IndVarSimplify: Address review comments for r217102
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / IndVarSimplify.cpp
index c525154438b8c5cc953fc9743ba4f09229e48d69..27e5ec8cf40955fd9d7ffffd74f50018ed38e5e5 100644 (file)
 // computations derived from them) into simpler forms suitable for subsequent
 // analysis and transformation.
 //
-// Additionally, unless -disable-iv-rewrite is on, this transformation makes the
-// following changes to each loop with an identifiable induction variable:
-//   1. All loops are transformed to have a SINGLE canonical induction variable
-//      which starts at zero and steps by one.
-//   2. The canonical induction variable is guaranteed to be the first PHI node
-//      in the loop header block.
-//   3. The canonical induction variable is guaranteed to be in a wide enough
-//      type so that IV expressions need not be (directly) zero-extended or
-//      sign-extended.
-//   4. Any pointer arithmetic recurrences are raised to use array subscripts.
-//
 // If the trip count of a loop is computable, this pass also makes the following
 // changes:
 //   1. The exit condition for the loop is canonicalized to compare the
 //      purpose of the loop is to compute the exit value of some derived
 //      expression, this transformation will make the loop dead.
 //
-// This transformation should be followed by strength reduction after all of the
-// desired loop transformations have been performed.
-//
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#define DEBUG_TYPE "indvars"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
-#include "llvm/BasicBlock.h"
-#include "llvm/Constants.h"
-#include "llvm/Instructions.h"
-#include "llvm/IntrinsicInst.h"
-#include "llvm/LLVMContext.h"
-#include "llvm/Type.h"
-#include "llvm/Analysis/Dominators.h"
-#include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
-#include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
+#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
+#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
-#include "llvm/Support/CFG.h"
+#include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
+#include "llvm/IR/BasicBlock.h"
+#include "llvm/IR/CFG.h"
+#include "llvm/IR/Constants.h"
+#include "llvm/IR/DataLayout.h"
+#include "llvm/IR/Dominators.h"
+#include "llvm/IR/Instructions.h"
+#include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
+#include "llvm/IR/LLVMContext.h"
+#include "llvm/IR/Type.h"
 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
-#include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
+#include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/SimplifyIndVar.h"
-#include "llvm/Target/TargetData.h"
-#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
-#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
-#include "llvm/ADT/Statistic.h"
 using namespace llvm;
 
-STATISTIC(NumRemoved     , "Number of aux indvars removed");
+#define DEBUG_TYPE "indvars"
+
 STATISTIC(NumWidened     , "Number of indvars widened");
-STATISTIC(NumInserted    , "Number of canonical indvars added");
 STATISTIC(NumReplaced    , "Number of exit values replaced");
 STATISTIC(NumLFTR        , "Number of loop exit tests replaced");
 STATISTIC(NumElimExt     , "Number of IV sign/zero extends eliminated");
 STATISTIC(NumElimIV      , "Number of congruent IVs eliminated");
 
-namespace llvm {
-  cl::opt<bool> DisableIVRewrite(
-    "disable-iv-rewrite", cl::Hidden,
-    cl::desc("Disable canonical induction variable rewriting"));
-
-  // Trip count verification can be enabled by default under NDEBUG if we
-  // implement a strong expression equivalence checker in SCEV. Until then, we
-  // use the verify-indvars flag, which may assert in some cases.
-  cl::opt<bool> VerifyIndvars(
-    "verify-indvars", cl::Hidden,
-    cl::desc("Verify the ScalarEvolution result after running indvars"));
-}
+// Trip count verification can be enabled by default under NDEBUG if we
+// implement a strong expression equivalence checker in SCEV. Until then, we
+// use the verify-indvars flag, which may assert in some cases.
+static cl::opt<bool> VerifyIndvars(
+  "verify-indvars", cl::Hidden,
+  cl::desc("Verify the ScalarEvolution result after running indvars"));
 
-// Temporary flag for use with -disable-iv-rewrite to force a canonical IV for
-// LFTR purposes.
-static cl::opt<bool> ForceLFTR(
-  "force-lftr", cl::Hidden,
-  cl::desc("Enable forced linear function test replacement"));
+static cl::opt<bool> ReduceLiveIVs("liv-reduce", cl::Hidden,
+  cl::desc("Reduce live induction variables."));
 
 namespace {
   class IndVarSimplify : public LoopPass {
-    IVUsers         *IU;
     LoopInfo        *LI;
     ScalarEvolution *SE;
     DominatorTree   *DT;
-    TargetData      *TD;
+    const DataLayout *DL;
+    TargetLibraryInfo *TLI;
 
     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
     bool Changed;
   public:
 
     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
-    IndVarSimplify() : LoopPass(ID), IU(0), LI(0), SE(0), DT(0), TD(0),
-                       Changed(false) {
+    IndVarSimplify() : LoopPass(ID), LI(nullptr), SE(nullptr), DT(nullptr),
+                       DL(nullptr), Changed(false) {
       initializeIndVarSimplifyPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
     }
 
-    virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
+    bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) override;
 
-    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
-      AU.addRequired<DominatorTree>();
+    void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
+      AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
       AU.addRequired<LoopInfo>();
       AU.addRequired<ScalarEvolution>();
       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
       AU.addRequiredID(LCSSAID);
-      if (!DisableIVRewrite)
-        AU.addRequired<IVUsers>();
       AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
       AU.addPreservedID(LCSSAID);
-      if (!DisableIVRewrite)
-        AU.addPreserved<IVUsers>();
       AU.setPreservesCFG();
     }
 
   private:
-    virtual void releaseMemory() {
+    void releaseMemory() override {
       DeadInsts.clear();
     }
 
@@ -139,12 +111,8 @@ namespace {
 
     void SimplifyAndExtend(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter, LPPassManager &LPM);
 
-    void SimplifyCongruentIVs(Loop *L);
-
     void RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter);
 
-    void RewriteIVExpressions(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter);
-
     Value *LinearFunctionTestReplace(Loop *L, const SCEV *BackedgeTakenCount,
                                      PHINode *IndVar, SCEVExpander &Rewriter);
 
@@ -155,12 +123,11 @@ namespace {
 char IndVarSimplify::ID = 0;
 INITIALIZE_PASS_BEGIN(IndVarSimplify, "indvars",
                 "Induction Variable Simplification", false, false)
-INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LCSSA)
-INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(IVUsers)
 INITIALIZE_PASS_END(IndVarSimplify, "indvars",
                 "Induction Variable Simplification", false, false)
 
@@ -202,6 +169,11 @@ bool IndVarSimplify::isValidRewrite(Value *FromVal, Value *ToVal) {
     // base of a recurrence. This handles the case in which SCEV expansion
     // converts a pointer type recurrence into a nonrecurrent pointer base
     // indexed by an integer recurrence.
+
+    // If the GEP base pointer is a vector of pointers, abort.
+    if (!FromPtr->getType()->isPointerTy() || !ToPtr->getType()->isPointerTy())
+      return false;
+
     const SCEV *FromBase = SE->getPointerBase(SE->getSCEV(FromPtr));
     const SCEV *ToBase = SE->getPointerBase(SE->getSCEV(ToPtr));
     if (FromBase == ToBase)
@@ -225,7 +197,7 @@ static Instruction *getInsertPointForUses(Instruction *User, Value *Def,
   if (!PHI)
     return User;
 
-  Instruction *InsertPt = 0;
+  Instruction *InsertPt = nullptr;
   for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
     if (PHI->getIncomingValue(i) != Def)
       continue;
@@ -252,8 +224,6 @@ static Instruction *getInsertPointForUses(Instruction *User, Value *Def,
 /// ConvertToSInt - Convert APF to an integer, if possible.
 static bool ConvertToSInt(const APFloat &APF, int64_t &IntVal) {
   bool isExact = false;
-  if (&APF.getSemantics() == &APFloat::PPCDoubleDouble)
-    return false;
   // See if we can convert this to an int64_t
   uint64_t UIntVal;
   if (APF.convertToInteger(&UIntVal, 64, true, APFloat::rmTowardZero,
@@ -288,34 +258,34 @@ void IndVarSimplify::HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PN) {
   // an add or increment value can not be represented by an integer.
   BinaryOperator *Incr =
     dyn_cast<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(BackEdge));
-  if (Incr == 0 || Incr->getOpcode() != Instruction::FAdd) return;
+  if (Incr == nullptr || Incr->getOpcode() != Instruction::FAdd) return;
 
   // If this is not an add of the PHI with a constantfp, or if the constant fp
   // is not an integer, bail out.
   ConstantFP *IncValueVal = dyn_cast<ConstantFP>(Incr->getOperand(1));
   int64_t IncValue;
-  if (IncValueVal == 0 || Incr->getOperand(0) != PN ||
+  if (IncValueVal == nullptr || Incr->getOperand(0) != PN ||
       !ConvertToSInt(IncValueVal->getValueAPF(), IncValue))
     return;
 
