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[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / PeepholeOptimizer.cpp
index 28f2d2f9e9641df7427daec2e84f7935cc673e2a..52b42b624ee19d89483dd02d04393c2019cd96c3 100644 (file)
 // - Optimize Loads:
 //
 //     Loads that can be folded into a later instruction. A load is foldable
-//     if it loads to virtual registers and the virtual register defined has 
+//     if it loads to virtual registers and the virtual register defined has
 //     a single use.
 //
-// - Optimize Copies and Bitcast:
+// - Optimize Copies and Bitcast (more generally, target specific copies):
 //
 //     Rewrite copies and bitcasts to avoid cross register bank copies
 //     when possible.
@@ -66,7 +66,6 @@
 //     C = copy A    <-- same-bank copy
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#define DEBUG_TYPE "peephole-opt"
 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.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/TargetRegisterInfo.h"
+#include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
+#include <utility>
 using namespace llvm;
 
+#define DEBUG_TYPE "peephole-opt"
+
 // Optimize Extensions
 static cl::opt<bool>
 Aggressive("aggressive-ext-opt", cl::Hidden,
@@ -90,17 +94,35 @@ static cl::opt<bool>
 DisablePeephole("disable-peephole", cl::Hidden, cl::init(false),
                 cl::desc("Disable the peephole optimizer"));
 
+static cl::opt<bool>
+DisableAdvCopyOpt("disable-adv-copy-opt", cl::Hidden, cl::init(false),
+                  cl::desc("Disable advanced copy optimization"));
+
+static cl::opt<bool> DisableNAPhysCopyOpt(
+    "disable-non-allocatable-phys-copy-opt", cl::Hidden, cl::init(false),
+    cl::desc("Disable non-allocatable physical register copy optimization"));
+
+// Limit the number of PHI instructions to process
+// in PeepholeOptimizer::getNextSource.
+static cl::opt<unsigned> RewritePHILimit(
+    "rewrite-phi-limit", cl::Hidden, cl::init(10),
+    cl::desc("Limit the length of PHI chains to lookup"));
+
 STATISTIC(NumReuse,      "Number of extension results reused");
 STATISTIC(NumCmps,       "Number of compares eliminated");
 STATISTIC(NumImmFold,    "Number of move immediate folded");
 STATISTIC(NumLoadFold,   "Number of loads folded");
 STATISTIC(NumSelects,    "Number of selects optimized");
-STATISTIC(NumCopiesBitcasts, "Number of copies/bitcasts optimized");
+STATISTIC(NumUncoalescableCopies, "Number of uncoalescable copies optimized");
+STATISTIC(NumRewrittenCopies, "Number of copies rewritten");
+STATISTIC(NumNAPhysCopies, "Number of non-allocatable physical copies removed");
 
 namespace {
+  class ValueTrackerResult;
+
   class PeepholeOptimizer : public MachineFunctionPass {
-    const TargetMachine   *TM;
     const TargetInstrInfo *TII;
+    const TargetRegisterInfo *TRI;
     MachineRegisterInfo   *MRI;
     MachineDominatorTree  *DT;  // Machine dominator tree
 
@@ -110,9 +132,9 @@ namespace {
       initializePeepholeOptimizerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
     }
 
-    virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
+    bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
 
-    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+    void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
       AU.setPreservesCFG();
       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
       if (Aggressive) {
@@ -121,19 +143,252 @@ namespace {
       }
     }
 
+    /// \brief Track Def -> Use info used for rewriting copies.
+    typedef SmallDenseMap<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, ValueTrackerResult>
+        RewriteMapTy;
+
   private:
     bool optimizeCmpInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB);
     bool optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
-                          SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> &LocalMIs);
-    bool optimizeSelect(MachineInstr *MI);
-    bool optimizeCopyOrBitcast(MachineInstr *MI);
+                          SmallPtrSetImpl<MachineInstr*> &LocalMIs);
+    bool optimizeSelect(MachineInstr *MI,
+                        SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs);
+    bool optimizeCondBranch(MachineInstr *MI);
+    bool optimizeCoalescableCopy(MachineInstr *MI);
+    bool optimizeUncoalescableCopy(MachineInstr *MI,
+                                   SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs);
+    bool findNextSource(unsigned Reg, unsigned SubReg,
+                        RewriteMapTy &RewriteMap);
     bool isMoveImmediate(MachineInstr *MI,
                          SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
                          DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs);
     bool foldImmediate(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
                        SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
                        DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs);
-    bool isLoadFoldable(MachineInstr *MI, unsigned &FoldAsLoadDefReg);
+
+    /// \brief If copy instruction \p MI is a virtual register copy, track it in
+    /// the set \p CopySrcRegs and \p CopyMIs. If this virtual register was
+    /// previously seen as a copy, replace the uses of this copy with the
+    /// previously seen copy's destination register.
+    bool foldRedundantCopy(MachineInstr *MI,
+                           SmallSet<unsigned, 4> &CopySrcRegs,
+                           DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &CopyMIs);
+
+    /// \brief Is the register \p Reg a non-allocatable physical register?
+    bool isNAPhysCopy(unsigned Reg);
+
+    /// \brief If copy instruction \p MI is a non-allocatable virtual<->physical
+    /// register copy, track it in the \p NAPhysToVirtMIs map. If this
+    /// non-allocatable physical register was previously copied to a virtual
+    /// registered and hasn't been clobbered, the virt->phys copy can be
+    /// deleted.
+    bool foldRedundantNAPhysCopy(
+        MachineInstr *MI,
+        DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &NAPhysToVirtMIs);
+
+    bool isLoadFoldable(MachineInstr *MI,
+                        SmallSet<unsigned, 16> &FoldAsLoadDefCandidates);
+
+    /// \brief Check whether \p MI is understood by the register coalescer
+    /// but may require some rewriting.
+    bool isCoalescableCopy(const MachineInstr &MI) {
+      // SubregToRegs are not interesting, because they are already register
+      // coalescer friendly.
+      return MI.isCopy() || (!DisableAdvCopyOpt &&
+                             (MI.isRegSequence() || MI.isInsertSubreg() ||
+                              MI.isExtractSubreg()));
+    }
+
+    /// \brief Check whether \p MI is a copy like instruction that is
+    /// not recognized by the register coalescer.
+    bool isUncoalescableCopy(const MachineInstr &MI) {
+      return MI.isBitcast() ||
+             (!DisableAdvCopyOpt &&
+              (MI.isRegSequenceLike() || MI.isInsertSubregLike() ||
+               MI.isExtractSubregLike()));
+    }
+  };
+
+  /// \brief Helper class to hold a reply for ValueTracker queries. Contains the
+  /// returned sources for a given search and the instructions where the sources
+  /// were tracked from.
+  class ValueTrackerResult {
+  private:
+    /// Track all sources found by one ValueTracker query.
+    SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, 2> RegSrcs;
+
+    /// Instruction using the sources in 'RegSrcs'.
+    const MachineInstr *Inst;
+
+  public:
+    ValueTrackerResult() : Inst(nullptr) {}
+    ValueTrackerResult(unsigned Reg, unsigned SubReg) : Inst(nullptr) {
+      addSource(Reg, SubReg);
+    }
+
+    bool isValid() const { return getNumSources() > 0; }
+
+    void setInst(const MachineInstr *I) { Inst = I; }
+    const MachineInstr *getInst() const { return Inst; }
+
+    void clear() {
+      RegSrcs.clear();
+      Inst = nullptr;
+    }
+
+    void addSource(unsigned SrcReg, unsigned SrcSubReg) {
+      RegSrcs.push_back(TargetInstrInfo::RegSubRegPair(SrcReg, SrcSubReg));
+    }
+
+    void setSource(int Idx, unsigned SrcReg, unsigned SrcSubReg) {
+      assert(Idx < getNumSources() && "Reg pair source out of index");
+      RegSrcs[Idx] = TargetInstrInfo::RegSubRegPair(SrcReg, SrcSubReg);
+    }
+
+    int getNumSources() const { return RegSrcs.size(); }
+
+    unsigned getSrcReg(int Idx) const {
+      assert(Idx < getNumSources() && "Reg source out of index");
+      return RegSrcs[Idx].Reg;
+    }
+
+    unsigned getSrcSubReg(int Idx) const {
+      assert(Idx < getNumSources() && "SubReg source out of index");
+      return RegSrcs[Idx].SubReg;
+    }
+
+    bool operator==(const ValueTrackerResult &Other) {
+      if (Other.getInst() != getInst())
+        return false;
+
+      if (Other.getNumSources() != getNumSources())
+        return false;
+
+      for (int i = 0, e = Other.getNumSources(); i != e; ++i)
+        if (Other.getSrcReg(i) != getSrcReg(i) ||
+            Other.getSrcSubReg(i) != getSrcSubReg(i))
+          return false;
+      return true;
+    }
+  };
+
+  /// \brief Helper class to track the possible sources of a value defined by
+  /// a (chain of) copy related instructions.
+  /// Given a definition (instruction and definition index), this class
+  /// follows the use-def chain to find successive suitable sources.
+  /// The given source can be used to rewrite the definition into
+  /// def = COPY src.
+  ///
+  /// For instance, let us consider the following snippet:
+  /// v0 =
+  /// v2 = INSERT_SUBREG v1, v0, sub0
+  /// def = COPY v2.sub0
+  ///
+  /// Using a ValueTracker for def = COPY v2.sub0 will give the following
+  /// suitable sources:
+  /// v2.sub0 and v0.
+  /// Then, def can be rewritten into def = COPY v0.
+  class ValueTracker {
+  private:
+    /// The current point into the use-def chain.
+    const MachineInstr *Def;
+    /// The index of the definition in Def.
+    unsigned DefIdx;
+    /// The sub register index of the definition.
+    unsigned DefSubReg;
+    /// The register where the value can be found.
+    unsigned Reg;
+    /// Specifiy whether or not the value tracking looks through
+    /// complex instructions. When this is false, the value tracker
+    /// bails on everything that is not a copy or a bitcast.
+    ///
+    /// Note: This could have been implemented as a specialized version of
+    /// the ValueTracker class but that would have complicated the code of
+    /// the users of this class.
+    bool UseAdvancedTracking;
+    /// MachineRegisterInfo used to perform tracking.
+    const MachineRegisterInfo &MRI;
+    /// Optional TargetInstrInfo used to perform some complex
+    /// tracking.
+    const TargetInstrInfo *TII;
+
+    /// \brief Dispatcher to the right underlying implementation of
+    /// getNextSource.
+    ValueTrackerResult getNextSourceImpl();
+    /// \brief Specialized version of getNextSource for Copy instructions.
+    ValueTrackerResult getNextSourceFromCopy();
+    /// \brief Specialized version of getNextSource for Bitcast instructions.
+    ValueTrackerResult getNextSourceFromBitcast();
+    /// \brief Specialized version of getNextSource for RegSequence
+    /// instructions.
+    ValueTrackerResult getNextSourceFromRegSequence();
+    /// \brief Specialized version of getNextSource for InsertSubreg
+    /// instructions.
+    ValueTrackerResult getNextSourceFromInsertSubreg();
+    /// \brief Specialized version of getNextSource for ExtractSubreg
+    /// instructions.
+    ValueTrackerResult getNextSourceFromExtractSubreg();
+    /// \brief Specialized version of getNextSource for SubregToReg
+    /// instructions.
+    ValueTrackerResult getNextSourceFromSubregToReg();
+    /// \brief Specialized version of getNextSource for PHI instructions.
+    ValueTrackerResult getNextSourceFromPHI();
+
+  public:
+    /// \brief Create a ValueTracker instance for the value defined by \p Reg.
+    /// \p DefSubReg represents the sub register index the value tracker will
+    /// track. It does not need to match the sub register index used in the
+    /// definition of \p Reg.
+    /// \p UseAdvancedTracking specifies whether or not the value tracker looks
+    /// through complex instructions. By default (false), it handles only copy
+    /// and bitcast instructions.
+    /// If \p Reg is a physical register, a value tracker constructed with
+    /// this constructor will not find any alternative source.
+    /// Indeed, when \p Reg is a physical register that constructor does not
+    /// know which definition of \p Reg it should track.
+    /// Use the next constructor to track a physical register.
+    ValueTracker(unsigned Reg, unsigned DefSubReg,
+                 const MachineRegisterInfo &MRI,
+                 bool UseAdvancedTracking = false,
+                 const TargetInstrInfo *TII = nullptr)
+        : Def(nullptr), DefIdx(0), DefSubReg(DefSubReg), Reg(Reg),
+          UseAdvancedTracking(UseAdvancedTracking), MRI(MRI), TII(TII) {
+      if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
+        Def = MRI.getVRegDef(Reg);
+        DefIdx = MRI.def_begin(Reg).getOperandNo();
+      }
+    }
+
+    /// \brief Create a ValueTracker instance for the value defined by
+    /// the pair \p MI, \p DefIdx.
+    /// Unlike the other constructor, the value tracker produced by this one
+    /// may be able to find a new source when the definition is a physical
+    /// register.
+    /// This could be useful to rewrite target specific instructions into
+    /// generic copy instructions.
+    ValueTracker(const MachineInstr &MI, unsigned DefIdx, unsigned DefSubReg,
+                 const MachineRegisterInfo &MRI,
+                 bool UseAdvancedTracking = false,
+                 const TargetInstrInfo *TII = nullptr)
+        : Def(&MI), DefIdx(DefIdx), DefSubReg(DefSubReg),
+          UseAdvancedTracking(UseAdvancedTracking), MRI(MRI), TII(TII) {
+      assert(DefIdx < Def->getDesc().getNumDefs() &&
+             Def->getOperand(DefIdx).isReg() && "Invalid definition");
+      Reg = Def->getOperand(DefIdx).getReg();
+    }
+
+    /// \brief Following the use-def chain, get the next available source
+    /// for the tracked value.
+    /// \return A ValueTrackerResult containing a set of registers
+    /// and sub registers with tracked values. A ValueTrackerResult with
+    /// an empty set of registers means no source was found.
+    ValueTrackerResult getNextSource();
+
+    /// \brief Get the last register where the initial value can be found.
+    /// Initially this is the register of the definition.
+    /// Then, after each successful call to getNextSource, this is the
+    /// register of the last source.
+    unsigned getReg() const { return Reg; }
   };
 }
 
