }
@@ -1015,176 +1036,149 @@ bool MachineLICM::IsCheapInstruction(MachineInstr &MI) const {
   return isCheap;
 }
 
-/// CanCauseHighRegPressure - Visit BBs from header to current BB, check
-/// if hoisting an instruction of the given cost matrix can cause high
-/// register pressure.
-bool MachineLICM::CanCauseHighRegPressure(DenseMap<unsigned, int> &Cost) {
-  for (DenseMap<unsigned, int>::iterator CI = Cost.begin(), CE = Cost.end();
-       CI != CE; ++CI) {
-    if (CI->second <= 0)
+/// Visit BBs from header to current BB, check if hoisting an instruction of the
+/// given cost matrix can cause high register pressure.
+bool MachineLICM::CanCauseHighRegPressure(const DenseMap<unsigned, int>& Cost,
+                                          bool CheapInstr) {
+  for (const auto &RPIdAndCost : Cost) {
+    if (RPIdAndCost.second <= 0)
       continue;
 
-    unsigned RCId = CI->first;
-    unsigned Limit = RegLimit[RCId];
-    int Cost = CI->second;
-    for (unsigned i = BackTrace.size(); i != 0; --i) {
-      SmallVector<unsigned, 8> &RP = BackTrace[i-1];
-      if (RP[RCId] + Cost >= Limit)
+    unsigned Class = RPIdAndCost.first;
+    int Limit = RegLimit[Class];
+
+    // Don't hoist cheap instructions if they would increase register pressure,
+    // even if we're under the limit.
+    if (CheapInstr && !HoistCheapInsts)
+      return true;
+
+    for (const auto &RP : BackTrace)
+      if (static_cast<int>(RP[Class]) + RPIdAndCost.second >= Limit)
         return true;
-    }
   }
 
   return false;
 }
 
-/// UpdateBackTraceRegPressure - Traverse the back trace from header to the
-/// current block and update their register pressures to reflect the effect
-/// of hoisting MI from the current block to the preheader.
+/// Traverse the back trace from header to the current block and update their
+/// register pressures to reflect the effect of hoisting MI from the current
+/// block to the preheader.
 void MachineLICM::UpdateBackTraceRegPressure(const MachineInstr *MI) {
-  if (MI->isImplicitDef())
-    return;
-
   // First compute the 'cost' of the instruction, i.e. its contribution
   // to register pressure.
-  DenseMap<unsigned, int> Cost;
-  for (unsigned i = 0, e = MI->getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
-    const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
-    if (!MO.isReg() || MO.isImplicit())
-      continue;
-    unsigned Reg = MO.getReg();
-    if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
-      continue;
-
-    unsigned RCId, RCCost;
-    getRegisterClassIDAndCost(MI, Reg, i, RCId, RCCost);
-    if (MO.isDef()) {
-      DenseMap<unsigned, int>::iterator CI = Cost.find(RCId);
-      if (CI != Cost.end())
-        CI->second += RCCost;
-      else
-        Cost.insert(std::make_pair(RCId, RCCost));
-    } else if (isOperandKill(MO, MRI)) {
-      DenseMap<unsigned, int>::iterator CI = Cost.find(RCId);
-      if (CI != Cost.end())
-        CI->second -= RCCost;
-      else
-        Cost.insert(std::make_pair(RCId, -RCCost));
-    }
-  }
+  auto Cost = calcRegisterCost(MI, /*ConsiderSeen=*/false,
+                               /*ConsiderUnseenAsDef=*/false);
 
   // Update register pressure of blocks from loop header to current block.
-  for (unsigned i = 0, e = BackTrace.size(); i != e; ++i) {
-    SmallVector<unsigned, 8> &RP = BackTrace[i];
-    for (DenseMap<unsigned, int>::iterator CI = Cost.begin(), CE = Cost.end();
-         CI != CE; ++CI) {
-      unsigned RCId = CI->first;
-      RP[RCId] += CI->second;
-    }
-  }
+  for (auto &RP : BackTrace)
+    for (const auto &RPIdAndCost : Cost)
+      RP[RPIdAndCost.first] += RPIdAndCost.second;
 }
 
-/// IsProfitableToHoist - Return true if it is potentially profitable to hoist
-/// the given loop invariant.
+/// Return true if it is potentially profitable to hoist the given loop
+/// invariant.
 bool MachineLICM::IsProfitableToHoist(MachineInstr &MI) {
   if (MI.isImplicitDef())
     return true;
 