   // Check Incr uses. One user is PN and the other user is an exit condition
   // used by the conditional terminator.
-  Value::use_iterator IncrUse = Incr->use_begin();
+  Value::user_iterator IncrUse = Incr->user_begin();
   Instruction *U1 = cast<Instruction>(*IncrUse++);
-  if (IncrUse == Incr->use_end()) return;
+  if (IncrUse == Incr->user_end()) return;
   Instruction *U2 = cast<Instruction>(*IncrUse++);
-  if (IncrUse != Incr->use_end()) return;
+  if (IncrUse != Incr->user_end()) return;
 
   // Find exit condition, which is an fcmp.  If it doesn't exist, or if it isn't
   // only used by a branch, we can't transform it.
   FCmpInst *Compare = dyn_cast<FCmpInst>(U1);
   if (!Compare)
     Compare = dyn_cast<FCmpInst>(U2);
-  if (Compare == 0 || !Compare->hasOneUse() ||
-      !isa<BranchInst>(Compare->use_back()))
+  if (!Compare || !Compare->hasOneUse() ||
+      !isa<BranchInst>(Compare->user_back()))
     return;
 
-  BranchInst *TheBr = cast<BranchInst>(Compare->use_back());
+  BranchInst *TheBr = cast<BranchInst>(Compare->user_back());
 
   // We need to verify that the branch actually controls the iteration count
   // of the loop.  If not, the new IV can overflow and no one will notice.
@@ -332,7 +302,7 @@ void IndVarSimplify::HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PN) {
   // transform it.
   ConstantFP *ExitValueVal = dyn_cast<ConstantFP>(Compare->getOperand(1));
   int64_t ExitValue;
-  if (ExitValueVal == 0 ||
+  if (ExitValueVal == nullptr ||
       !ConvertToSInt(ExitValueVal->getValueAPF(), ExitValue))
     return;
 
@@ -371,14 +341,14 @@ void IndVarSimplify::HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PN) {
   // Positive and negative strides have different safety conditions.
   if (IncValue > 0) {
     // If we have a positive stride, we require the init to be less than the
-    // exit value and an equality or less than comparison.
-    if (InitValue >= ExitValue ||
-        NewPred == CmpInst::ICMP_SGT || NewPred == CmpInst::ICMP_SGE)
+    // exit value.
+    if (InitValue >= ExitValue)
       return;
 
     uint32_t Range = uint32_t(ExitValue-InitValue);
-    if (NewPred == CmpInst::ICMP_SLE) {
-      // Normalize SLE -> SLT, check for infinite loop.
+    // Check for infinite loop, either:
+    // while (i <= Exit) or until (i > Exit)
+    if (NewPred == CmpInst::ICMP_SLE || NewPred == CmpInst::ICMP_SGT) {
       if (++Range == 0) return;  // Range overflows.
     }
 
@@ -398,14 +368,14 @@ void IndVarSimplify::HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PN) {
 
   } else {
     // If we have a negative stride, we require the init to be greater than the
-    // exit value and an equality or greater than comparison.
-    if (InitValue >= ExitValue ||
-        NewPred == CmpInst::ICMP_SLT || NewPred == CmpInst::ICMP_SLE)
+    // exit value.
+    if (InitValue <= ExitValue)
       return;
 
     uint32_t Range = uint32_t(InitValue-ExitValue);
-    if (NewPred == CmpInst::ICMP_SGE) {
-      // Normalize SGE -> SGT, check for infinite loop.
+    // Check for infinite loop, either:
+    // while (i >= Exit) or until (i < Exit)
+    if (NewPred == CmpInst::ICMP_SGE || NewPred == CmpInst::ICMP_SLT) {
       if (++Range == 0) return;  // Range overflows.
     }
 
@@ -448,11 +418,11 @@ void IndVarSimplify::HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PN) {
   // new comparison.
   NewCompare->takeName(Compare);
   Compare->replaceAllUsesWith(NewCompare);
-  RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Compare);
+  RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Compare, TLI);
 
   // Delete the old floating point increment.
   Incr->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Incr->getType()));
-  RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Incr);
+  RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Incr, TLI);
 
   // If the FP induction variable still has uses, this is because something else
   // in the loop uses its value.  In order to canonicalize the induction
@@ -465,13 +435,8 @@ void IndVarSimplify::HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PN) {
     Value *Conv = new SIToFPInst(NewPHI, PN->getType(), "indvar.conv",
                                  PN->getParent()->getFirstInsertionPt());
     PN->replaceAllUsesWith(Conv);
-    RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(PN);
+    RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(PN, TLI);
   }
-
-  // Add a new IVUsers entry for the newly-created integer PHI.
-  if (IU)
-    IU->AddUsersIfInteresting(NewPHI);
-
   Changed = true;
 }
 
@@ -533,6 +498,21 @@ void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
 
     unsigned NumPreds = PN->getNumIncomingValues();
 
+    // We would like to be able to RAUW single-incoming value PHI nodes. We
+    // have to be certain this is safe even when this is an LCSSA PHI node.
+    // While the computed exit value is no longer varying in *this* loop, the
+    // exit block may be an exit block for an outer containing loop as well,
+    // the exit value may be varying in the outer loop, and thus it may still
+    // require an LCSSA PHI node. The safe case is when this is
+    // single-predecessor PHI node (LCSSA) and the exit block containing it is
+    // part of the enclosing loop, or this is the outer most loop of the nest.
+    // In either case the exit value could (at most) be varying in the same
+    // loop body as the phi node itself. Thus if it is in turn used outside of
+    // an enclosing loop it will only be via a separate LCSSA node.
+    bool LCSSASafePhiForRAUW =
+        NumPreds == 1 &&
+        (!L->getParentLoop() || L->getParentLoop() == LI->getLoopFor(ExitBB));
+
     // Iterate over all of the PHI nodes.
     BasicBlock::iterator BBI = ExitBB->begin();
     while ((PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++))) {
@@ -571,9 +551,49 @@ void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
         // and varies predictably *inside* the loop.  Evaluate the value it
         // contains when the loop exits, if possible.
         const SCEV *ExitValue = SE->getSCEVAtScope(Inst, L->getParentLoop());
-        if (!SE->isLoopInvariant(ExitValue, L))
+        if (!SE->isLoopInvariant(ExitValue, L) ||
+            !isSafeToExpand(ExitValue, *SE))
           continue;
 
+        // Computing the value outside of the loop brings no benefit if :
+        //  - it is definitely used inside the loop in a way which can not be
+        //    optimized away.
+        //  - no use outside of the loop can take advantage of hoisting the
+        //    computation out of the loop
+        if (ExitValue->getSCEVType()>=scMulExpr) {
+          unsigned NumHardInternalUses = 0;
+          unsigned NumSoftExternalUses = 0;
+          unsigned NumUses = 0;
+          for (auto IB = Inst->user_begin(), IE = Inst->user_end();
+               IB != IE && NumUses <= 6; ++IB) {
+            Instruction *UseInstr = cast<Instruction>(*IB);
+            unsigned Opc = UseInstr->getOpcode();
+            NumUses++;
+            if (L->contains(UseInstr)) {
+              if (Opc == Instruction::Call || Opc == Instruction::Ret)
+                NumHardInternalUses++;
+            } else {
+              if (Opc == Instruction::PHI) {
+                // Do not count the Phi as a use. LCSSA may have inserted
+                // plenty of trivial ones.
+                NumUses--;
+                for (auto PB = UseInstr->user_begin(),
+                          PE = UseInstr->user_end();
+                     PB != PE && NumUses <= 6; ++PB, ++NumUses) {
+                  unsigned PhiOpc = cast<Instruction>(*PB)->getOpcode();
+                  if (PhiOpc != Instruction::Call && PhiOpc != Instruction::Ret)
+                    NumSoftExternalUses++;
+                }
+                continue;
+              }
+              if (Opc != Instruction::Call && Opc != Instruction::Ret)
+                NumSoftExternalUses++;
+            }
+          }
+          if (NumUses <= 6 && NumHardInternalUses && !NumSoftExternalUses)
+            continue;
+        }
+
         Value *ExitVal = Rewriter.expandCodeFor(ExitValue, PN->getType(), Inst);
 
         DEBUG(dbgs() << "INDVARS: RLEV: AfterLoopVal = " << *ExitVal << '\n'
@@ -588,20 +608,23 @@ void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
 
         PN->setIncomingValue(i, ExitVal);
 
-        // If this instruction is dead now, delete it.
-        RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
+        // If this instruction is dead now, delete it. Don't do it now to avoid
+        // invalidating iterators.
+        if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI))
+          DeadInsts.push_back(Inst);
 