@@ -145,18 +400,17 @@ INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
 INITIALIZE_PASS_END(PeepholeOptimizer, "peephole-opts",
                 "Peephole Optimizations", false, false)
 
-/// optimizeExtInstr - If instruction is a copy-like instruction, i.e. it reads
-/// a single register and writes a single register and it does not modify the
-/// source, and if the source value is preserved as a sub-register of the
-/// result, then replace all reachable uses of the source with the subreg of the
-/// result.
+/// If instruction is a copy-like instruction, i.e. it reads a single register
+/// and writes a single register and it does not modify the source, and if the
+/// source value is preserved as a sub-register of the result, then replace all
+/// reachable uses of the source with the subreg of the result.
 ///
 /// Do not generate an EXTRACT that is used only in a debug use, as this changes
 /// the code. Since this code does not currently share EXTRACTs, just ignore all
 /// debug uses.
 bool PeepholeOptimizer::
 optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
-                 SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> &LocalMIs) {
+                 SmallPtrSetImpl<MachineInstr*> &LocalMIs) {
   unsigned SrcReg, DstReg, SubIdx;
   if (!TII->isCoalescableExtInstr(*MI, SrcReg, DstReg, SubIdx))
     return false;
@@ -172,7 +426,7 @@ optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
   // Ensure DstReg can get a register class that actually supports
   // sub-registers. Don't change the class until we commit.
   const TargetRegisterClass *DstRC = MRI->getRegClass(DstReg);
-  DstRC = TM->getRegisterInfo()->getSubClassWithSubReg(DstRC, SubIdx);
+  DstRC = TRI->getSubClassWithSubReg(DstRC, SubIdx);
   if (!DstRC)
     return false;
 
@@ -181,16 +435,14 @@ optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
   // register.
   // If UseSrcSubIdx is Set, SubIdx also applies to SrcReg, and only uses of
   // SrcReg:SubIdx should be replaced.
-  bool UseSrcSubIdx = TM->getRegisterInfo()->
-    getSubClassWithSubReg(MRI->getRegClass(SrcReg), SubIdx) != 0;
+  bool UseSrcSubIdx =
+      TRI->getSubClassWithSubReg(MRI->getRegClass(SrcReg), SubIdx) != nullptr;
 
   // The source has other uses. See if we can replace the other uses with use of
   // the result of the extension.
   SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> ReachedBBs;
-  for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
-       UI = MRI->use_nodbg_begin(DstReg), UE = MRI->use_nodbg_end();
-       UI != UE; ++UI)
-    ReachedBBs.insert(UI->getParent());
+  for (MachineInstr &UI : MRI->use_nodbg_instructions(DstReg))
+    ReachedBBs.insert(UI.getParent());
 
   // Uses that are in the same BB of uses of the result of the instruction.
   SmallVector<MachineOperand*, 8> Uses;
@@ -199,11 +451,8 @@ optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
   SmallVector<MachineOperand*, 8> ExtendedUses;
 
   bool ExtendLife = true;
-  for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
-       UI = MRI->use_nodbg_begin(SrcReg), UE = MRI->use_nodbg_end();
-       UI != UE; ++UI) {
-    MachineOperand &UseMO = UI.getOperand();
-    MachineInstr *UseMI = &*UI;
+  for (MachineOperand &UseMO : MRI->use_nodbg_operands(SrcReg)) {
+    MachineInstr *UseMI = UseMO.getParent();
     if (UseMI == MI)
       continue;
 
@@ -259,8 +508,7 @@ optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
 
   if (ExtendLife && !ExtendedUses.empty())
     // Extend the liveness of the extension result.
-    std::copy(ExtendedUses.begin(), ExtendedUses.end(),
-              std::back_inserter(Uses));
+    Uses.append(ExtendedUses.begin(), ExtendedUses.end());
 
   // Now replace all uses.
   bool Changed = false;
@@ -270,11 +518,9 @@ optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
     // Look for PHI uses of the extended result, we don't want to extend the
     // liveness of a PHI input. It breaks all kinds of assumptions down
     // stream. A PHI use is expected to be the kill of its source values.
-    for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
-         UI = MRI->use_nodbg_begin(DstReg), UE = MRI->use_nodbg_end();
-         UI != UE; ++UI)
-      if (UI->isPHI())
-        PHIBBs.insert(UI->getParent());
+    for (MachineInstr &UI : MRI->use_nodbg_instructions(DstReg))
+      if (UI.isPHI())
+        PHIBBs.insert(UI.getParent());
 
     const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(SrcReg);
     for (unsigned i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
@@ -308,10 +554,10 @@ optimizeExtInstr(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
   return Changed;
 }
 
-/// optimizeCmpInstr - If the instruction is a compare and the previous
-/// instruction it's comparing against all ready sets (or could be modified to
-/// set) the same flag as the compare, then we can remove the comparison and use
-/// the flag from the previous instruction.
+/// If the instruction is a compare and the previous instruction it's comparing
+/// against already sets (or could be modified to set) the same flag as the
+/// compare, then we can remove the comparison and use the flag from the
+/// previous instruction.
 bool PeepholeOptimizer::optimizeCmpInstr(MachineInstr *MI,
                                          MachineBasicBlock *MBB) {
   // If this instruction is a comparison against zero and isn't comparing a
@@ -333,7 +579,8 @@ bool PeepholeOptimizer::optimizeCmpInstr(MachineInstr *MI,
 }
 
 /// Optimize a select instruction.
-bool PeepholeOptimizer::optimizeSelect(MachineInstr *MI) {
+bool PeepholeOptimizer::optimizeSelect(MachineInstr *MI,
+                            SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs) {
   unsigned TrueOp = 0;
   unsigned FalseOp = 0;
   bool Optimizable = false;
@@ -342,162 +589,711 @@ bool PeepholeOptimizer::optimizeSelect(MachineInstr *MI) {
     return false;
   if (!Optimizable)
     return false;
-  if (!TII->optimizeSelect(MI))
+  if (!TII->optimizeSelect(MI, LocalMIs))
     return false;
   MI->eraseFromParent();
   ++NumSelects;
   return true;
 }
 
-/// \brief Check if the registers defined by the pair (RegisterClass, SubReg)
-/// share the same register file.
-static bool shareSameRegisterFile(const TargetRegisterInfo &TRI,
-                                  const TargetRegisterClass *DefRC,
-                                  unsigned DefSubReg,
-                                  const TargetRegisterClass *SrcRC,
-                                  unsigned SrcSubReg) {
-  // Same register class.
-  if (DefRC == SrcRC)
-    return true;
-
-  // Both operands are sub registers. Check if they share a register class.
-  unsigned SrcIdx, DefIdx;
-  if (SrcSubReg && DefSubReg)
-    return TRI.getCommonSuperRegClass(SrcRC, SrcSubReg, DefRC, DefSubReg,
-                                      SrcIdx, DefIdx) != NULL;
-  // At most one of the register is a sub register, make it Src to avoid
-  // duplicating the test.
-  if (!SrcSubReg) {
-    std::swap(DefSubReg, SrcSubReg);
-    std::swap(DefRC, SrcRC);
-  }
-
-  // One of the register is a sub register, check if we can get a superclass.
-  if (SrcSubReg)
-    return TRI.getMatchingSuperRegClass(SrcRC, DefRC, SrcSubReg) != NULL;
-  // Plain copy.
-  return TRI.getCommonSubClass(DefRC, SrcRC) != NULL;
+/// \brief Check if a simpler conditional branch can be
+// generated
+bool PeepholeOptimizer::optimizeCondBranch(MachineInstr *MI) {
+  return TII->optimizeCondBranch(MI);
 }
 