-  // If the instruction is cheap, only hoist if it is re-materilizable. LICM
-  // will increase register pressure. It's probably not worth it if the
-  // instruction is cheap.
-  // Also hoist loads from constant memory, e.g. load from stubs, GOT. Hoisting
-  // these tend to help performance in low register pressure situation. The
-  // trade off is it may cause spill in high pressure situation. It will end up
-  // adding a store in the loop preheader. But the reload is no more expensive.
-  // The side benefit is these loads are frequently CSE'ed.
-  if (IsCheapInstruction(MI)) {
-    if (!TII->isTriviallyReMaterializable(&MI, AA))
-      return false;
-  } else {
-    // Estimate register pressure to determine whether to LICM the instruction.
-    // In low register pressure situation, we can be more aggressive about
-    // hoisting. Also, favors hoisting long latency instructions even in
-    // moderately high pressure situation.
-    // FIXME: If there are long latency loop-invariant instructions inside the
-    // loop at this point, why didn't the optimizer's LICM hoist them?
-    DenseMap<unsigned, int> Cost;
-    for (unsigned i = 0, e = MI.getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
-      const MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
-      if (!MO.isReg() || MO.isImplicit())
-        continue;
-      unsigned Reg = MO.getReg();
-      if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
-        continue;
-
-      unsigned RCId, RCCost;
-      getRegisterClassIDAndCost(&MI, Reg, i, RCId, RCCost);
-      if (MO.isDef()) {
-        if (HasHighOperandLatency(MI, i, Reg)) {
-          ++NumHighLatency;
-          return true;
-        }
+  // Besides removing computation from the loop, hoisting an instruction has
+  // these effects:
+  //
+  // - The value defined by the instruction becomes live across the entire
+  //   loop. This increases register pressure in the loop.
+  //
+  // - If the value is used by a PHI in the loop, a copy will be required for
+  //   lowering the PHI after extending the live range.
+  //
+  // - When hoisting the last use of a value in the loop, that value no longer
+  //   needs to be live in the loop. This lowers register pressure in the loop.
+
+  bool CheapInstr = IsCheapInstruction(MI);
+  bool CreatesCopy = HasLoopPHIUse(&MI);
+
+  // Don't hoist a cheap instruction if it would create a copy in the loop.
+  if (CheapInstr && CreatesCopy) {
+    DEBUG(dbgs() << "Won't hoist cheap instr with loop PHI use: " << MI);
+    return false;
+  }
 
-        DenseMap<unsigned, int>::iterator CI = Cost.find(RCId);
-        if (CI != Cost.end())
-          CI->second += RCCost;
-        else
-          Cost.insert(std::make_pair(RCId, RCCost));
-      } else if (isOperandKill(MO, MRI)) {
-        // Is a virtual register use is a kill, hoisting it out of the loop
-        // may actually reduce register pressure or be register pressure
-        // neutral.
-        DenseMap<unsigned, int>::iterator CI = Cost.find(RCId);
-        if (CI != Cost.end())
-          CI->second -= RCCost;
-        else
-          Cost.insert(std::make_pair(RCId, -RCCost));
-      }
-    }
+  // Rematerializable instructions should always be hoisted since the register
+  // allocator can just pull them down again when needed.
+  if (TII->isTriviallyReMaterializable(&MI, AA))
+    return true;
 
-    // Visit BBs from header to current BB, if hoisting this doesn't cause
-    // high register pressure, then it's safe to proceed.
-    if (!CanCauseHighRegPressure(Cost)) {
-      ++NumLowRP;
+  // FIXME: If there are long latency loop-invariant instructions inside the
+  // loop at this point, why didn't the optimizer's LICM hoist them?
+  for (unsigned i = 0, e = MI.getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    const MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
+    if (!MO.isReg() || MO.isImplicit())
+      continue;
+    unsigned Reg = MO.getReg();
+    if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
+      continue;
+    if (MO.isDef() && HasHighOperandLatency(MI, i, Reg)) {
+      DEBUG(dbgs() << "Hoist High Latency: " << MI);
+      ++NumHighLatency;
       return true;
     }
+  }
 
-    // Do not "speculate" in high register pressure situation. If an
-    // instruction is not guaranteed to be executed in the loop, it's best to be
-    // conservative.
-    if (AvoidSpeculation &&
-        (!IsGuaranteedToExecute(MI.getParent()) && !MayCSE(&MI)))
-      return false;
+  // Estimate register pressure to determine whether to LICM the instruction.
+  // In low register pressure situation, we can be more aggressive about
+  // hoisting. Also, favors hoisting long latency instructions even in
+  // moderately high pressure situation.
+  // Cheap instructions will only be hoisted if they don't increase register
+  // pressure at all.
+  auto Cost = calcRegisterCost(&MI, /*ConsiderSeen=*/false,
+                               /*ConsiderUnseenAsDef=*/false);
+
+  // Visit BBs from header to current BB, if hoisting this doesn't cause
+  // high register pressure, then it's safe to proceed.
+  if (!CanCauseHighRegPressure(Cost, CheapInstr)) {
+    DEBUG(dbgs() << "Hoist non-reg-pressure: " << MI);
+    ++NumLowRP;
+    return true;
+  }
 