-        if (NumPreds == 1) {
-          // Completely replace a single-pred PHI. This is safe, because the
-          // NewVal won't be variant in the loop, so we don't need an LCSSA phi
-          // node anymore.
+        // If we determined that this PHI is safe to replace even if an LCSSA
+        // PHI, do so.
+        if (LCSSASafePhiForRAUW) {
           PN->replaceAllUsesWith(ExitVal);
-          RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(PN);
+          PN->eraseFromParent();
         }
       }
-      if (NumPreds != 1) {
-        // Clone the PHI and delete the original one. This lets IVUsers and
-        // any other maps purge the original user from their records.
+
+      // If we were unable to completely replace the PHI node, clone the PHI
+      // and delete the original one. This lets IVUsers and any other maps
+      // purge the original user from their records.
+      if (!LCSSASafePhiForRAUW) {
         PHINode *NewPN = cast<PHINode>(PN->clone());
         NewPN->takeName(PN);
         NewPN->insertBefore(PN);
@@ -616,124 +639,6 @@ void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
   Rewriter.clearInsertPoint();
 }
 
-//===----------------------------------------------------------------------===//
-//  Rewrite IV users based on a canonical IV.
-//  To be replaced by -disable-iv-rewrite.
-//===----------------------------------------------------------------------===//
-
-/// FIXME: It is an extremely bad idea to indvar substitute anything more
-/// complex than affine induction variables.  Doing so will put expensive
-/// polynomial evaluations inside of the loop, and the str reduction pass
-/// currently can only reduce affine polynomials.  For now just disable
-/// indvar subst on anything more complex than an affine addrec, unless
-/// it can be expanded to a trivial value.
-static bool isSafe(const SCEV *S, const Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
-  // Loop-invariant values are safe.
-  if (SE->isLoopInvariant(S, L)) return true;
-
-  // Affine addrecs are safe. Non-affine are not, because LSR doesn't know how
-  // to transform them into efficient code.
-  if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S))
-    return AR->isAffine();
-
-  // An add is safe it all its operands are safe.
-  if (const SCEVCommutativeExpr *Commutative
-      = dyn_cast<SCEVCommutativeExpr>(S)) {
-    for (SCEVCommutativeExpr::op_iterator I = Commutative->op_begin(),
-         E = Commutative->op_end(); I != E; ++I)
-      if (!isSafe(*I, L, SE)) return false;
-    return true;
-  }
-
-  // A cast is safe if its operand is.
-  if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
-    return isSafe(C->getOperand(), L, SE);
-
-  // A udiv is safe if its operands are.
-  if (const SCEVUDivExpr *UD = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S))
-    return isSafe(UD->getLHS(), L, SE) &&
-           isSafe(UD->getRHS(), L, SE);
-
-  // SCEVUnknown is always safe.
-  if (isa<SCEVUnknown>(S))
-    return true;
-
-  // Nothing else is safe.
-  return false;
-}
-
-void IndVarSimplify::RewriteIVExpressions(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
-  // Rewrite all induction variable expressions in terms of the canonical
-  // induction variable.
-  //
-  // If there were induction variables of other sizes or offsets, manually
-  // add the offsets to the primary induction variable and cast, avoiding
-  // the need for the code evaluation methods to insert induction variables
-  // of different sizes.
-  for (IVUsers::iterator UI = IU->begin(), E = IU->end(); UI != E; ++UI) {
-    Value *Op = UI->getOperandValToReplace();
-    Type *UseTy = Op->getType();
-    Instruction *User = UI->getUser();
-
-    // Compute the final addrec to expand into code.
-    const SCEV *AR = IU->getReplacementExpr(*UI);
-
-    // Evaluate the expression out of the loop, if possible.
-    if (!L->contains(UI->getUser())) {
-      const SCEV *ExitVal = SE->getSCEVAtScope(AR, L->getParentLoop());
-      if (SE->isLoopInvariant(ExitVal, L))
-        AR = ExitVal;
-    }
-
-    // FIXME: It is an extremely bad idea to indvar substitute anything more
-    // complex than affine induction variables.  Doing so will put expensive
-    // polynomial evaluations inside of the loop, and the str reduction pass
-    // currently can only reduce affine polynomials.  For now just disable
-    // indvar subst on anything more complex than an affine addrec, unless
-    // it can be expanded to a trivial value.
-    if (!isSafe(AR, L, SE))
-      continue;
-
-    // Determine the insertion point for this user. By default, insert
-    // immediately before the user. The SCEVExpander class will automatically
-    // hoist loop invariants out of the loop. For PHI nodes, there may be
-    // multiple uses, so compute the nearest common dominator for the
-    // incoming blocks.
-    Instruction *InsertPt = getInsertPointForUses(User, Op, DT);
-
-    // Now expand it into actual Instructions and patch it into place.
-    Value *NewVal = Rewriter.expandCodeFor(AR, UseTy, InsertPt);
-
-    DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Rewrote IV '" << *AR << "' " << *Op << '\n'
-                 << "   into = " << *NewVal << "\n");
-
-    if (!isValidRewrite(Op, NewVal)) {
-      DeadInsts.push_back(NewVal);
-      continue;
-    }
-    // Inform ScalarEvolution that this value is changing. The change doesn't
-    // affect its value, but it does potentially affect which use lists the
-    // value will be on after the replacement, which affects ScalarEvolution's
-    // ability to walk use lists and drop dangling pointers when a value is
-    // deleted.
-    SE->forgetValue(User);
-
-    // Patch the new value into place.
-    if (Op->hasName())
-      NewVal->takeName(Op);
-    if (Instruction *NewValI = dyn_cast<Instruction>(NewVal))
-      NewValI->setDebugLoc(User->getDebugLoc());
-    User->replaceUsesOfWith(Op, NewVal);
-    UI->setOperandValToReplace(NewVal);
-
-    ++NumRemoved;
-    Changed = true;
-
-    // The old value may be dead now.
-    DeadInsts.push_back(Op);
-  }
-}
-
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //  IV Widening - Extend the width of an IV to cover its widest uses.
 //===----------------------------------------------------------------------===//
@@ -743,38 +648,27 @@ namespace {
   // extend operations. This information is recorded by CollectExtend and
   // provides the input to WidenIV.
   struct WideIVInfo {
+    PHINode *NarrowIV;
     Type *WidestNativeType; // Widest integer type created [sz]ext
     bool IsSigned;          // Was an sext user seen before a zext?
 
-    WideIVInfo() : WidestNativeType(0), IsSigned(false) {}
-  };
-
-  class WideIVVisitor : public IVVisitor {
-    ScalarEvolution *SE;
-    const TargetData *TD;
-
-  public:
-    WideIVInfo WI;
-
-    WideIVVisitor(ScalarEvolution *SCEV, const TargetData *TData) :
-      SE(SCEV), TD(TData) {}
-
-    // Implement the interface used by simplifyUsersOfIV.
-    virtual void visitCast(CastInst *Cast);
+    WideIVInfo() : NarrowIV(nullptr), WidestNativeType(nullptr),
+                   IsSigned(false) {}
   };
 }
 
 /// visitCast - Update information about the induction variable that is
 /// extended by this sign or zero extend operation. This is used to determine
 /// the final width of the IV before actually widening it.
-void WideIVVisitor::visitCast(CastInst *Cast) {
+static void visitIVCast(CastInst *Cast, WideIVInfo &WI, ScalarEvolution *SE,
+                        const DataLayout *DL) {
   bool IsSigned = Cast->getOpcode() == Instruction::SExt;
   if (!IsSigned && Cast->getOpcode() != Instruction::ZExt)
     return;
 
   Type *Ty = Cast->getType();
   uint64_t Width = SE->getTypeSizeInBits(Ty);
-  if (TD && !TD->isLegalInteger(Width))
+  if (DL && !DL->isLegalInteger(Width))
     return;
 
   if (!WI.WidestNativeType) {
@@ -801,7 +695,7 @@ struct NarrowIVDefUse {
   Instruction *NarrowUse;
   Instruction *WideDef;
 
-  NarrowIVDefUse(): NarrowDef(0), NarrowUse(0), WideDef(0) {}
+  NarrowIVDefUse(): NarrowDef(nullptr), NarrowUse(nullptr), WideDef(nullptr) {}
 
   NarrowIVDefUse(Instruction *ND, Instruction *NU, Instruction *WD):
     NarrowDef(ND), NarrowUse(NU), WideDef(WD) {}
@@ -834,19 +728,19 @@ class WidenIV {
   SmallVector<NarrowIVDefUse, 8> NarrowIVUsers;
 
 public:
-  WidenIV(PHINode *PN, const WideIVInfo &WI, LoopInfo *LInfo,
+  WidenIV(const WideIVInfo &WI, LoopInfo *LInfo,
           ScalarEvolution *SEv, DominatorTree *DTree,
           SmallVectorImpl<WeakVH> &DI) :
-    OrigPhi(PN),
+    OrigPhi(WI.NarrowIV),
     WideType(WI.WidestNativeType),
     IsSigned(WI.IsSigned),
     LI(LInfo),
     L(LI->getLoopFor(OrigPhi->getParent())),
     SE(SEv),
     DT(DTree),
-    WidePhi(0),
-    WideInc(0),
-    WideIncExpr(0),
+    WidePhi(nullptr),
+    WideInc(nullptr),
+    WideIncExpr(nullptr),
     DeadInsts(DI) {
     assert(L->getHeader() == OrigPhi->getParent() && "Phi must be an IV");
   }
@@ -854,18 +748,45 @@ public:
   PHINode *CreateWideIV(SCEVExpander &Rewriter);
 
 protected:
+  Value *getExtend(Value *NarrowOper, Type *WideType, bool IsSigned,
+                   Instruction *Use);
+
   Instruction *CloneIVUser(NarrowIVDefUse DU);
 
   const SCEVAddRecExpr *GetWideRecurrence(Instruction *NarrowUse);
 