-/// \brief Get the index of the definition and source for \p Copy
-/// instruction.
-/// \pre Copy.isCopy() or Copy.isBitcast().
-/// \return True if the Copy instruction has only one register source
-/// and one register definition. Otherwise, \p DefIdx and \p SrcIdx
-/// are invalid.
-static bool getCopyOrBitcastDefUseIdx(const MachineInstr &Copy,
-                                      unsigned &DefIdx, unsigned &SrcIdx) {
-  assert((Copy.isCopy() || Copy.isBitcast()) && "Wrong operation type.");
-  if (Copy.isCopy()) {
-    // Copy instruction are supposed to be: Def = Src.
-     if (Copy.getDesc().getNumOperands() != 2)
-       return false;
-     DefIdx = 0;
-     SrcIdx = 1;
-     assert(Copy.getOperand(DefIdx).isDef() && "Use comes before def!");
-     return true;
-  }
-  // Bitcast case.
-  // Bitcasts with more than one def are not supported.
-  if (Copy.getDesc().getNumDefs() != 1)
+/// \brief Try to find the next source that share the same register file
+/// for the value defined by \p Reg and \p SubReg.
+/// When true is returned, the \p RewriteMap can be used by the client to
+/// retrieve all Def -> Use along the way up to the next source. Any found
+/// Use that is not itself a key for another entry, is the next source to
+/// use. During the search for the next source, multiple sources can be found
+/// given multiple incoming sources of a PHI instruction. In this case, we
+/// look in each PHI source for the next source; all found next sources must
+/// share the same register file as \p Reg and \p SubReg. The client should
+/// then be capable to rewrite all intermediate PHIs to get the next source.
+/// \return False if no alternative sources are available. True otherwise.
+bool PeepholeOptimizer::findNextSource(unsigned Reg, unsigned SubReg,
+                                       RewriteMapTy &RewriteMap) {
+  // Do not try to find a new source for a physical register.
+  // So far we do not have any motivating example for doing that.
+  // Thus, instead of maintaining untested code, we will revisit that if
+  // that changes at some point.
+  if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
     return false;
-  // Initialize SrcIdx to an undefined operand.
-  SrcIdx = Copy.getDesc().getNumOperands();
-  for (unsigned OpIdx = 0, EndOpIdx = SrcIdx; OpIdx != EndOpIdx; ++OpIdx) {
-    const MachineOperand &MO = Copy.getOperand(OpIdx);
-    if (!MO.isReg() || !MO.getReg())
+  const TargetRegisterClass *DefRC = MRI->getRegClass(Reg);
+
+  SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, 4> SrcToLook;
+  TargetInstrInfo::RegSubRegPair CurSrcPair(Reg, SubReg);
+  SrcToLook.push_back(CurSrcPair);
+
+  unsigned PHICount = 0;
+  while (!SrcToLook.empty() && PHICount < RewritePHILimit) {
+    TargetInstrInfo::RegSubRegPair Pair = SrcToLook.pop_back_val();
+    // As explained above, do not handle physical registers
+    if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Pair.Reg))
+      return false;
+
+    CurSrcPair = Pair;
+    ValueTracker ValTracker(CurSrcPair.Reg, CurSrcPair.SubReg, *MRI,
+                            !DisableAdvCopyOpt, TII);
+    ValueTrackerResult Res;
+    bool ShouldRewrite = false;
+
+    do {
+      // Follow the chain of copies until we reach the top of the use-def chain
+      // or find a more suitable source.
+      Res = ValTracker.getNextSource();
+      if (!Res.isValid())
+        break;
+
+      // Insert the Def -> Use entry for the recently found source.
+      ValueTrackerResult CurSrcRes = RewriteMap.lookup(CurSrcPair);
+      if (CurSrcRes.isValid()) {
+        assert(CurSrcRes == Res && "ValueTrackerResult found must match");
+        // An existent entry with multiple sources is a PHI cycle we must avoid.
+        // Otherwise it's an entry with a valid next source we already found.
+        if (CurSrcRes.getNumSources() > 1) {
+          DEBUG(dbgs() << "findNextSource: found PHI cycle, aborting...\n");
+          return false;
+        }
+        break;
+      }
+      RewriteMap.insert(std::make_pair(CurSrcPair, Res));
+
+      // ValueTrackerResult usually have one source unless it's the result from
+      // a PHI instruction. Add the found PHI edges to be looked up further.
+      unsigned NumSrcs = Res.getNumSources();
+      if (NumSrcs > 1) {
+        PHICount++;
+        for (unsigned i = 0; i < NumSrcs; ++i)
+          SrcToLook.push_back(TargetInstrInfo::RegSubRegPair(
+              Res.getSrcReg(i), Res.getSrcSubReg(i)));
+        break;
+      }
+
+      CurSrcPair.Reg = Res.getSrcReg(0);
+      CurSrcPair.SubReg = Res.getSrcSubReg(0);
+      // Do not extend the live-ranges of physical registers as they add
+      // constraints to the register allocator. Moreover, if we want to extend
+      // the live-range of a physical register, unlike SSA virtual register,
+      // we will have to check that they aren't redefine before the related use.
+      if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(CurSrcPair.Reg))
+        return false;
+
+      const TargetRegisterClass *SrcRC = MRI->getRegClass(CurSrcPair.Reg);
+      ShouldRewrite = TRI->shouldRewriteCopySrc(DefRC, SubReg, SrcRC,
+                                                CurSrcPair.SubReg);
+    } while (!ShouldRewrite);
+
+    // Continue looking for new sources...
+    if (Res.isValid())
       continue;
-    if (MO.isDef())
-      DefIdx = OpIdx;
-    else if (SrcIdx != EndOpIdx)
-      // Multiple sources?
+
+    // Do not continue searching for a new source if the there's at least
+    // one use-def which cannot be rewritten.
+    if (!ShouldRewrite)
       return false;
-    SrcIdx = OpIdx;
   }
-  return true;
+
+  if (PHICount >= RewritePHILimit) {
+    DEBUG(dbgs() << "findNextSource: PHI limit reached\n");
+    return false;
+  }
+
+  // If we did not find a more suitable source, there is nothing to optimize.
+  return CurSrcPair.Reg != Reg;
+}
+
+/// \brief Insert a PHI instruction with incoming edges \p SrcRegs that are
+/// guaranteed to have the same register class. This is necessary whenever we
+/// successfully traverse a PHI instruction and find suitable sources coming
+/// from its edges. By inserting a new PHI, we provide a rewritten PHI def
+/// suitable to be used in a new COPY instruction.
+static MachineInstr *
+insertPHI(MachineRegisterInfo *MRI, const TargetInstrInfo *TII,
+          const SmallVectorImpl<TargetInstrInfo::RegSubRegPair> &SrcRegs,
+          MachineInstr *OrigPHI) {
+  assert(!SrcRegs.empty() && "No sources to create a PHI instruction?");
+
+  const TargetRegisterClass *NewRC = MRI->getRegClass(SrcRegs[0].Reg);
+  unsigned NewVR = MRI->createVirtualRegister(NewRC);
+  MachineBasicBlock *MBB = OrigPHI->getParent();
+  MachineInstrBuilder MIB = BuildMI(*MBB, OrigPHI, OrigPHI->getDebugLoc(),
+                                    TII->get(TargetOpcode::PHI), NewVR);
+
+  unsigned MBBOpIdx = 2;
+  for (auto RegPair : SrcRegs) {
+    MIB.addReg(RegPair.Reg, 0, RegPair.SubReg);
+    MIB.addMBB(OrigPHI->getOperand(MBBOpIdx).getMBB());
+    // Since we're extended the lifetime of RegPair.Reg, clear the
+    // kill flags to account for that and make RegPair.Reg reaches
+    // the new PHI.
+    MRI->clearKillFlags(RegPair.Reg);
+    MBBOpIdx += 2;
+  }
+
+  return MIB;
 }
 