-    // High register pressure situation, only hoist if the instruction is going to
-    // be remat'ed.
-    if (!TII->isTriviallyReMaterializable(&MI, AA) &&
-        !MI.isInvariantLoad(AA))
-      return false;
+  // Don't risk increasing register pressure if it would create copies.
+  if (CreatesCopy) {
+    DEBUG(dbgs() << "Won't hoist instr with loop PHI use: " << MI);
+    return false;
   }
 
-  // If result(s) of this instruction is used by PHIs outside of the loop, then
-  // don't hoist it if the instruction because it will introduce an extra copy.
-  for (unsigned i = 0, e = MI.getNumOperands(); i != e; ++i) {
-    const MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
-    if (!MO.isReg() || !MO.isDef())
-      continue;
-    if (HasAnyPHIUse(MO.getReg()))
-      return false;
+  // Do not "speculate" in high register pressure situation. If an
+  // instruction is not guaranteed to be executed in the loop, it's best to be
+  // conservative.
+  if (AvoidSpeculation &&
+      (!IsGuaranteedToExecute(MI.getParent()) && !MayCSE(&MI))) {
+    DEBUG(dbgs() << "Won't speculate: " << MI);
+    return false;
+  }
+
+  // High register pressure situation, only hoist if the instruction is going
+  // to be remat'ed.
+  if (!TII->isTriviallyReMaterializable(&MI, AA) &&
+      !MI.isInvariantLoad(AA)) {
+    DEBUG(dbgs() << "Can't remat / high reg-pressure: " << MI);
+    return false;
   }
 
   return true;
 }
 
+/// Unfold a load from the given machineinstr if the load itself could be
+/// hoisted. Return the unfolded and hoistable load, or null if the load
+/// couldn't be unfolded or if it wouldn't be hoistable.
 MachineInstr *MachineLICM::ExtractHoistableLoad(MachineInstr *MI) {
   // Don't unfold simple loads.
   if (MI->canFoldAsLoad())
-    return 0;
+    return nullptr;
 
   // If not, we may be able to unfold a load and hoist that.
   // First test whether the instruction is loading from an amenable
   // memory location.
   if (!MI->isInvariantLoad(AA))
-    return 0;
+    return nullptr;
 
   // Next determine the register class for a temporary register.
   unsigned LoadRegIndex;
@@ -1193,14 +1187,14 @@ MachineInstr *MachineLICM::ExtractHoistableLoad(MachineInstr *MI) {
                                     /*UnfoldLoad=*/true,
                                     /*UnfoldStore=*/false,
                                     &LoadRegIndex);
-  if (NewOpc == 0) return 0;
+  if (NewOpc == 0) return nullptr;
   const MCInstrDesc &MID = TII->get(NewOpc);
-  if (MID.getNumDefs() != 1) return 0;
-  const TargetRegisterClass *RC = TII->getRegClass(MID, LoadRegIndex, TRI);
+  if (MID.getNumDefs() != 1) return nullptr;
+  MachineFunction &MF = *MI->getParent()->getParent();
+  const TargetRegisterClass *RC = TII->getRegClass(MID, LoadRegIndex, TRI, MF);
   // Ok, we're unfolding. Create a temporary register and do the unfold.
   unsigned Reg = MRI->createVirtualRegister(RC);
 
-  MachineFunction &MF = *MI->getParent()->getParent();
   SmallVector<MachineInstr *, 2> NewMIs;
   bool Success =
     TII->unfoldMemoryOperand(MF, MI, Reg,
@@ -1221,7 +1215,7 @@ MachineInstr *MachineLICM::ExtractHoistableLoad(MachineInstr *MI) {
   if (!IsLoopInvariantInst(*NewMIs[0]) || !IsProfitableToHoist(*NewMIs[0])) {
     NewMIs[0]->eraseFromParent();
     NewMIs[1]->eraseFromParent();
-    return 0;
+    return nullptr;
   }
 
   // Update register pressure for the unfolded instruction.
@@ -1232,33 +1226,34 @@ MachineInstr *MachineLICM::ExtractHoistableLoad(MachineInstr *MI) {
   return NewMIs[0];
 }
 