-  Instruction *WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU);
+  const SCEVAddRecExpr* GetExtendedOperandRecurrence(NarrowIVDefUse DU);
+
+  const SCEV *GetSCEVByOpCode(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
+                              unsigned OpCode) const;
+
+  Instruction *WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU, SCEVExpander &Rewriter);
 
   void pushNarrowIVUsers(Instruction *NarrowDef, Instruction *WideDef);
 };
 } // anonymous namespace
 
-static Value *getExtend( Value *NarrowOper, Type *WideType,
-                               bool IsSigned, IRBuilder<> &Builder) {
+/// isLoopInvariant - Perform a quick domtree based check for loop invariance
+/// assuming that V is used within the loop. LoopInfo::isLoopInvariant() seems
+/// gratuitous for this purpose.
+static bool isLoopInvariant(Value *V, const Loop *L, const DominatorTree *DT) {
+  Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
+  if (!Inst)
+    return true;
+
+  return DT->properlyDominates(Inst->getParent(), L->getHeader());
+}
+
+Value *WidenIV::getExtend(Value *NarrowOper, Type *WideType, bool IsSigned,
+                          Instruction *Use) {
+  // Set the debug location and conservative insertion point.
+  IRBuilder<> Builder(Use);
+  // Hoist the insertion point into loop preheaders as far as possible.
+  for (const Loop *L = LI->getLoopFor(Use->getParent());
+       L && L->getLoopPreheader() && isLoopInvariant(NarrowOper, L, DT);
+       L = L->getParentLoop())
+    Builder.SetInsertPoint(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
+
   return IsSigned ? Builder.CreateSExt(NarrowOper, WideType) :
                     Builder.CreateZExt(NarrowOper, WideType);
 }
@@ -877,7 +798,7 @@ Instruction *WidenIV::CloneIVUser(NarrowIVDefUse DU) {
   unsigned Opcode = DU.NarrowUse->getOpcode();
   switch (Opcode) {
   default:
-    return 0;
+    return nullptr;
   case Instruction::Add:
   case Instruction::Mul:
   case Instruction::UDiv:
@@ -890,22 +811,21 @@ Instruction *WidenIV::CloneIVUser(NarrowIVDefUse DU) {
   case Instruction::AShr:
     DEBUG(dbgs() << "Cloning IVUser: " << *DU.NarrowUse << "\n");
 
-    IRBuilder<> Builder(DU.NarrowUse);
-
     // Replace NarrowDef operands with WideDef. Otherwise, we don't know
     // anything about the narrow operand yet so must insert a [sz]ext. It is
     // probably loop invariant and will be folded or hoisted. If it actually
     // comes from a widened IV, it should be removed during a future call to
     // WidenIVUse.
     Value *LHS = (DU.NarrowUse->getOperand(0) == DU.NarrowDef) ? DU.WideDef :
-      getExtend(DU.NarrowUse->getOperand(0), WideType, IsSigned, Builder);
+      getExtend(DU.NarrowUse->getOperand(0), WideType, IsSigned, DU.NarrowUse);
     Value *RHS = (DU.NarrowUse->getOperand(1) == DU.NarrowDef) ? DU.WideDef :
-      getExtend(DU.NarrowUse->getOperand(1), WideType, IsSigned, Builder);
+      getExtend(DU.NarrowUse->getOperand(1), WideType, IsSigned, DU.NarrowUse);
 
     BinaryOperator *NarrowBO = cast<BinaryOperator>(DU.NarrowUse);
     BinaryOperator *WideBO = BinaryOperator::Create(NarrowBO->getOpcode(),
                                                     LHS, RHS,
                                                     NarrowBO->getName());
+    IRBuilder<> Builder(DU.NarrowUse);
     Builder.Insert(WideBO);
     if (const OverflowingBinaryOperator *OBO =
         dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(NarrowBO)) {
@@ -914,41 +834,60 @@ Instruction *WidenIV::CloneIVUser(NarrowIVDefUse DU) {
     }
     return WideBO;
   }
-  llvm_unreachable(0);
 }
 
-/// HoistStep - Attempt to hoist an IV increment above a potential use.
-///
-/// To successfully hoist, two criteria must be met:
-/// - IncV operands dominate InsertPos and
-/// - InsertPos dominates IncV
-///
-/// Meeting the second condition means that we don't need to check all of IncV's
-/// existing uses (it's moving up in the domtree).
-///
-/// This does not yet recursively hoist the operands, although that would
-/// not be difficult.
-static bool HoistStep(Instruction *IncV, Instruction *InsertPos,
-                      const DominatorTree *DT)
-{
-  if (DT->dominates(IncV, InsertPos))
-    return true;
-
-  if (!DT->dominates(InsertPos->getParent(), IncV->getParent()))
-    return false;
+const SCEV *WidenIV::GetSCEVByOpCode(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
+                                     unsigned OpCode) const {
+  if (OpCode == Instruction::Add)
+    return SE->getAddExpr(LHS, RHS);
+  if (OpCode == Instruction::Sub)
+    return SE->getMinusSCEV(LHS, RHS);
+  if (OpCode == Instruction::Mul)
+    return SE->getMulExpr(LHS, RHS);
 
-  if (IncV->mayHaveSideEffects())
-    return false;
+  llvm_unreachable("Unsupported opcode.");
+}
 
-  // Attempt to hoist IncV
-  for (User::op_iterator OI = IncV->op_begin(), OE = IncV->op_end();
-       OI != OE; ++OI) {
-    Instruction *OInst = dyn_cast<Instruction>(OI);
-    if (OInst && !DT->dominates(OInst, InsertPos))
-      return false;
-  }
-  IncV->moveBefore(InsertPos);
-  return true;
+/// No-wrap operations can transfer sign extension of their result to their
+/// operands. Generate the SCEV value for the widened operation without
+/// actually modifying the IR yet. If the expression after extending the
+/// operands is an AddRec for this loop, return it.
+const SCEVAddRecExpr* WidenIV::GetExtendedOperandRecurrence(NarrowIVDefUse DU) {
+
+  // Handle the common case of add<nsw/nuw>
+  const unsigned OpCode = DU.NarrowUse->getOpcode();
+  // Only Add/Sub/Mul instructions supported yet.
+  if (OpCode != Instruction::Add && OpCode != Instruction::Sub &&
+      OpCode != Instruction::Mul)
+    return nullptr;
+
+  // One operand (NarrowDef) has already been extended to WideDef. Now determine
+  // if extending the other will lead to a recurrence.
+  unsigned ExtendOperIdx = DU.NarrowUse->getOperand(0) == DU.NarrowDef ? 1 : 0;
+  assert(DU.NarrowUse->getOperand(1-ExtendOperIdx) == DU.NarrowDef && "bad DU");
+
+  const SCEV *ExtendOperExpr = nullptr;
+  const OverflowingBinaryOperator *OBO =
+    cast<OverflowingBinaryOperator>(DU.NarrowUse);
+  if (IsSigned && OBO->hasNoSignedWrap())
+    ExtendOperExpr = SE->getSignExtendExpr(
+      SE->getSCEV(DU.NarrowUse->getOperand(ExtendOperIdx)), WideType);
+  else if(!IsSigned && OBO->hasNoUnsignedWrap())
+    ExtendOperExpr = SE->getZeroExtendExpr(
+      SE->getSCEV(DU.NarrowUse->getOperand(ExtendOperIdx)), WideType);
+  else
+    return nullptr;
+
+  // When creating this SCEV expr, don't apply the current operations NSW or NUW
+  // flags. This instruction may be guarded by control flow that the no-wrap
+  // behavior depends on. Non-control-equivalent instructions can be mapped to
+  // the same SCEV expression, and it would be incorrect to transfer NSW/NUW
+  // semantics to those operations.
+  const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(
+      GetSCEVByOpCode(SE->getSCEV(DU.WideDef), ExtendOperExpr, OpCode));
+  if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
+    return nullptr;
+  return AddRec;
 }
 