-/// \brief Optimize a copy or bitcast instruction to avoid cross
+namespace {
+/// \brief Helper class to rewrite the arguments of a copy-like instruction.
+class CopyRewriter {
+protected:
+  /// The copy-like instruction.
+  MachineInstr &CopyLike;
+  /// The index of the source being rewritten.
+  unsigned CurrentSrcIdx;
+
+public:
+  CopyRewriter(MachineInstr &MI) : CopyLike(MI), CurrentSrcIdx(0) {}
+
+  virtual ~CopyRewriter() {}
+
+  /// \brief Get the next rewritable source (SrcReg, SrcSubReg) and
+  /// the related value that it affects (TrackReg, TrackSubReg).
+  /// A source is considered rewritable if its register class and the
+  /// register class of the related TrackReg may not be register
+  /// coalescer friendly. In other words, given a copy-like instruction
+  /// not all the arguments may be returned at rewritable source, since
+  /// some arguments are none to be register coalescer friendly.
+  ///
+  /// Each call of this method moves the current source to the next
+  /// rewritable source.
+  /// For instance, let CopyLike be the instruction to rewrite.
+  /// CopyLike has one definition and one source:
+  /// dst.dstSubIdx = CopyLike src.srcSubIdx.
+  ///
+  /// The first call will give the first rewritable source, i.e.,
+  /// the only source this instruction has:
+  /// (SrcReg, SrcSubReg) = (src, srcSubIdx).
+  /// This source defines the whole definition, i.e.,
+  /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, dstSubIdx).
+  ///
+  /// The second and subsequent calls will return false, as there is only one
+  /// rewritable source.
+  ///
+  /// \return True if a rewritable source has been found, false otherwise.
+  /// The output arguments are valid if and only if true is returned.
+  virtual bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
+                                       unsigned &TrackReg,
+                                       unsigned &TrackSubReg) {
+    // If CurrentSrcIdx == 1, this means this function has already been called
+    // once. CopyLike has one definition and one argument, thus, there is
+    // nothing else to rewrite.
+    if (!CopyLike.isCopy() || CurrentSrcIdx == 1)
+      return false;
+    // This is the first call to getNextRewritableSource.
+    // Move the CurrentSrcIdx to remember that we made that call.
+    CurrentSrcIdx = 1;
+    // The rewritable source is the argument.
+    const MachineOperand &MOSrc = CopyLike.getOperand(1);
+    SrcReg = MOSrc.getReg();
+    SrcSubReg = MOSrc.getSubReg();
+    // What we track are the alternative sources of the definition.
+    const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
+    TrackReg = MODef.getReg();
+    TrackSubReg = MODef.getSubReg();
+    return true;
+  }
+
+  /// \brief Rewrite the current source with \p NewReg and \p NewSubReg
+  /// if possible.
+  /// \return True if the rewriting was possible, false otherwise.
+  virtual bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) {
+    if (!CopyLike.isCopy() || CurrentSrcIdx != 1)
+      return false;
+    MachineOperand &MOSrc = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
+    MOSrc.setReg(NewReg);
+    MOSrc.setSubReg(NewSubReg);
+    return true;
+  }
+
+  /// \brief Given a \p Def.Reg and Def.SubReg  pair, use \p RewriteMap to find
+  /// the new source to use for rewrite. If \p HandleMultipleSources is true and
+  /// multiple sources for a given \p Def are found along the way, we found a
+  /// PHI instructions that needs to be rewritten.
+  /// TODO: HandleMultipleSources should be removed once we test PHI handling
+  /// with coalescable copies.
+  TargetInstrInfo::RegSubRegPair
+  getNewSource(MachineRegisterInfo *MRI, const TargetInstrInfo *TII,
+               TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def,
+               PeepholeOptimizer::RewriteMapTy &RewriteMap,
+               bool HandleMultipleSources = true) {
+
+    TargetInstrInfo::RegSubRegPair LookupSrc(Def.Reg, Def.SubReg);
+    do {
+      ValueTrackerResult Res = RewriteMap.lookup(LookupSrc);
+      // If there are no entries on the map, LookupSrc is the new source.
+      if (!Res.isValid())
+        return LookupSrc;
+
+      // There's only one source for this definition, keep searching...
+      unsigned NumSrcs = Res.getNumSources();
+      if (NumSrcs == 1) {
+        LookupSrc.Reg = Res.getSrcReg(0);
+        LookupSrc.SubReg = Res.getSrcSubReg(0);
+        continue;
+      }
+
+      // TODO: Remove once multiple srcs w/ coalescable copies are supported.
+      if (!HandleMultipleSources)
+        break;
+
+      // Multiple sources, recurse into each source to find a new source
+      // for it. Then, rewrite the PHI accordingly to its new edges.
+      SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, 4> NewPHISrcs;
+      for (unsigned i = 0; i < NumSrcs; ++i) {
+        TargetInstrInfo::RegSubRegPair PHISrc(Res.getSrcReg(i),
+                                              Res.getSrcSubReg(i));
+        NewPHISrcs.push_back(
+            getNewSource(MRI, TII, PHISrc, RewriteMap, HandleMultipleSources));
+      }
+
+      // Build the new PHI node and return its def register as the new source.
+      MachineInstr *OrigPHI = const_cast<MachineInstr *>(Res.getInst());
+      MachineInstr *NewPHI = insertPHI(MRI, TII, NewPHISrcs, OrigPHI);
+      DEBUG(dbgs() << "-- getNewSource\n");
+      DEBUG(dbgs() << "   Replacing: " << *OrigPHI);
+      DEBUG(dbgs() << "        With: " << *NewPHI);
+      const MachineOperand &MODef = NewPHI->getOperand(0);
+      return TargetInstrInfo::RegSubRegPair(MODef.getReg(), MODef.getSubReg());
+
+    } while (1);
+
+    return TargetInstrInfo::RegSubRegPair(0, 0);
+  }
+
+  /// \brief Rewrite the source found through \p Def, by using the \p RewriteMap
+  /// and create a new COPY instruction. More info about RewriteMap in
+  /// PeepholeOptimizer::findNextSource. Right now this is only used to handle
+  /// Uncoalescable copies, since they are copy like instructions that aren't
+  /// recognized by the register allocator.
+  virtual MachineInstr *
+  RewriteSource(TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def,
+                PeepholeOptimizer::RewriteMapTy &RewriteMap) {
+    return nullptr;
+  }
+};
+
+/// \brief Helper class to rewrite uncoalescable copy like instructions
+/// into new COPY (coalescable friendly) instructions.
+class UncoalescableRewriter : public CopyRewriter {
+protected:
+  const TargetInstrInfo &TII;
+  MachineRegisterInfo   &MRI;
+  /// The number of defs in the bitcast
+  unsigned NumDefs;
+
+public:
+  UncoalescableRewriter(MachineInstr &MI, const TargetInstrInfo &TII,
+                         MachineRegisterInfo &MRI)
+      : CopyRewriter(MI), TII(TII), MRI(MRI) {
+    NumDefs = MI.getDesc().getNumDefs();
+  }
+
+  /// \brief Get the next rewritable def source (TrackReg, TrackSubReg)
+  /// All such sources need to be considered rewritable in order to
+  /// rewrite a uncoalescable copy-like instruction. This method return
+  /// each definition that must be checked if rewritable.
+  ///
+  bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
+                               unsigned &TrackReg,
+                               unsigned &TrackSubReg) override {
+    // Find the next non-dead definition and continue from there.
+    if (CurrentSrcIdx == NumDefs)
+      return false;
+
+    while (CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx).isDead()) {
+      ++CurrentSrcIdx;
+      if (CurrentSrcIdx == NumDefs)
+        return false;
+    }
+
+    // What we track are the alternative sources of the definition.
+    const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
+    TrackReg = MODef.getReg();
+    TrackSubReg = MODef.getSubReg();
+
+    CurrentSrcIdx++;
+    return true;
+  }
+
+  /// \brief Rewrite the source found through \p Def, by using the \p RewriteMap
+  /// and create a new COPY instruction. More info about RewriteMap in
+  /// PeepholeOptimizer::findNextSource. Right now this is only used to handle
+  /// Uncoalescable copies, since they are copy like instructions that aren't
+  /// recognized by the register allocator.
+  MachineInstr *
+  RewriteSource(TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def,
+                PeepholeOptimizer::RewriteMapTy &RewriteMap) override {
+    assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Def.Reg) &&
+           "We do not rewrite physical registers");
+
+    // Find the new source to use in the COPY rewrite.
+    TargetInstrInfo::RegSubRegPair NewSrc =
+        getNewSource(&MRI, &TII, Def, RewriteMap);
+
+    // Insert the COPY.
+    const TargetRegisterClass *DefRC = MRI.getRegClass(Def.Reg);
+    unsigned NewVR = MRI.createVirtualRegister(DefRC);
+
+    MachineInstr *NewCopy =
+        BuildMI(*CopyLike.getParent(), &CopyLike, CopyLike.getDebugLoc(),
+                TII.get(TargetOpcode::COPY), NewVR)
+            .addReg(NewSrc.Reg, 0, NewSrc.SubReg);
+
+    NewCopy->getOperand(0).setSubReg(Def.SubReg);
+    if (Def.SubReg)
+      NewCopy->getOperand(0).setIsUndef();
+
+    DEBUG(dbgs() << "-- RewriteSource\n");
+    DEBUG(dbgs() << "   Replacing: " << CopyLike);
+    DEBUG(dbgs() << "        With: " << *NewCopy);
+    MRI.replaceRegWith(Def.Reg, NewVR);
+    MRI.clearKillFlags(NewVR);
+
+    // We extended the lifetime of NewSrc.Reg, clear the kill flags to
+    // account for that.
+    MRI.clearKillFlags(NewSrc.Reg);
+
+    return NewCopy;
+  }
+};
+
+/// \brief Specialized rewriter for INSERT_SUBREG instruction.
+class InsertSubregRewriter : public CopyRewriter {
+public:
+  InsertSubregRewriter(MachineInstr &MI) : CopyRewriter(MI) {
+    assert(MI.isInsertSubreg() && "Invalid instruction");
+  }
+
+  /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
+  /// Here CopyLike has the following form:
+  /// dst = INSERT_SUBREG Src1, Src2.src2SubIdx, subIdx.
+  /// Src1 has the same register class has dst, hence, there is
+  /// nothing to rewrite.
+  /// Src2.src2SubIdx, may not be register coalescer friendly.
+  /// Therefore, the first call to this method returns:
+  /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src2, src2SubIdx).
+  /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx).
+  ///
+  /// Subsequence calls will return false.
+  bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
+                               unsigned &TrackReg,
+                               unsigned &TrackSubReg) override {
+    // If we already get the only source we can rewrite, return false.
+    if (CurrentSrcIdx == 2)
+      return false;
+    // We are looking at v2 = INSERT_SUBREG v0, v1, sub0.
+    CurrentSrcIdx = 2;
+    const MachineOperand &MOInsertedReg = CopyLike.getOperand(2);
+    SrcReg = MOInsertedReg.getReg();
+    SrcSubReg = MOInsertedReg.getSubReg();
+    const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
+
+    // We want to track something that is compatible with the
+    // partial definition.
+    TrackReg = MODef.getReg();
+    if (MODef.getSubReg())
+      // Bail if we have to compose sub-register indices.
+      return false;
+    TrackSubReg = (unsigned)CopyLike.getOperand(3).getImm();
+    return true;
+  }
+  bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
+    if (CurrentSrcIdx != 2)
+      return false;
+    // We are rewriting the inserted reg.
+    MachineOperand &MO = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
+    MO.setReg(NewReg);
+    MO.setSubReg(NewSubReg);
+    return true;
+  }
+};
+
+/// \brief Specialized rewriter for EXTRACT_SUBREG instruction.
+class ExtractSubregRewriter : public CopyRewriter {
+  const TargetInstrInfo &TII;
+
+public:
+  ExtractSubregRewriter(MachineInstr &MI, const TargetInstrInfo &TII)
+      : CopyRewriter(MI), TII(TII) {
+    assert(MI.isExtractSubreg() && "Invalid instruction");
+  }
+
+  /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
+  /// Here CopyLike has the following form:
+  /// dst.dstSubIdx = EXTRACT_SUBREG Src, subIdx.
+  /// There is only one rewritable source: Src.subIdx,
+  /// which defines dst.dstSubIdx.
+  bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
+                               unsigned &TrackReg,
+                               unsigned &TrackSubReg) override {
+    // If we already get the only source we can rewrite, return false.
+    if (CurrentSrcIdx == 1)
+      return false;
+    // We are looking at v1 = EXTRACT_SUBREG v0, sub0.
+    CurrentSrcIdx = 1;
+    const MachineOperand &MOExtractedReg = CopyLike.getOperand(1);
+    SrcReg = MOExtractedReg.getReg();
+    // If we have to compose sub-register indices, bail out.
+    if (MOExtractedReg.getSubReg())
+      return false;
+
+    SrcSubReg = CopyLike.getOperand(2).getImm();
+
+    // We want to track something that is compatible with the definition.
+    const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
+    TrackReg = MODef.getReg();
+    TrackSubReg = MODef.getSubReg();
+    return true;
+  }
+
+  bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
+    // The only source we can rewrite is the input register.
+    if (CurrentSrcIdx != 1)
+      return false;
+
+    CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx).setReg(NewReg);
+
+    // If we find a source that does not require to extract something,
+    // rewrite the operation with a copy.
+    if (!NewSubReg) {
+      // Move the current index to an invalid position.
+      // We do not want another call to this method to be able
+      // to do any change.
+      CurrentSrcIdx = -1;
+      // Rewrite the operation as a COPY.
+      // Get rid of the sub-register index.
+      CopyLike.RemoveOperand(2);
+      // Morph the operation into a COPY.
+      CopyLike.setDesc(TII.get(TargetOpcode::COPY));
+      return true;
+    }
+    CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx + 1).setImm(NewSubReg);
+    return true;
+  }
+};
+
+/// \brief Specialized rewriter for REG_SEQUENCE instruction.
+class RegSequenceRewriter : public CopyRewriter {
+public:
+  RegSequenceRewriter(MachineInstr &MI) : CopyRewriter(MI) {
+    assert(MI.isRegSequence() && "Invalid instruction");
+  }
+
+  /// \brief See CopyRewriter::getNextRewritableSource.
+  /// Here CopyLike has the following form:
+  /// dst = REG_SEQUENCE Src1.src1SubIdx, subIdx1, Src2.src2SubIdx, subIdx2.
+  /// Each call will return a different source, walking all the available
+  /// source.
+  ///
+  /// The first call returns:
+  /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src1, src1SubIdx).
+  /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx1).
+  ///
+  /// The second call returns:
+  /// (SrcReg, SrcSubReg) = (Src2, src2SubIdx).
+  /// (TrackReg, TrackSubReg) = (dst, subIdx2).
+  ///
+  /// And so on, until all the sources have been traversed, then
+  /// it returns false.
+  bool getNextRewritableSource(unsigned &SrcReg, unsigned &SrcSubReg,
+                               unsigned &TrackReg,
+                               unsigned &TrackSubReg) override {
+    // We are looking at v0 = REG_SEQUENCE v1, sub1, v2, sub2, etc.
+
+    // If this is the first call, move to the first argument.
+    if (CurrentSrcIdx == 0) {
+      CurrentSrcIdx = 1;
+    } else {
+      // Otherwise, move to the next argument and check that it is valid.
+      CurrentSrcIdx += 2;
+      if (CurrentSrcIdx >= CopyLike.getNumOperands())
+        return false;
+    }
+    const MachineOperand &MOInsertedReg = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
+    SrcReg = MOInsertedReg.getReg();
+    // If we have to compose sub-register indices, bail out.
+    if ((SrcSubReg = MOInsertedReg.getSubReg()))
+      return false;
+
+    // We want to track something that is compatible with the related
+    // partial definition.
+    TrackSubReg = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx + 1).getImm();
+
+    const MachineOperand &MODef = CopyLike.getOperand(0);
+    TrackReg = MODef.getReg();
+    // If we have to compose sub-registers, bail.
+    return MODef.getSubReg() == 0;
+  }
+
+  bool RewriteCurrentSource(unsigned NewReg, unsigned NewSubReg) override {
+    // We cannot rewrite out of bound operands.
+    // Moreover, rewritable sources are at odd positions.
+    if ((CurrentSrcIdx & 1) != 1 || CurrentSrcIdx > CopyLike.getNumOperands())
+      return false;
+
+    MachineOperand &MO = CopyLike.getOperand(CurrentSrcIdx);
+    MO.setReg(NewReg);
+    MO.setSubReg(NewSubReg);
+    return true;
+  }
+};
+} // End namespace.
+
+/// \brief Get the appropriated CopyRewriter for \p MI.
+/// \return A pointer to a dynamically allocated CopyRewriter or nullptr
+/// if no rewriter works for \p MI.
+static CopyRewriter *getCopyRewriter(MachineInstr &MI,
+                                     const TargetInstrInfo &TII,
+                                     MachineRegisterInfo &MRI) {
+  // Handle uncoalescable copy-like instructions.
+  if (MI.isBitcast() || (MI.isRegSequenceLike() || MI.isInsertSubregLike() ||
+                         MI.isExtractSubregLike()))
+    return new UncoalescableRewriter(MI, TII, MRI);
+
+  switch (MI.getOpcode()) {
+  default:
+    return nullptr;
+  case TargetOpcode::COPY:
+    return new CopyRewriter(MI);
+  case TargetOpcode::INSERT_SUBREG:
+    return new InsertSubregRewriter(MI);
+  case TargetOpcode::EXTRACT_SUBREG:
+    return new ExtractSubregRewriter(MI, TII);
+  case TargetOpcode::REG_SEQUENCE:
+    return new RegSequenceRewriter(MI);
+  }
+  llvm_unreachable(nullptr);
+}
+
+/// \brief Optimize generic copy instructions to avoid cross
 /// register bank copy. The optimization looks through a chain of
-/// copies and try to find a source that has a compatible register
+/// copies and tries to find a source that has a compatible register
 /// class.
 /// Two register classes are considered to be compatible if they share
 /// the same register bank.
 /// New copies issued by this optimization are register allocator
 /// friendly. This optimization does not remove any copy as it may
-/// overconstraint the register allocator, but replaces some when
-/// possible.
-/// \pre \p MI is a Copy (MI->isCopy() is true)
-/// \return True, when \p MI has been optimized. In that case, \p MI has
-/// been removed from its parent.
-bool PeepholeOptimizer::optimizeCopyOrBitcast(MachineInstr *MI) {
-  unsigned DefIdx, SrcIdx;
-  if (!MI || !getCopyOrBitcastDefUseIdx(*MI, DefIdx, SrcIdx))
+/// overconstrain the register allocator, but replaces some operands
+/// when possible.
+/// \pre isCoalescableCopy(*MI) is true.
+/// \return True, when \p MI has been rewritten. False otherwise.
+bool PeepholeOptimizer::optimizeCoalescableCopy(MachineInstr *MI) {
+  assert(MI && isCoalescableCopy(*MI) && "Invalid argument");
+  assert(MI->getDesc().getNumDefs() == 1 &&
+         "Coalescer can understand multiple defs?!");
+  const MachineOperand &MODef = MI->getOperand(0);
+  // Do not rewrite physical definitions.
+  if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MODef.getReg()))
     return false;
 