+/// Initialize the CSE map with instructions that are in the current loop
+/// preheader that may become duplicates of instructions that are hoisted
+/// out of the loop.
 void MachineLICM::InitCSEMap(MachineBasicBlock *BB) {
   for (MachineBasicBlock::iterator I = BB->begin(),E = BB->end(); I != E; ++I) {
     const MachineInstr *MI = &*I;
     unsigned Opcode = MI->getOpcode();
-    DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> >::iterator
-      CI = CSEMap.find(Opcode);
-    if (CI != CSEMap.end())
-      CI->second.push_back(MI);
-    else {
-      std::vector<const MachineInstr*> CSEMIs;
-      CSEMIs.push_back(MI);
-      CSEMap.insert(std::make_pair(Opcode, CSEMIs));
-    }
+    CSEMap[Opcode].push_back(MI);
   }
 }
 
+/// Find an instruction amount PrevMIs that is a duplicate of MI.
+/// Return this instruction if it's found.
 const MachineInstr*
 MachineLICM::LookForDuplicate(const MachineInstr *MI,
                               std::vector<const MachineInstr*> &PrevMIs) {
   for (unsigned i = 0, e = PrevMIs.size(); i != e; ++i) {
     const MachineInstr *PrevMI = PrevMIs[i];
-    if (TII->produceSameValue(MI, PrevMI, (PreRegAlloc ? MRI : 0)))
+    if (TII->produceSameValue(MI, PrevMI, (PreRegAlloc ? MRI : nullptr)))
       return PrevMI;
   }
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
 
+/// Given a LICM'ed instruction, look for an instruction on the preheader that
+/// computes the same value. If it's found, do a RAU on with the definition of
+/// the existing instruction rather than hoisting the instruction to the
+/// preheader.
 bool MachineLICM::EliminateCSE(MachineInstr *MI,
           DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> >::iterator &CI) {
   // Do not CSE implicit_def so ProcessImplicitDefs can properly propagate
@@ -1316,8 +1311,8 @@ bool MachineLICM::EliminateCSE(MachineInstr *MI,
   return false;
 }
 
-/// MayCSE - Return true if the given instruction will be CSE'd if it's
-/// hoisted out of the loop.
+/// Return true if the given instruction will be CSE'd if it's hoisted out of
+/// the loop.
 bool MachineLICM::MayCSE(MachineInstr *MI) {
   unsigned Opcode = MI->getOpcode();
   DenseMap<unsigned, std::vector<const MachineInstr*> >::iterator
@@ -1327,12 +1322,12 @@ bool MachineLICM::MayCSE(MachineInstr *MI) {
   if (CI == CSEMap.end() || MI->isImplicitDef())
     return false;
 
-  return LookForDuplicate(MI, CI->second) != 0;
+  return LookForDuplicate(MI, CI->second) != nullptr;
 }
 
-/// Hoist - When an instruction is found to use only loop invariant operands
+/// When an instruction is found to use only loop invariant operands
 /// that are safe to hoist, this instruction is called to do the dirty work.
-///
+/// It returns true if the instruction is hoisted.
 bool MachineLICM::Hoist(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *Preheader) {
   // First check whether we should hoist this instruction.
   if (!IsLoopInvariantInst(*MI) || !IsProfitableToHoist(*MI)) {
@@ -1384,11 +1379,8 @@ bool MachineLICM::Hoist(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *Preheader) {
     // Add to the CSE map.
     if (CI != CSEMap.end())
       CI->second.push_back(MI);
-    else {
-      std::vector<const MachineInstr*> CSEMIs;
-      CSEMIs.push_back(MI);
-      CSEMap.insert(std::make_pair(Opcode, CSEMIs));
-    }
+    else
+      CSEMap[Opcode].push_back(MI);
   }
 
   ++NumHoisted;
@@ -1397,13 +1389,14 @@ bool MachineLICM::Hoist(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *Preheader) {
   return true;
 }
 
+/// Get the preheader for the current loop, splitting a critical edge if needed.
 MachineBasicBlock *MachineLICM::getCurPreheader() {
   // Determine the block to which to hoist instructions. If we can't find a
   // suitable loop predecessor, we can't do any hoisting.
 
   // If we've tried to get a preheader and failed, don't try again.
   if (CurPreheader == reinterpret_cast<MachineBasicBlock *>(-1))
-    return 0;
+    return nullptr;
 
   if (!CurPreheader) {
     CurPreheader = CurLoop->getLoopPreheader();
@@ -1411,13 +1404,13 @@ MachineBasicBlock *MachineLICM::getCurPreheader() {
       MachineBasicBlock *Pred = CurLoop->getLoopPredecessor();
       if (!Pred) {
         CurPreheader = reinterpret_cast<MachineBasicBlock *>(-1);
-        return 0;
+        return nullptr;
       }
 
       CurPreheader = Pred->SplitCriticalEdge(CurLoop->getHeader(), this);
       if (!CurPreheader) {
         CurPreheader = reinterpret_cast<MachineBasicBlock *>(-1);
-        return 0;
+        return nullptr;
       }
     }
   }