 /// GetWideRecurrence - Is this instruction potentially interesting from
@@ -958,14 +897,14 @@ static bool HoistStep(Instruction *IncV, Instruction *InsertPos,
 /// recurrence. Otherwise return NULL.
 const SCEVAddRecExpr *WidenIV::GetWideRecurrence(Instruction *NarrowUse) {
   if (!SE->isSCEVable(NarrowUse->getType()))
-    return 0;
+    return nullptr;
 
   const SCEV *NarrowExpr = SE->getSCEV(NarrowUse);
   if (SE->getTypeSizeInBits(NarrowExpr->getType())
       >= SE->getTypeSizeInBits(WideType)) {
     // NarrowUse implicitly widens its operand. e.g. a gep with a narrow
     // index. So don't follow this use.
-    return 0;
+    return nullptr;
   }
 
   const SCEV *WideExpr = IsSigned ?
@@ -973,20 +912,47 @@ const SCEVAddRecExpr *WidenIV::GetWideRecurrence(Instruction *NarrowUse) {
     SE->getZeroExtendExpr(NarrowExpr, WideType);
   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(WideExpr);
   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
-    return 0;
-
+    return nullptr;
   return AddRec;
 }
 
+/// This IV user cannot be widen. Replace this use of the original narrow IV
+/// with a truncation of the new wide IV to isolate and eliminate the narrow IV.
+static void truncateIVUse(NarrowIVDefUse DU, DominatorTree *DT) {
+  DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Truncate IV " << *DU.WideDef
+        << " for user " << *DU.NarrowUse << "\n");
+  IRBuilder<> Builder(getInsertPointForUses(DU.NarrowUse, DU.NarrowDef, DT));
+  Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(DU.WideDef, DU.NarrowDef->getType());
+  DU.NarrowUse->replaceUsesOfWith(DU.NarrowDef, Trunc);
+}
+
 /// WidenIVUse - Determine whether an individual user of the narrow IV can be
 /// widened. If so, return the wide clone of the user.
-Instruction *WidenIV::WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU) {
+Instruction *WidenIV::WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU, SCEVExpander &Rewriter) {
 
   // Stop traversing the def-use chain at inner-loop phis or post-loop phis.
-  if (isa<PHINode>(DU.NarrowUse) &&
-      LI->getLoopFor(DU.NarrowUse->getParent()) != L)
-    return 0;
-
+  if (PHINode *UsePhi = dyn_cast<PHINode>(DU.NarrowUse)) {
+    if (LI->getLoopFor(UsePhi->getParent()) != L) {
+      // For LCSSA phis, sink the truncate outside the loop.
+      // After SimplifyCFG most loop exit targets have a single predecessor.
+      // Otherwise fall back to a truncate within the loop.
+      if (UsePhi->getNumOperands() != 1)
+        truncateIVUse(DU, DT);
+      else {
+        PHINode *WidePhi =
+          PHINode::Create(DU.WideDef->getType(), 1, UsePhi->getName() + ".wide",
+                          UsePhi);
+        WidePhi->addIncoming(DU.WideDef, UsePhi->getIncomingBlock(0));
+        IRBuilder<> Builder(WidePhi->getParent()->getFirstInsertionPt());
+        Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(WidePhi, DU.NarrowDef->getType());
+        UsePhi->replaceAllUsesWith(Trunc);
+        DeadInsts.push_back(UsePhi);
+        DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Widen lcssa phi " << *UsePhi
+              << " to " << *WidePhi << "\n");
+      }
+      return nullptr;
+    }
+  }
   // Our raison d'etre! Eliminate sign and zero extension.
   if (IsSigned ? isa<SExtInst>(DU.NarrowUse) : isa<ZExtInst>(DU.NarrowUse)) {
     Value *NewDef = DU.WideDef;
@@ -1022,19 +988,20 @@ Instruction *WidenIV::WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU) {
     // push the uses of WideDef here.
 
     // No further widening is needed. The deceased [sz]ext had done it for us.
-    return 0;
+    return nullptr;
   }
 
   // Does this user itself evaluate to a recurrence after widening?
   const SCEVAddRecExpr *WideAddRec = GetWideRecurrence(DU.NarrowUse);
+  if (!WideAddRec) {
+      WideAddRec = GetExtendedOperandRecurrence(DU);
+  }
   if (!WideAddRec) {
     // This user does not evaluate to a recurence after widening, so don't
     // follow it. Instead insert a Trunc to kill off the original use,
     // eventually isolating the original narrow IV so it can be removed.
-    IRBuilder<> Builder(getInsertPointForUses(DU.NarrowUse, DU.NarrowDef, DT));
-    Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(DU.WideDef, DU.NarrowDef->getType());
-    DU.NarrowUse->replaceUsesOfWith(DU.NarrowDef, Trunc);
-    return 0;
+    truncateIVUse(DU, DT);
+    return nullptr;
   }
   // Assume block terminators cannot evaluate to a recurrence. We can't to
   // insert a Trunc after a terminator if there happens to be a critical edge.
@@ -1043,14 +1010,14 @@ Instruction *WidenIV::WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU) {
 
   // Reuse the IV increment that SCEVExpander created as long as it dominates
   // NarrowUse.
-  Instruction *WideUse = 0;
-  if (WideAddRec == WideIncExpr && HoistStep(WideInc, DU.NarrowUse, DT)) {
+  Instruction *WideUse = nullptr;
+  if (WideAddRec == WideIncExpr
+      && Rewriter.hoistIVInc(WideInc, DU.NarrowUse))
     WideUse = WideInc;
-  }
   else {
     WideUse = CloneIVUser(DU);
     if (!WideUse)
-      return 0;
+      return nullptr;
   }
   // Evaluation of WideAddRec ensured that the narrow expression could be
   // extended outside the loop without overflow. This suggests that the wide use
@@ -1061,7 +1028,7 @@ Instruction *WidenIV::WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU) {
     DEBUG(dbgs() << "Wide use expression mismatch: " << *WideUse
           << ": " << *SE->getSCEV(WideUse) << " != " << *WideAddRec << "\n");
     DeadInsts.push_back(WideUse);
-    return 0;
+    return nullptr;
   }
 
   // Returning WideUse pushes it on the worklist.
@@ -1071,15 +1038,14 @@ Instruction *WidenIV::WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU) {
 /// pushNarrowIVUsers - Add eligible users of NarrowDef to NarrowIVUsers.
 ///
 void WidenIV::pushNarrowIVUsers(Instruction *NarrowDef, Instruction *WideDef) {
-  for (Value::use_iterator UI = NarrowDef->use_begin(),
-         UE = NarrowDef->use_end(); UI != UE; ++UI) {
-    Instruction *NarrowUse = cast<Instruction>(*UI);
+  for (User *U : NarrowDef->users()) {
+    Instruction *NarrowUser = cast<Instruction>(U);
 
     // Handle data flow merges and bizarre phi cycles.
-    if (!Widened.insert(NarrowUse))
+    if (!Widened.insert(NarrowUser))
       continue;
 
-    NarrowIVUsers.push_back(NarrowIVDefUse(NarrowDef, NarrowUse, WideDef));
+    NarrowIVUsers.push_back(NarrowIVDefUse(NarrowDef, NarrowUser, WideDef));
   }
 }
 
@@ -1097,7 +1063,7 @@ PHINode *WidenIV::CreateWideIV(SCEVExpander &Rewriter) {
   // Is this phi an induction variable?
   const SCEVAddRecExpr *AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(OrigPhi));
   if (!AddRec)
-    return NULL;
+    return nullptr;
 
   // Widen the induction variable expression.
   const SCEV *WideIVExpr = IsSigned ?
@@ -1110,7 +1076,7 @@ PHINode *WidenIV::CreateWideIV(SCEVExpander &Rewriter) {
   // Can the IV be extended outside the loop without overflow?
   AddRec = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(WideIVExpr);
   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
-    return NULL;
+    return nullptr;
 
   // An AddRec must have loop-invariant operands. Since this AddRec is
   // materialized by a loop header phi, the expression cannot have any post-loop
@@ -1150,7 +1116,7 @@ PHINode *WidenIV::CreateWideIV(SCEVExpander &Rewriter) {
 
     // Process a def-use edge. This may replace the use, so don't hold a
     // use_iterator across it.
-    Instruction *WideUse = WidenIVUse(DU);
+    Instruction *WideUse = WidenIVUse(DU, Rewriter);
 
     // Follow all def-use edges from the previous narrow use.
     if (WideUse)
@@ -1163,10 +1129,37 @@ PHINode *WidenIV::CreateWideIV(SCEVExpander &Rewriter) {
   return WidePhi;
 }
 
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//  Live IV Reduction - Minimize IVs live across the loop.
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+
+
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //  Simplification of IV users based on SCEV evaluation.
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+namespace {
+  class IndVarSimplifyVisitor : public IVVisitor {
+    ScalarEvolution *SE;
+    const DataLayout *DL;
+    PHINode *IVPhi;
+
+  public:
+    WideIVInfo WI;
+
+    IndVarSimplifyVisitor(PHINode *IV, ScalarEvolution *SCEV,
+                          const DataLayout *DL, const DominatorTree *DTree):
+      SE(SCEV), DL(DL), IVPhi(IV) {
+      DT = DTree;
+      WI.NarrowIV = IVPhi;
+      if (ReduceLiveIVs)
+        setSplitOverflowIntrinsics();
+    }
+
+    // Implement the interface used by simplifyUsersOfIV.
+    void visitCast(CastInst *Cast) override { visitIVCast(Cast, WI, SE, DL); }
+  };
+}
 