-  const MachineOperand &MODef = MI->getOperand(DefIdx);
-  assert(MODef.isReg() && "Copies must be between registers.");
-  unsigned Def = MODef.getReg();
-
-  if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Def))
+  bool Changed = false;
+  // Get the right rewriter for the current copy.
+  std::unique_ptr<CopyRewriter> CpyRewriter(getCopyRewriter(*MI, *TII, *MRI));
+  // If none exists, bail out.
+  if (!CpyRewriter)
     return false;
+  // Rewrite each rewritable source.
+  unsigned SrcReg, SrcSubReg, TrackReg, TrackSubReg;
+  while (CpyRewriter->getNextRewritableSource(SrcReg, SrcSubReg, TrackReg,
+                                              TrackSubReg)) {
+    // Keep track of PHI nodes and its incoming edges when looking for sources.
+    RewriteMapTy RewriteMap;
+    // Try to find a more suitable source. If we failed to do so, or get the
+    // actual source, move to the next source.
+    if (!findNextSource(TrackReg, TrackSubReg, RewriteMap))
+      continue;
 
-  const TargetRegisterClass *DefRC = MRI->getRegClass(Def);
-  unsigned DefSubReg = MODef.getSubReg();
-
-  unsigned Src;
-  unsigned SrcSubReg;
-  bool ShouldRewrite = false;
-  MachineInstr *Copy = MI;
-  const TargetRegisterInfo &TRI = *TM->getRegisterInfo();
+    // Get the new source to rewrite. TODO: Only enable handling of multiple
+    // sources (PHIs) once we have a motivating example and testcases for it.
+    TargetInstrInfo::RegSubRegPair TrackPair(TrackReg, TrackSubReg);
+    TargetInstrInfo::RegSubRegPair NewSrc = CpyRewriter->getNewSource(
+        MRI, TII, TrackPair, RewriteMap, false /* multiple sources */);
+    if (SrcReg == NewSrc.Reg || NewSrc.Reg == 0)
+      continue;
 
-  // Follow the chain of copies until we reach the top or find a
-  // more suitable source.
-  do {
-    unsigned CopyDefIdx, CopySrcIdx;
-    if (!getCopyOrBitcastDefUseIdx(*Copy, CopyDefIdx, CopySrcIdx))
-      break;
-    const MachineOperand &MO = Copy->getOperand(CopySrcIdx);
-    assert(MO.isReg() && "Copies must be between registers.");
-    Src = MO.getReg();
+    // Rewrite source.
+    if (CpyRewriter->RewriteCurrentSource(NewSrc.Reg, NewSrc.SubReg)) {
+      // We may have extended the live-range of NewSrc, account for that.
+      MRI->clearKillFlags(NewSrc.Reg);
+      Changed = true;
+    }
+  }
+  // TODO: We could have a clean-up method to tidy the instruction.
+  // E.g., v0 = INSERT_SUBREG v1, v1.sub0, sub0
+  // => v0 = COPY v1
+  // Currently we haven't seen motivating example for that and we
+  // want to avoid untested code.
+  NumRewrittenCopies += Changed;
+  return Changed;
+}
 
-    if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Src))
-      break;
+/// \brief Optimize copy-like instructions to create
+/// register coalescer friendly instruction.
+/// The optimization tries to kill-off the \p MI by looking
+/// through a chain of copies to find a source that has a compatible
+/// register class.
+/// If such a source is found, it replace \p MI by a generic COPY
+/// operation.
+/// \pre isUncoalescableCopy(*MI) is true.
+/// \return True, when \p MI has been optimized. In that case, \p MI has
+/// been removed from its parent.
+/// All COPY instructions created, are inserted in \p LocalMIs.
+bool PeepholeOptimizer::optimizeUncoalescableCopy(
+    MachineInstr *MI, SmallPtrSetImpl<MachineInstr *> &LocalMIs) {
+  assert(MI && isUncoalescableCopy(*MI) && "Invalid argument");
+
+  // Check if we can rewrite all the values defined by this instruction.
+  SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPair, 4> RewritePairs;
+  // Get the right rewriter for the current copy.
+  std::unique_ptr<CopyRewriter> CpyRewriter(getCopyRewriter(*MI, *TII, *MRI));
+  // If none exists, bail out.
+  if (!CpyRewriter)
+    return false;
 
-    const TargetRegisterClass *SrcRC = MRI->getRegClass(Src);
-    SrcSubReg = MO.getSubReg();
+  // Rewrite each rewritable source by generating new COPYs. This works
+  // differently from optimizeCoalescableCopy since it first makes sure that all
+  // definitions can be rewritten.
+  RewriteMapTy RewriteMap;
+  unsigned Reg, SubReg, CopyDefReg, CopyDefSubReg;
+  while (CpyRewriter->getNextRewritableSource(Reg, SubReg, CopyDefReg,
+                                              CopyDefSubReg)) {
+    // If a physical register is here, this is probably for a good reason.
+    // Do not rewrite that.
+    if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(CopyDefReg))
+      return false;
 
-    // If this source does not incur a cross register bank copy, use it.
-    ShouldRewrite = shareSameRegisterFile(TRI, DefRC, DefSubReg, SrcRC,
-                                          SrcSubReg);
-    // Follow the chain of copies: get the definition of Src.
-    Copy = MRI->getVRegDef(Src);
-  } while (!ShouldRewrite && Copy && (Copy->isCopy() || Copy->isBitcast()));
+    // If we do not know how to rewrite this definition, there is no point
+    // in trying to kill this instruction.
+    TargetInstrInfo::RegSubRegPair Def(CopyDefReg, CopyDefSubReg);
+    if (!findNextSource(Def.Reg, Def.SubReg, RewriteMap))
+      return false;
 
-  // If we did not find a more suitable source, there is nothing to optimize.
-  if (!ShouldRewrite || Src == MI->getOperand(SrcIdx).getReg())
-    return false;
+    RewritePairs.push_back(Def);
+  }
 
-  // Rewrite the copy to avoid a cross register bank penalty. 
-  unsigned NewVR = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Def) ? Def :
-    MRI->createVirtualRegister(DefRC);
-  MachineInstr *NewCopy = BuildMI(*MI->getParent(), MI, MI->getDebugLoc(),
-                                  TII->get(TargetOpcode::COPY), NewVR)
-    .addReg(Src, 0, SrcSubReg);
-  NewCopy->getOperand(0).setSubReg(DefSubReg);
+  // The change is possible for all defs, do it.
+  for (const auto &Def : RewritePairs) {
+    // Rewrite the "copy" in a way the register coalescer understands.
+    MachineInstr *NewCopy = CpyRewriter->RewriteSource(Def, RewriteMap);
+    assert(NewCopy && "Should be able to always generate a new copy");
+    LocalMIs.insert(NewCopy);
+  }
 
-  MRI->replaceRegWith(Def, NewVR);
-  MRI->clearKillFlags(NewVR);
+  // MI is now dead.
   MI->eraseFromParent();
-  ++NumCopiesBitcasts;
+  ++NumUncoalescableCopies;
   return true;
 }
 
-/// isLoadFoldable - Check whether MI is a candidate for folding into a later
-/// instruction. We only fold loads to virtual registers and the virtual
-/// register defined has a single use.
-bool PeepholeOptimizer::isLoadFoldable(MachineInstr *MI,
-                                       unsigned &FoldAsLoadDefReg) {
+/// Check whether MI is a candidate for folding into a later instruction.
+/// We only fold loads to virtual registers and the virtual register defined
+/// has a single use.
+bool PeepholeOptimizer::isLoadFoldable(
+    MachineInstr *MI, SmallSet<unsigned, 16> &FoldAsLoadDefCandidates) {
   if (!MI->canFoldAsLoad() || !MI->mayLoad())
     return false;
   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
@@ -505,21 +1301,21 @@ bool PeepholeOptimizer::isLoadFoldable(MachineInstr *MI,
     return false;
 
   unsigned Reg = MI->getOperand(0).getReg();
-  // To reduce compilation time, we check MRI->hasOneUse when inserting
+  // To reduce compilation time, we check MRI->hasOneNonDBGUse when inserting
   // loads. It should be checked when processing uses of the load, since
   // uses can be removed during peephole.
   if (!MI->getOperand(0).getSubReg() &&
       TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
-      MRI->hasOneUse(Reg)) {
-    FoldAsLoadDefReg = Reg;
+      MRI->hasOneNonDBGUse(Reg)) {
+    FoldAsLoadDefCandidates.insert(Reg);
     return true;
   }
   return false;
 }
 
-bool PeepholeOptimizer::isMoveImmediate(MachineInstr *MI,
-                                        SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
-                                 DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs) {
+bool PeepholeOptimizer::isMoveImmediate(
+    MachineInstr *MI, SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
+    DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &ImmDefMIs) {
   const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
   if (!MI->isMoveImmediate())
     return false;
@@ -535,23 +1331,26 @@ bool PeepholeOptimizer::isMoveImmediate(MachineInstr *MI,
   return false;
 }
 
-/// foldImmediate - Try folding register operands that are defined by move
-/// immediate instructions, i.e. a trivial constant folding optimization, if
+/// Try folding register operands that are defined by move immediate
+/// instructions, i.e. a trivial constant folding optimization, if
 /// and only if the def and use are in the same BB.
-bool PeepholeOptimizer::foldImmediate(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
-                                      SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
-                                 DenseMap<unsigned, MachineInstr*> &ImmDefMIs) {
+bool PeepholeOptimizer::foldImmediate(
+    MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB, SmallSet<unsigned, 4> &ImmDefRegs,
+    DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &ImmDefMIs) {
   for (unsigned i = 0, e = MI->getDesc().getNumOperands(); i != e; ++i) {
     MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
     if (!MO.isReg() || MO.isDef())
       continue;
+    // Ignore dead implicit defs.
+    if (MO.isImplicit() && MO.isDead())
+      continue;
     unsigned Reg = MO.getReg();
     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
       continue;
     if (ImmDefRegs.count(Reg) == 0)
       continue;
     DenseMap<unsigned, MachineInstr*>::iterator II = ImmDefMIs.find(Reg);
-    assert(II != ImmDefMIs.end());
+    assert(II != ImmDefMIs.end() && "couldn't find immediate definition");
     if (TII->FoldImmediate(MI, II->second, Reg, MRI)) {
       ++NumImmFold;
       return true;
@@ -560,96 +1359,304 @@ bool PeepholeOptimizer::foldImmediate(MachineInstr *MI, MachineBasicBlock *MBB,
   return false;
 }
 
+// FIXME: This is very simple and misses some cases which should be handled when
+// motivating examples are found.
+//
+// The copy rewriting logic should look at uses as well as defs and be able to
+// eliminate copies across blocks.
+//
+// Later copies that are subregister extracts will also not be eliminated since
+// only the first copy is considered.
+//
+// e.g.
+// %vreg1 = COPY %vreg0
+// %vreg2 = COPY %vreg0:sub1
+//
+// Should replace %vreg2 uses with %vreg1:sub1
+bool PeepholeOptimizer::foldRedundantCopy(
+    MachineInstr *MI, SmallSet<unsigned, 4> &CopySrcRegs,
+    DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &CopyMIs) {
+  assert(MI->isCopy() && "expected a COPY machine instruction");
+
+  unsigned SrcReg = MI->getOperand(1).getReg();
+  if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg))
+    return false;
+
+  unsigned DstReg = MI->getOperand(0).getReg();
+  if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(DstReg))
+    return false;
+
+  if (CopySrcRegs.insert(SrcReg).second) {
+    // First copy of this reg seen.
+    CopyMIs.insert(std::make_pair(SrcReg, MI));
+    return false;
+  }
+
+  MachineInstr *PrevCopy = CopyMIs.find(SrcReg)->second;
+
+  unsigned SrcSubReg = MI->getOperand(1).getSubReg();
+  unsigned PrevSrcSubReg = PrevCopy->getOperand(1).getSubReg();
+
+  // Can't replace different subregister extracts.
+  if (SrcSubReg != PrevSrcSubReg)
+    return false;
+
+  unsigned PrevDstReg = PrevCopy->getOperand(0).getReg();
+
+  // Only replace if the copy register class is the same.
+  //
+  // TODO: If we have multiple copies to different register classes, we may want
+  // to track multiple copies of the same source register.
+  if (MRI->getRegClass(DstReg) != MRI->getRegClass(PrevDstReg))
+    return false;
+
+  MRI->replaceRegWith(DstReg, PrevDstReg);
+
+  // Lifetime of the previous copy has been extended.
+  MRI->clearKillFlags(PrevDstReg);
+  return true;
+}
+
+bool PeepholeOptimizer::isNAPhysCopy(unsigned Reg) {
+  return TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) &&
+         !MRI->isAllocatable(Reg);
+}
+
+bool PeepholeOptimizer::foldRedundantNAPhysCopy(
+    MachineInstr *MI, DenseMap<unsigned, MachineInstr *> &NAPhysToVirtMIs) {
+  assert(MI->isCopy() && "expected a COPY machine instruction");
+
+  if (DisableNAPhysCopyOpt)
+    return false;
+
+  unsigned DstReg = MI->getOperand(0).getReg();
+  unsigned SrcReg = MI->getOperand(1).getReg();
+  if (isNAPhysCopy(SrcReg) && TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(DstReg)) {
+    // %vreg = COPY %PHYSREG
+    // Avoid using a datastructure which can track multiple live non-allocatable
+    // phys->virt copies since LLVM doesn't seem to do this.
+    NAPhysToVirtMIs.insert({SrcReg, MI});
+    return false;
+  }
+
+  if (!(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg) && isNAPhysCopy(DstReg)))
+    return false;
+
+  // %PHYSREG = COPY %vreg
+  auto PrevCopy = NAPhysToVirtMIs.find(DstReg);
+  if (PrevCopy == NAPhysToVirtMIs.end()) {
+    // We can't remove the copy: there was an intervening clobber of the
+    // non-allocatable physical register after the copy to virtual.
+    DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: intervening clobber forbids erasing " << *MI
+                 << '\n');
+    return false;
+  }
+
+  unsigned PrevDstReg = PrevCopy->second->getOperand(0).getReg();
+  if (PrevDstReg == SrcReg) {
+    // Remove the virt->phys copy: we saw the virtual register definition, and
+    // the non-allocatable physical register's state hasn't changed since then.
+    DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: erasing " << *MI << '\n');
+    ++NumNAPhysCopies;
+    return true;
+  }
+
+  // Potential missed optimization opportunity: we saw a different virtual
+  // register get a copy of the non-allocatable physical register, and we only
+  // track one such copy. Avoid getting confused by this new non-allocatable
+  // physical register definition, and remove it from the tracked copies.
+  DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: missed opportunity " << *MI << '\n');
+  NAPhysToVirtMIs.erase(PrevCopy);
+  return false;
+}
+
 bool PeepholeOptimizer::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
+  if (skipOptnoneFunction(*MF.getFunction()))
+    return false;
+
   DEBUG(dbgs() << "********** PEEPHOLE OPTIMIZER **********\n");
   DEBUG(dbgs() << "********** Function: " << MF.getName() << '\n');
 
   if (DisablePeephole)
     return false;
 
-  TM  = &MF.getTarget();
-  TII = TM->getInstrInfo();
+  TII = MF.getSubtarget().getInstrInfo();
+  TRI = MF.getSubtarget().getRegisterInfo();
   MRI = &MF.getRegInfo();
-  DT  = Aggressive ? &getAnalysis<MachineDominatorTree>() : 0;
+  DT  = Aggressive ? &getAnalysis<MachineDominatorTree>() : nullptr;
 
   bool Changed = false;
 