 /// SimplifyAndExtend - Iteratively perform simplification on a worklist of IV
 /// users. Each successive simplification may push more users which may
@@ -1177,7 +1170,7 @@ PHINode *WidenIV::CreateWideIV(SCEVExpander &Rewriter) {
 void IndVarSimplify::SimplifyAndExtend(Loop *L,
                                        SCEVExpander &Rewriter,
                                        LPPassManager &LPM) {
-  std::map<PHINode *, WideIVInfo> WideIVMap;
+  SmallVector<WideIVInfo, 8> WideIVs;
 
   SmallVector<PHINode*, 8> LoopPhis;
   for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
@@ -1198,72 +1191,22 @@ void IndVarSimplify::SimplifyAndExtend(Loop *L,
       PHINode *CurrIV = LoopPhis.pop_back_val();
 
       // Information about sign/zero extensions of CurrIV.
-      WideIVVisitor WIV(SE, TD);
+      IndVarSimplifyVisitor Visitor(CurrIV, SE, DL, DT);
 
-      Changed |= simplifyUsersOfIV(CurrIV, SE, &LPM, DeadInsts, &WIV);
+      Changed |= simplifyUsersOfIV(CurrIV, SE, &LPM, DeadInsts, &Visitor);
 
-      if (WIV.WI.WidestNativeType) {
-        WideIVMap[CurrIV] = WIV.WI;
+      if (Visitor.WI.WidestNativeType) {
+        WideIVs.push_back(Visitor.WI);
       }
     } while(!LoopPhis.empty());
 
-    for (std::map<PHINode *, WideIVInfo>::const_iterator I = WideIVMap.begin(),
-           E = WideIVMap.end(); I != E; ++I) {
-      WidenIV Widener(I->first, I->second, LI, SE, DT, DeadInsts);
+    for (; !WideIVs.empty(); WideIVs.pop_back()) {
+      WidenIV Widener(WideIVs.back(), LI, SE, DT, DeadInsts);
       if (PHINode *WidePhi = Widener.CreateWideIV(Rewriter)) {
         Changed = true;
         LoopPhis.push_back(WidePhi);
       }
     }
-    WideIVMap.clear();
-  }
-}
-
-/// SimplifyCongruentIVs - Check for congruent phis in this loop header and
-/// replace them with their chosen representative.
-///
-void IndVarSimplify::SimplifyCongruentIVs(Loop *L) {
-  DenseMap<const SCEV *, PHINode *> ExprToIVMap;
-  for (BasicBlock::iterator I = L->getHeader()->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
-    PHINode *Phi = cast<PHINode>(I);
-    if (!SE->isSCEVable(Phi->getType()))
-      continue;
-
-    const SCEV *S = SE->getSCEV(Phi);
-    std::pair<DenseMap<const SCEV *, PHINode *>::const_iterator, bool> Tmp =
-      ExprToIVMap.insert(std::make_pair(S, Phi));
-    if (Tmp.second)
-      continue;
-    PHINode *OrigPhi = Tmp.first->second;
-
-    // If one phi derives from the other via GEPs, types may differ.
-    if (OrigPhi->getType() != Phi->getType())
-      continue;
-
-    // Replacing the congruent phi is sufficient because acyclic redundancy
-    // elimination, CSE/GVN, should handle the rest. However, once SCEV proves
-    // that a phi is congruent, it's almost certain to be the head of an IV
-    // user cycle that is isomorphic with the original phi. So it's worth
-    // eagerly cleaning up the common case of a single IV increment.
-    if (BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch()) {
-      Instruction *OrigInc =
-        cast<Instruction>(OrigPhi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
-      Instruction *IsomorphicInc =
-        cast<Instruction>(Phi->getIncomingValueForBlock(LatchBlock));
-      if (OrigInc != IsomorphicInc &&
-          OrigInc->getType() == IsomorphicInc->getType() &&
-          SE->getSCEV(OrigInc) == SE->getSCEV(IsomorphicInc) &&
-          HoistStep(OrigInc, IsomorphicInc, DT)) {
-        DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Eliminated congruent iv.inc: "
-              << *IsomorphicInc << '\n');
-        IsomorphicInc->replaceAllUsesWith(OrigInc);
-        DeadInsts.push_back(IsomorphicInc);
-      }
-    }
-    DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Eliminated congruent iv: " << *Phi << '\n');
-    ++NumElimIV;
-    Phi->replaceAllUsesWith(OrigPhi);
-    DeadInsts.push_back(Phi);
   }
 }
 
@@ -1275,7 +1218,11 @@ void IndVarSimplify::SimplifyCongruentIVs(Loop *L) {
 /// BackedgeTakenInfo. If these expressions have not been reduced, then
 /// expanding them may incur additional cost (albeit in the loop preheader).
 static bool isHighCostExpansion(const SCEV *S, BranchInst *BI,
+                                SmallPtrSetImpl<const SCEV*> &Processed,
                                 ScalarEvolution *SE) {
+  if (!Processed.insert(S))
+    return false;
+
   // If the backedge-taken count is a UDiv, it's very likely a UDiv that
   // ScalarEvolution's HowFarToZero or HowManyLessThans produced to compute a
   // precise expression, rather than a UDiv from the user's code. If we can't
@@ -1294,16 +1241,13 @@ static bool isHighCostExpansion(const SCEV *S, BranchInst *BI,
     }
   }
 
-  if (!DisableIVRewrite || ForceLFTR)
-    return false;
-
   // Recurse past add expressions, which commonly occur in the
   // BackedgeTakenCount. They may already exist in program code, and if not,
   // they are not too expensive rematerialize.
   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
     for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
          I != E; ++I) {
-      if (isHighCostExpansion(*I, BI, SE))
+      if (isHighCostExpansion(*I, BI, Processed, SE))
         return true;
     }
     return false;
@@ -1314,14 +1258,24 @@ static bool isHighCostExpansion(const SCEV *S, BranchInst *BI,
   if (isa<SCEVSMaxExpr>(S) || isa<SCEVUMaxExpr>(S))
     return true;
 
-  // If we haven't recognized an expensive SCEV patter, assume its an expression
-  // produced by program code.
+  // If we haven't recognized an expensive SCEV pattern, assume it's an
+  // expression produced by program code.
   return false;
 }
 
 /// canExpandBackedgeTakenCount - Return true if this loop's backedge taken
 /// count expression can be safely and cheaply expanded into an instruction
 /// sequence that can be used by LinearFunctionTestReplace.
+///
+/// TODO: This fails for pointer-type loop counters with greater than one byte
+/// strides, consequently preventing LFTR from running. For the purpose of LFTR
+/// we could skip this check in the case that the LFTR loop counter (chosen by
+/// FindLoopCounter) is also pointer type. Instead, we could directly convert
+/// the loop test to an inequality test by checking the target data's alignment
+/// of element types (given that the initial pointer value originates from or is
+/// used by ABI constrained operation, as opposed to inttoptr/ptrtoint).
+/// However, we don't yet have a strong motivation for converting loop tests
+/// into inequality tests.
 static bool canExpandBackedgeTakenCount(Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount) ||
@@ -1336,59 +1290,19 @@ static bool canExpandBackedgeTakenCount(Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
   if (!BI)
     return false;
 
-  if (isHighCostExpansion(BackedgeTakenCount, BI, SE))
+  SmallPtrSet<const SCEV*, 8> Processed;
+  if (isHighCostExpansion(BackedgeTakenCount, BI, Processed, SE))
     return false;
 
   return true;
 }
 
-/// getBackedgeIVType - Get the widest type used by the loop test after peeking
-/// through Truncs.
-///
-/// TODO: Unnecessary when ForceLFTR is removed.
-static Type *getBackedgeIVType(Loop *L) {
-  if (!L->getExitingBlock())
-    return 0;
-
-  // Can't rewrite non-branch yet.
-  BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
-  if (!BI)
-    return 0;
-
-  ICmpInst *Cond = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
-  if (!Cond)
-    return 0;
-
-  Type *Ty = 0;
-  for(User::op_iterator OI = Cond->op_begin(), OE = Cond->op_end();
-      OI != OE; ++OI) {
-    assert((!Ty || Ty == (*OI)->getType()) && "bad icmp operand types");
-    TruncInst *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(*OI);
-    if (!Trunc)
-      continue;
-
-    return Trunc->getSrcTy();
-  }
-  return Ty;
-}
-
-/// isLoopInvariant - Perform a quick domtree based check for loop invariance
-/// assuming that V is used within the loop. LoopInfo::isLoopInvariant() seems
-/// gratuitous for this purpose.
-static bool isLoopInvariant(Value *V, Loop *L, DominatorTree *DT) {
-  Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
-  if (!Inst)
-    return true;
-
-  return DT->properlyDominates(Inst->getParent(), L->getHeader());
-}
-
 /// getLoopPhiForCounter - Return the loop header phi IFF IncV adds a loop
 /// invariant value to the phi.
 static PHINode *getLoopPhiForCounter(Value *IncV, Loop *L, DominatorTree *DT) {
   Instruction *IncI = dyn_cast<Instruction>(IncV);
   if (!IncI)
-    return 0;
+    return nullptr;
 
   switch (IncI->getOpcode()) {
   case Instruction::Add:
@@ -1399,17 +1313,17 @@ static PHINode *getLoopPhiForCounter(Value *IncV, Loop *L, DominatorTree *DT) {
     if (IncI->getNumOperands() == 2)
       break;
   default:
-    return 0;
+    return nullptr;
   }
 
   PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(IncI->getOperand(0));
   if (Phi && Phi->getParent() == L->getHeader()) {
     if (isLoopInvariant(IncI->getOperand(1), L, DT))
       return Phi;
-    return 0;
+    return nullptr;
   }
   if (IncI->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
-    return 0;
+    return nullptr;
 
   // Allow add/sub to be commuted.
   Phi = dyn_cast<PHINode>(IncI->getOperand(1));
@@ -1417,24 +1331,29 @@ static PHINode *getLoopPhiForCounter(Value *IncV, Loop *L, DominatorTree *DT) {
     if (isLoopInvariant(IncI->getOperand(0), L, DT))
       return Phi;
   }
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
 
-/// needsLFTR - LinearFunctionTestReplace policy. Return true unless we can show
-/// that the current exit test is already sufficiently canonical.
-static bool needsLFTR(Loop *L, DominatorTree *DT) {
+/// Return the compare guarding the loop latch, or NULL for unrecognized tests.
+static ICmpInst *getLoopTest(Loop *L) {
   assert(L->getExitingBlock() && "expected loop exit");
 
   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
   // Don't bother with LFTR if the loop is not properly simplified.
   if (!LatchBlock)
-    return false;
+    return nullptr;
 
   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
   assert(BI && "expected exit branch");
 
+  return dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
+}
+
+/// needsLFTR - LinearFunctionTestReplace policy. Return true unless we can show
+/// that the current exit test is already sufficiently canonical.
+static bool needsLFTR(Loop *L, DominatorTree *DT) {
   // Do LFTR to simplify the exit condition to an ICMP.
-  ICmpInst *Cond = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
+  ICmpInst *Cond = getLoopTest(L);
   if (!Cond)
     return true;
 
@@ -1459,31 +1378,80 @@ static bool needsLFTR(Loop *L, DominatorTree *DT) {
   if (!Phi)
     return true;
 
+  // Do LFTR if PHI node is defined in the loop, but is *not* a counter.
+  int Idx = Phi->getBasicBlockIndex(L->getLoopLatch());
+  if (Idx < 0)
+    return true;
+
   // Do LFTR if the exit condition's IV is *not* a simple counter.
-  Value *IncV = Phi->getIncomingValueForBlock(L->getLoopLatch());
+  Value *IncV = Phi->getIncomingValue(Idx);
   return Phi != getLoopPhiForCounter(IncV, L, DT);
 }
 
+/// Recursive helper for hasConcreteDef(). Unfortunately, this currently boils
+/// down to checking that all operands are constant and listing instructions
+/// that may hide undef.
+static bool hasConcreteDefImpl(Value *V, SmallPtrSetImpl<Value*> &Visited,
+                               unsigned Depth) {
+  if (isa<Constant>(V))
+    return !isa<UndefValue>(V);
+
+  if (Depth >= 6)
+    return false;
+
+  // Conservatively handle non-constant non-instructions. For example, Arguments
+  // may be undef.
+  Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
+  if (!I)
+    return false;
+
+  // Load and return values may be undef.
+  if(I->mayReadFromMemory() || isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I))
+    return false;
+
+  // Optimistically handle other instructions.
+  for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI) {
+    if (!Visited.insert(*OI))
+      continue;
+    if (!hasConcreteDefImpl(*OI, Visited, Depth+1))
+      return false;
+  }
+  return true;
+}
+
+/// Return true if the given value is concrete. We must prove that undef can
+/// never reach it.
+///
+/// TODO: If we decide that this is a good approach to checking for undef, we
+/// may factor it into a common location.
+static bool hasConcreteDef(Value *V) {
+  SmallPtrSet<Value*, 8> Visited;
+  Visited.insert(V);
+  return hasConcreteDefImpl(V, Visited, 0);
+}
+
 /// AlmostDeadIV - Return true if this IV has any uses other than the (soon to
 /// be rewritten) loop exit test.
 static bool AlmostDeadIV(PHINode *Phi, BasicBlock *LatchBlock, Value *Cond) {
   int LatchIdx = Phi->getBasicBlockIndex(LatchBlock);
   Value *IncV = Phi->getIncomingValue(LatchIdx);
 
-  for (Value::use_iterator UI = Phi->use_begin(), UE = Phi->use_end();
-       UI != UE; ++UI) {
-    if (*UI != Cond && *UI != IncV) return false;
-  }
+  for (User *U : Phi->users())
+    if (U != Cond && U != IncV) return false;
 
-  for (Value::use_iterator UI = IncV->use_begin(), UE = IncV->use_end();
-       UI != UE; ++UI) {
-    if (*UI != Cond && *UI != Phi) return false;
-  }
+  for (User *U : IncV->users())
+    if (U != Cond && U != Phi) return false;
   return true;
 }
 
 /// FindLoopCounter - Find an affine IV in canonical form.
 ///
+/// BECount may be an i8* pointer type. The pointer difference is already
+/// valid count without scaling the address stride, so it remains a pointer
+/// expression as far as SCEV is concerned.
+///
+/// Currently only valid for LFTR. See the comments on hasConcreteDef below.
+///
 /// FIXME: Accept -1 stride and set IVLimit = IVInit - BECount
 ///
 /// FIXME: Accept non-unit stride as long as SCEV can reduce BECount * Stride.
@@ -1491,20 +1459,15 @@ static bool AlmostDeadIV(PHINode *Phi, BasicBlock *LatchBlock, Value *Cond) {
 /// could at least handle constant BECounts.
 static PHINode *
 FindLoopCounter(Loop *L, const SCEV *BECount,
-                ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT, const TargetData *TD) {
-  // I'm not sure how BECount could be a pointer type, but we definitely don't
-  // want to LFTR that.
-  if (BECount->getType()->isPointerTy())
-    return 0;
-
+                ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT, const DataLayout *DL) {
   uint64_t BCWidth = SE->getTypeSizeInBits(BECount->getType());
 
   Value *Cond =
     cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator())->getCondition();
 
   // Loop over all of the PHI nodes, looking for a simple counter.
-  PHINode *BestPhi = 0;
-  const SCEV *BestInit = 0;
+  PHINode *BestPhi = nullptr;
+  const SCEV *BestInit = nullptr;
   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
   assert(LatchBlock && "needsLFTR should guarantee a loop latch");
 
@@ -1513,6 +1476,10 @@ FindLoopCounter(Loop *L, const SCEV *BECount,
     if (!SE->isSCEVable(Phi->getType()))
       continue;
 
+    // Avoid comparing an integer IV against a pointer Limit.
+    if (BECount->getType()->isPointerTy() && !Phi->getType()->isPointerTy())
+      continue;
+
     const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(Phi));
     if (!AR || AR->getLoop() != L || !AR->isAffine())
       continue;
@@ -1521,7 +1488,7 @@ FindLoopCounter(Loop *L, const SCEV *BECount,
     // AR may be wider than BECount. With eq/ne tests overflow is immaterial.
     // AR may not be a narrower type, or we may never exit.
     uint64_t PhiWidth = SE->getTypeSizeInBits(AR->getType());
-    if (PhiWidth < BCWidth || (TD && !TD->isLegalInteger(PhiWidth)))
+    if (PhiWidth < BCWidth || (DL && !DL->isLegalInteger(PhiWidth)))
       continue;
 
     const SCEV *Step = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*SE));
@@ -1533,6 +1500,19 @@ FindLoopCounter(Loop *L, const SCEV *BECount,
     if (getLoopPhiForCounter(IncV, L, DT) != Phi)
       continue;
 