-  SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> LocalMIs;
-  SmallSet<unsigned, 4> ImmDefRegs;
-  DenseMap<unsigned, MachineInstr*> ImmDefMIs;
-  unsigned FoldAsLoadDefReg;
-  for (MachineFunction::iterator I = MF.begin(), E = MF.end(); I != E; ++I) {
-    MachineBasicBlock *MBB = &*I;
-
+  for (MachineBasicBlock &MBB : MF) {
     bool SeenMoveImm = false;
-    LocalMIs.clear();
-    ImmDefRegs.clear();
-    ImmDefMIs.clear();
-    FoldAsLoadDefReg = 0;
 
-    for (MachineBasicBlock::iterator
-           MII = I->begin(), MIE = I->end(); MII != MIE; ) {
+    // During this forward scan, at some point it needs to answer the question
+    // "given a pointer to an MI in the current BB, is it located before or
+    // after the current instruction".
+    // To perform this, the following set keeps track of the MIs already seen
+    // during the scan, if a MI is not in the set, it is assumed to be located
+    // after. Newly created MIs have to be inserted in the set as well.
+    SmallPtrSet<MachineInstr*, 16> LocalMIs;
+    SmallSet<unsigned, 4> ImmDefRegs;
+    DenseMap<unsigned, MachineInstr*> ImmDefMIs;
+    SmallSet<unsigned, 16> FoldAsLoadDefCandidates;
+
+    // Track when a non-allocatable physical register is copied to a virtual
+    // register so that useless moves can be removed.
+    //
+    // %PHYSREG is the map index; MI is the last valid `%vreg = COPY %PHYSREG`
+    // without any intervening re-definition of %PHYSREG.
+    DenseMap<unsigned, MachineInstr *> NAPhysToVirtMIs;
+
+    // Set of virtual registers that are copied from.
+    SmallSet<unsigned, 4> CopySrcRegs;
+    DenseMap<unsigned, MachineInstr *> CopySrcMIs;
+
+    for (MachineBasicBlock::iterator MII = MBB.begin(), MIE = MBB.end();
+         MII != MIE; ) {
       MachineInstr *MI = &*MII;
       // We may be erasing MI below, increment MII now.
       ++MII;
       LocalMIs.insert(MI);
 
-      // If there exists an instruction which belongs to the following
-      // categories, we will discard the load candidate.
-      if (MI->isLabel() || MI->isPHI() || MI->isImplicitDef() ||
-          MI->isKill() || MI->isInlineAsm() || MI->isDebugValue() ||
-          MI->hasUnmodeledSideEffects()) {
-        FoldAsLoadDefReg = 0;
+      // Skip debug values. They should not affect this peephole optimization.
+      if (MI->isDebugValue())
+          continue;
+
+      // If we run into an instruction we can't fold across, discard
+      // the load candidates.
+      if (MI->isLoadFoldBarrier())
+        FoldAsLoadDefCandidates.clear();
+
+      if (MI->isPosition() || MI->isPHI())
         continue;
+
+      if (!MI->isCopy()) {
+        for (const auto &Op : MI->operands()) {
+          // Visit all operands: definitions can be implicit or explicit.
+          if (Op.isReg()) {
+            unsigned Reg = Op.getReg();
+            if (Op.isDef() && isNAPhysCopy(Reg)) {
+              const auto &Def = NAPhysToVirtMIs.find(Reg);
+              if (Def != NAPhysToVirtMIs.end()) {
+                // A new definition of the non-allocatable physical register
+                // invalidates previous copies.
+                DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: invalidating because of " << *MI
+                             << '\n');
+                NAPhysToVirtMIs.erase(Def);
+              }
+            }
+          } else if (Op.isRegMask()) {
+            const uint32_t *RegMask = Op.getRegMask();
+            for (auto &RegMI : NAPhysToVirtMIs) {
+              unsigned Def = RegMI.first;
+              if (MachineOperand::clobbersPhysReg(RegMask, Def)) {
+                DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: invalidating because of " << *MI
+                             << '\n');
+                NAPhysToVirtMIs.erase(Def);
+              }
+            }
+          }
+        }
       }
-      if (MI->mayStore() || MI->isCall())
-        FoldAsLoadDefReg = 0;
 
-      if (((MI->isBitcast() || MI->isCopy()) && optimizeCopyOrBitcast(MI)) ||
-          (MI->isCompare() && optimizeCmpInstr(MI, MBB)) ||
-          (MI->isSelect() && optimizeSelect(MI))) {
+      if (MI->isImplicitDef() || MI->isKill())
+        continue;
+
+      if (MI->isInlineAsm() || MI->hasUnmodeledSideEffects()) {
+        // Blow away all non-allocatable physical registers knowledge since we
+        // don't know what's correct anymore.
+        //
+        // FIXME: handle explicit asm clobbers.
+        DEBUG(dbgs() << "NAPhysCopy: blowing away all info due to " << *MI
+                     << '\n');
+        NAPhysToVirtMIs.clear();
+        continue;
+      }
+
+      if ((isUncoalescableCopy(*MI) &&
+           optimizeUncoalescableCopy(MI, LocalMIs)) ||
+          (MI->isCompare() && optimizeCmpInstr(MI, &MBB)) ||
+          (MI->isSelect() && optimizeSelect(MI, LocalMIs))) {
         // MI is deleted.
         LocalMIs.erase(MI);
         Changed = true;
         continue;
       }
 
+      if (MI->isConditionalBranch() && optimizeCondBranch(MI)) {
+        Changed = true;
+        continue;
+      }
+
+      if (isCoalescableCopy(*MI) && optimizeCoalescableCopy(MI)) {
+        // MI is just rewritten.
+        Changed = true;
+        continue;
+      }
+
+      if (MI->isCopy() &&
+          (foldRedundantCopy(MI, CopySrcRegs, CopySrcMIs) ||
+           foldRedundantNAPhysCopy(MI, NAPhysToVirtMIs))) {
+        LocalMIs.erase(MI);
+        MI->eraseFromParent();
+        Changed = true;
+        continue;
+      }
+
       if (isMoveImmediate(MI, ImmDefRegs, ImmDefMIs)) {
         SeenMoveImm = true;
       } else {
-        Changed |= optimizeExtInstr(MI, MBB, LocalMIs);
+        Changed |= optimizeExtInstr(MI, &MBB, LocalMIs);
         // optimizeExtInstr might have created new instructions after MI
         // and before the already incremented MII. Adjust MII so that the
         // next iteration sees the new instructions.
         MII = MI;
         ++MII;
         if (SeenMoveImm)
-          Changed |= foldImmediate(MI, MBB, ImmDefRegs, ImmDefMIs);
+          Changed |= foldImmediate(MI, &MBB, ImmDefRegs, ImmDefMIs);
       }
 
       // Check whether MI is a load candidate for folding into a later
       // instruction. If MI is not a candidate, check whether we can fold an
       // earlier load into MI.
-      if (!isLoadFoldable(MI, FoldAsLoadDefReg) && FoldAsLoadDefReg) {
-        // We need to fold load after optimizeCmpInstr, since optimizeCmpInstr
-        // can enable folding by converting SUB to CMP.
-        MachineInstr *DefMI = 0;
-        MachineInstr *FoldMI = TII->optimizeLoadInstr(MI, MRI,
-                                                      FoldAsLoadDefReg, DefMI);
-        if (FoldMI) {
-          // Update LocalMIs since we replaced MI with FoldMI and deleted DefMI.
-          DEBUG(dbgs() << "Replacing: " << *MI);
-          DEBUG(dbgs() << "     With: " << *FoldMI);
-          LocalMIs.erase(MI);
-          LocalMIs.erase(DefMI);
-          LocalMIs.insert(FoldMI);
-          MI->eraseFromParent();
-          DefMI->eraseFromParent();
-          ++NumLoadFold;
-
-          // MI is replaced with FoldMI.
-          Changed = true;
-          continue;
+      if (!isLoadFoldable(MI, FoldAsLoadDefCandidates) &&
+          !FoldAsLoadDefCandidates.empty()) {
+        const MCInstrDesc &MIDesc = MI->getDesc();
+        for (unsigned i = MIDesc.getNumDefs(); i != MIDesc.getNumOperands();
+             ++i) {
+          const MachineOperand &MOp = MI->getOperand(i);
+          if (!MOp.isReg())
+            continue;
+          unsigned FoldAsLoadDefReg = MOp.getReg();
+          if (FoldAsLoadDefCandidates.count(FoldAsLoadDefReg)) {
+            // We need to fold load after optimizeCmpInstr, since
+            // optimizeCmpInstr can enable folding by converting SUB to CMP.
+            // Save FoldAsLoadDefReg because optimizeLoadInstr() resets it and
+            // we need it for markUsesInDebugValueAsUndef().
+            unsigned FoldedReg = FoldAsLoadDefReg;
+            MachineInstr *DefMI = nullptr;
+            MachineInstr *FoldMI = TII->optimizeLoadInstr(MI, MRI,
+                                                          FoldAsLoadDefReg,
+                                                          DefMI);
+            if (FoldMI) {
+              // Update LocalMIs since we replaced MI with FoldMI and deleted
+              // DefMI.
+              DEBUG(dbgs() << "Replacing: " << *MI);
+              DEBUG(dbgs() << "     With: " << *FoldMI);
+              LocalMIs.erase(MI);
+              LocalMIs.erase(DefMI);
+              LocalMIs.insert(FoldMI);
+              MI->eraseFromParent();
+              DefMI->eraseFromParent();
+              MRI->markUsesInDebugValueAsUndef(FoldedReg);
+              FoldAsLoadDefCandidates.erase(FoldedReg);
+              ++NumLoadFold;
+              // MI is replaced with FoldMI.
+              Changed = true;
+              break;
+            }
+          }
         }
       }
     }
@@ -657,3 +1664,284 @@ bool PeepholeOptimizer::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
 
   return Changed;
 }
+
+ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromCopy() {
+  assert(Def->isCopy() && "Invalid definition");
+  // Copy instruction are supposed to be: Def = Src.
+  // If someone breaks this assumption, bad things will happen everywhere.
+  assert(Def->getNumOperands() == 2 && "Invalid number of operands");
+
+  if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg() != DefSubReg)
+    // If we look for a different subreg, it means we want a subreg of src.
+    // Bails as we do not support composing subregs yet.
+    return ValueTrackerResult();
+  // Otherwise, we want the whole source.
+  const MachineOperand &Src = Def->getOperand(1);
+  return ValueTrackerResult(Src.getReg(), Src.getSubReg());
+}
+
+ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromBitcast() {
+  assert(Def->isBitcast() && "Invalid definition");
+
+  // Bail if there are effects that a plain copy will not expose.
+  if (Def->hasUnmodeledSideEffects())
+    return ValueTrackerResult();
+
+  // Bitcasts with more than one def are not supported.
+  if (Def->getDesc().getNumDefs() != 1)
+    return ValueTrackerResult();
+  if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg() != DefSubReg)
+    // If we look for a different subreg, it means we want a subreg of the src.
+    // Bails as we do not support composing subregs yet.
+    return ValueTrackerResult();
+
+  unsigned SrcIdx = Def->getNumOperands();
+  for (unsigned OpIdx = DefIdx + 1, EndOpIdx = SrcIdx; OpIdx != EndOpIdx;
+       ++OpIdx) {
+    const MachineOperand &MO = Def->getOperand(OpIdx);
+    if (!MO.isReg() || !MO.getReg())
+      continue;
+    // Ignore dead implicit defs.
+    if (MO.isImplicit() && MO.isDead())
+      continue;
+    assert(!MO.isDef() && "We should have skipped all the definitions by now");
+    if (SrcIdx != EndOpIdx)
+      // Multiple sources?
+      return ValueTrackerResult();
+    SrcIdx = OpIdx;
+  }
+  const MachineOperand &Src = Def->getOperand(SrcIdx);
+  return ValueTrackerResult(Src.getReg(), Src.getSubReg());
+}
+
+ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromRegSequence() {
+  assert((Def->isRegSequence() || Def->isRegSequenceLike()) &&
+         "Invalid definition");
+
+  if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg())
+    // If we are composing subregs, bail out.
+    // The case we are checking is Def.<subreg> = REG_SEQUENCE.
+    // This should almost never happen as the SSA property is tracked at
+    // the register level (as opposed to the subreg level).
+    // I.e.,
+    // Def.sub0 =
+    // Def.sub1 =
+    // is a valid SSA representation for Def.sub0 and Def.sub1, but not for
+    // Def. Thus, it must not be generated.
+    // However, some code could theoretically generates a single
+    // Def.sub0 (i.e, not defining the other subregs) and we would
+    // have this case.
+    // If we can ascertain (or force) that this never happens, we could
+    // turn that into an assertion.
+    return ValueTrackerResult();
+
+  if (!TII)
+    // We could handle the REG_SEQUENCE here, but we do not want to
+    // duplicate the code from the generic TII.
+    return ValueTrackerResult();
+
+  SmallVector<TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx, 8> RegSeqInputRegs;
+  if (!TII->getRegSequenceInputs(*Def, DefIdx, RegSeqInputRegs))
+    return ValueTrackerResult();
+
+  // We are looking at:
+  // Def = REG_SEQUENCE v0, sub0, v1, sub1, ...
+  // Check if one of the operand defines the subreg we are interested in.
+  for (auto &RegSeqInput : RegSeqInputRegs) {
+    if (RegSeqInput.SubIdx == DefSubReg) {
+      if (RegSeqInput.SubReg)
+        // Bail if we have to compose sub registers.
+        return ValueTrackerResult();
+
+      return ValueTrackerResult(RegSeqInput.Reg, RegSeqInput.SubReg);
+    }
+  }
+
+  // If the subreg we are tracking is super-defined by another subreg,
+  // we could follow this value. However, this would require to compose
+  // the subreg and we do not do that for now.
+  return ValueTrackerResult();
+}
+
+ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromInsertSubreg() {
+  assert((Def->isInsertSubreg() || Def->isInsertSubregLike()) &&
+         "Invalid definition");
+
+  if (Def->getOperand(DefIdx).getSubReg())
+    // If we are composing subreg, bail out.
+    // Same remark as getNextSourceFromRegSequence.
+    // I.e., this may be turned into an assert.
+    return ValueTrackerResult();
+
+  if (!TII)
+    // We could handle the REG_SEQUENCE here, but we do not want to
+    // duplicate the code from the generic TII.
+    return ValueTrackerResult();
+
+  TargetInstrInfo::RegSubRegPair BaseReg;
+  TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx InsertedReg;
+  if (!TII->getInsertSubregInputs(*Def, DefIdx, BaseReg, InsertedReg))
+    return ValueTrackerResult();
+
+  // We are looking at:
+  // Def = INSERT_SUBREG v0, v1, sub1
+  // There are two cases:
+  // 1. DefSubReg == sub1, get v1.
+  // 2. DefSubReg != sub1, the value may be available through v0.
+
+  // #1 Check if the inserted register matches the required sub index.
+  if (InsertedReg.SubIdx == DefSubReg) {
+    return ValueTrackerResult(InsertedReg.Reg, InsertedReg.SubReg);
+  }
+  // #2 Otherwise, if the sub register we are looking for is not partial
+  // defined by the inserted element, we can look through the main
+  // register (v0).
+  const MachineOperand &MODef = Def->getOperand(DefIdx);
+  // If the result register (Def) and the base register (v0) do not
+  // have the same register class or if we have to compose
+  // subregisters, bail out.
+  if (MRI.getRegClass(MODef.getReg()) != MRI.getRegClass(BaseReg.Reg) ||
+      BaseReg.SubReg)
+    return ValueTrackerResult();
+
+  // Get the TRI and check if the inserted sub-register overlaps with the
+  // sub-register we are tracking.
+  const TargetRegisterInfo *TRI = MRI.getTargetRegisterInfo();
+  if (!TRI ||
+      (TRI->getSubRegIndexLaneMask(DefSubReg) &
+       TRI->getSubRegIndexLaneMask(InsertedReg.SubIdx)) != 0)
+    return ValueTrackerResult();
+  // At this point, the value is available in v0 via the same subreg
+  // we used for Def.
+  return ValueTrackerResult(BaseReg.Reg, DefSubReg);
+}
+
+ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromExtractSubreg() {
+  assert((Def->isExtractSubreg() ||
+          Def->isExtractSubregLike()) && "Invalid definition");
+  // We are looking at:
+  // Def = EXTRACT_SUBREG v0, sub0
+
+  // Bail if we have to compose sub registers.
+  // Indeed, if DefSubReg != 0, we would have to compose it with sub0.
+  if (DefSubReg)
+    return ValueTrackerResult();
+
+  if (!TII)
+    // We could handle the EXTRACT_SUBREG here, but we do not want to
+    // duplicate the code from the generic TII.
+    return ValueTrackerResult();
+
+  TargetInstrInfo::RegSubRegPairAndIdx ExtractSubregInputReg;
+  if (!TII->getExtractSubregInputs(*Def, DefIdx, ExtractSubregInputReg))
+    return ValueTrackerResult();
+
+  // Bail if we have to compose sub registers.
+  // Likewise, if v0.subreg != 0, we would have to compose v0.subreg with sub0.
+  if (ExtractSubregInputReg.SubReg)
+    return ValueTrackerResult();
+  // Otherwise, the value is available in the v0.sub0.
+  return ValueTrackerResult(ExtractSubregInputReg.Reg,
+                            ExtractSubregInputReg.SubIdx);
+}
+
+ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromSubregToReg() {
+  assert(Def->isSubregToReg() && "Invalid definition");
+  // We are looking at:
+  // Def = SUBREG_TO_REG Imm, v0, sub0
+
+  // Bail if we have to compose sub registers.
+  // If DefSubReg != sub0, we would have to check that all the bits
+  // we track are included in sub0 and if yes, we would have to
+  // determine the right subreg in v0.
+  if (DefSubReg != Def->getOperand(3).getImm())
+    return ValueTrackerResult();
+  // Bail if we have to compose sub registers.
+  // Likewise, if v0.subreg != 0, we would have to compose it with sub0.
+  if (Def->getOperand(2).getSubReg())
+    return ValueTrackerResult();
+
+  return ValueTrackerResult(Def->getOperand(2).getReg(),
+                            Def->getOperand(3).getImm());
+}
+
+/// \brief Explore each PHI incoming operand and return its sources
+ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceFromPHI() {
+  assert(Def->isPHI() && "Invalid definition");
+  ValueTrackerResult Res;
+
+  // If we look for a different subreg, bail as we do not support composing
+  // subregs yet.
+  if (Def->getOperand(0).getSubReg() != DefSubReg)
+    return ValueTrackerResult();
+
+  // Return all register sources for PHI instructions.
+  for (unsigned i = 1, e = Def->getNumOperands(); i < e; i += 2) {
+    auto &MO = Def->getOperand(i);
+    assert(MO.isReg() && "Invalid PHI instruction");
+    Res.addSource(MO.getReg(), MO.getSubReg());
+  }
+
+  return Res;
+}
+
+ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSourceImpl() {
+  assert(Def && "This method needs a valid definition");
+
+  assert(
+      (DefIdx < Def->getDesc().getNumDefs() || Def->getDesc().isVariadic()) &&
+      Def->getOperand(DefIdx).isDef() && "Invalid DefIdx");
+  if (Def->isCopy())
+    return getNextSourceFromCopy();
+  if (Def->isBitcast())
+    return getNextSourceFromBitcast();
+  // All the remaining cases involve "complex" instructions.
+  // Bail if we did not ask for the advanced tracking.
+  if (!UseAdvancedTracking)
+    return ValueTrackerResult();
+  if (Def->isRegSequence() || Def->isRegSequenceLike())
+    return getNextSourceFromRegSequence();
+  if (Def->isInsertSubreg() || Def->isInsertSubregLike())
+    return getNextSourceFromInsertSubreg();
+  if (Def->isExtractSubreg() || Def->isExtractSubregLike())
+    return getNextSourceFromExtractSubreg();
+  if (Def->isSubregToReg())
+    return getNextSourceFromSubregToReg();
+  if (Def->isPHI())
+    return getNextSourceFromPHI();
+  return ValueTrackerResult();
+}
+
+ValueTrackerResult ValueTracker::getNextSource() {
+  // If we reach a point where we cannot move up in the use-def chain,
+  // there is nothing we can get.
+  if (!Def)
+    return ValueTrackerResult();
+
+  ValueTrackerResult Res = getNextSourceImpl();
+  if (Res.isValid()) {
+    // Update definition, definition index, and subregister for the
+    // next call of getNextSource.
+    // Update the current register.
+    bool OneRegSrc = Res.getNumSources() == 1;
+    if (OneRegSrc)
+      Reg = Res.getSrcReg(0);
+    // Update the result before moving up in the use-def chain
+    // with the instruction containing the last found sources.
+    Res.setInst(Def);
+
+    // If we can still move up in the use-def chain, move to the next
+    // definition.
+    if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) && OneRegSrc) {
+      Def = MRI.getVRegDef(Reg);
+      DefIdx = MRI.def_begin(Reg).getOperandNo();
+      DefSubReg = Res.getSrcSubReg(0);
+      return Res;
+    }
+  }
+  // If we end up here, this means we will not be able to find another source
+  // for the next iteration. Make sure any new call to getNextSource bails out
+  // early by cutting the use-def chain.
+  Def = nullptr;
+  return Res;
+}