+    // Avoid reusing a potentially undef value to compute other values that may
+    // have originally had a concrete definition.
+    if (!hasConcreteDef(Phi)) {
+      // We explicitly allow unknown phis as long as they are already used by
+      // the loop test. In this case we assume that performing LFTR could not
+      // increase the number of undef users.
+      if (ICmpInst *Cond = getLoopTest(L)) {
+        if (Phi != getLoopPhiForCounter(Cond->getOperand(0), L, DT)
+            && Phi != getLoopPhiForCounter(Cond->getOperand(1), L, DT)) {
+          continue;
+        }
+      }
+    }
     const SCEV *Init = AR->getStart();
 
     if (BestPhi && !AlmostDeadIV(BestPhi, LatchBlock, Cond)) {
@@ -1549,7 +1529,7 @@ FindLoopCounter(Loop *L, const SCEV *BECount,
       // If two IVs both count from zero or both count from nonzero then the
       // narrower is likely a dead phi that has been widened. Use the wider phi
       // to allow the other to be eliminated.
-      if (PhiWidth <= SE->getTypeSizeInBits(BestPhi->getType()))
+      else if (PhiWidth <= SE->getTypeSizeInBits(BestPhi->getType()))
         continue;
     }
     BestPhi = Phi;
@@ -1558,6 +1538,89 @@ FindLoopCounter(Loop *L, const SCEV *BECount,
   return BestPhi;
 }
 
+/// genLoopLimit - Help LinearFunctionTestReplace by generating a value that
+/// holds the RHS of the new loop test.
+static Value *genLoopLimit(PHINode *IndVar, const SCEV *IVCount, Loop *L,
+                           SCEVExpander &Rewriter, ScalarEvolution *SE) {
+  const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(IndVar));
+  assert(AR && AR->getLoop() == L && AR->isAffine() && "bad loop counter");
+  const SCEV *IVInit = AR->getStart();
+
+  // IVInit may be a pointer while IVCount is an integer when FindLoopCounter
+  // finds a valid pointer IV. Sign extend BECount in order to materialize a
+  // GEP. Avoid running SCEVExpander on a new pointer value, instead reusing
+  // the existing GEPs whenever possible.
+  if (IndVar->getType()->isPointerTy()
+      && !IVCount->getType()->isPointerTy()) {
+
+    // IVOffset will be the new GEP offset that is interpreted by GEP as a
+    // signed value. IVCount on the other hand represents the loop trip count,
+    // which is an unsigned value. FindLoopCounter only allows induction
+    // variables that have a positive unit stride of one. This means we don't
+    // have to handle the case of negative offsets (yet) and just need to zero
+    // extend IVCount.
+    Type *OfsTy = SE->getEffectiveSCEVType(IVInit->getType());
+    const SCEV *IVOffset = SE->getTruncateOrZeroExtend(IVCount, OfsTy);
+
+    // Expand the code for the iteration count.
+    assert(SE->isLoopInvariant(IVOffset, L) &&
+           "Computed iteration count is not loop invariant!");
+    BranchInst *BI = cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
+    Value *GEPOffset = Rewriter.expandCodeFor(IVOffset, OfsTy, BI);
+
+    Value *GEPBase = IndVar->getIncomingValueForBlock(L->getLoopPreheader());
+    assert(AR->getStart() == SE->getSCEV(GEPBase) && "bad loop counter");
+    // We could handle pointer IVs other than i8*, but we need to compensate for
+    // gep index scaling. See canExpandBackedgeTakenCount comments.
+    assert(SE->getSizeOfExpr(IntegerType::getInt64Ty(IndVar->getContext()),
+             cast<PointerType>(GEPBase->getType())->getElementType())->isOne()
+           && "unit stride pointer IV must be i8*");
+
+    IRBuilder<> Builder(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
+    return Builder.CreateGEP(GEPBase, GEPOffset, "lftr.limit");
+  }
+  else {
+    // In any other case, convert both IVInit and IVCount to integers before
+    // comparing. This may result in SCEV expension of pointers, but in practice
+    // SCEV will fold the pointer arithmetic away as such:
+    // BECount = (IVEnd - IVInit - 1) => IVLimit = IVInit (postinc).
+    //
+    // Valid Cases: (1) both integers is most common; (2) both may be pointers
+    // for simple memset-style loops.
+    //
+    // IVInit integer and IVCount pointer would only occur if a canonical IV
+    // were generated on top of case #2, which is not expected.
+
+    const SCEV *IVLimit = nullptr;
+    // For unit stride, IVCount = Start + BECount with 2's complement overflow.
+    // For non-zero Start, compute IVCount here.
+    if (AR->getStart()->isZero())
+      IVLimit = IVCount;
+    else {
+      assert(AR->getStepRecurrence(*SE)->isOne() && "only handles unit stride");
+      const SCEV *IVInit = AR->getStart();
+
+      // For integer IVs, truncate the IV before computing IVInit + BECount.
+      if (SE->getTypeSizeInBits(IVInit->getType())
+          > SE->getTypeSizeInBits(IVCount->getType()))
+        IVInit = SE->getTruncateExpr(IVInit, IVCount->getType());
+
+      IVLimit = SE->getAddExpr(IVInit, IVCount);
+    }
+    // Expand the code for the iteration count.
+    BranchInst *BI = cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
+    IRBuilder<> Builder(BI);
+    assert(SE->isLoopInvariant(IVLimit, L) &&
+           "Computed iteration count is not loop invariant!");
+    // Ensure that we generate the same type as IndVar, or a smaller integer
+    // type. In the presence of null pointer values, we have an integer type
+    // SCEV expression (IVInit) for a pointer type IV value (IndVar).
+    Type *LimitTy = IVCount->getType()->isPointerTy() ?
+      IndVar->getType() : IVCount->getType();
+    return Rewriter.expandCodeFor(IVLimit, LimitTy, BI);
+  }
+}
+
 /// LinearFunctionTestReplace - This method rewrites the exit condition of the
 /// loop to be a canonical != comparison against the incremented loop induction
 /// variable.  This pass is able to rewrite the exit tests of any loop where the
@@ -1569,101 +1632,47 @@ LinearFunctionTestReplace(Loop *L,
                           PHINode *IndVar,
                           SCEVExpander &Rewriter) {
   assert(canExpandBackedgeTakenCount(L, SE) && "precondition");
-  BranchInst *BI = cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
-
-  // In DisableIVRewrite mode, IndVar is not necessarily a canonical IV. In this
-  // mode, LFTR can ignore IV overflow and truncate to the width of
-  // BECount. This avoids materializing the add(zext(add)) expression.
-  Type *CntTy = DisableIVRewrite ?
-    BackedgeTakenCount->getType() : IndVar->getType();
 
-  const SCEV *IVLimit = BackedgeTakenCount;
+  // Initialize CmpIndVar and IVCount to their preincremented values.
+  Value *CmpIndVar = IndVar;
+  const SCEV *IVCount = BackedgeTakenCount;
 
-  // If the exiting block is not the same as the backedge block, we must compare
-  // against the preincremented value, otherwise we prefer to compare against
-  // the post-incremented value.
-  Value *CmpIndVar;
+  // If the exiting block is the same as the backedge block, we prefer to
+  // compare against the post-incremented value, otherwise we must compare
+  // against the preincremented value.
   if (L->getExitingBlock() == L->getLoopLatch()) {
-    // Add one to the "backedge-taken" count to get the trip count.
-    // If this addition may overflow, we have to be more pessimistic and
-    // cast the induction variable before doing the add.
-    const SCEV *N =
-      SE->getAddExpr(IVLimit, SE->getConstant(IVLimit->getType(), 1));
-    if (CntTy == IVLimit->getType())
-      IVLimit = N;
-    else {
-      const SCEV *Zero = SE->getConstant(IVLimit->getType(), 0);
-      if ((isa<SCEVConstant>(N) && !N->isZero()) ||
-          SE->isLoopEntryGuardedByCond(L, ICmpInst::ICMP_NE, N, Zero)) {
-        // No overflow. Cast the sum.
-        IVLimit = SE->getTruncateOrZeroExtend(N, CntTy);
-      } else {
-        // Potential overflow. Cast before doing the add.
-        IVLimit = SE->getTruncateOrZeroExtend(IVLimit, CntTy);
-        IVLimit = SE->getAddExpr(IVLimit, SE->getConstant(CntTy, 1));
-      }
-    }
     // The BackedgeTaken expression contains the number of times that the
     // backedge branches to the loop header.  This is one less than the
     // number of times the loop executes, so use the incremented indvar.
-    CmpIndVar = IndVar->getIncomingValueForBlock(L->getExitingBlock());
-  } else {
-    // We have to use the preincremented value...
-    IVLimit = SE->getTruncateOrZeroExtend(IVLimit, CntTy);
-    CmpIndVar = IndVar;
-  }
-
-  // For unit stride, IVLimit = Start + BECount with 2's complement overflow.
-  // So for, non-zero start compute the IVLimit here.
-  bool isPtrIV = false;
-  Type *CmpTy = CntTy;
-  const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(IndVar));
-  assert(AR && AR->getLoop() == L && AR->isAffine() && "bad loop counter");
-  if (!AR->getStart()->isZero()) {
-    assert(AR->getStepRecurrence(*SE)->isOne() && "only handles unit stride");
-    const SCEV *IVInit = AR->getStart();
-
-    // For pointer types, sign extend BECount in order to materialize a GEP.
-    // Note that for DisableIVRewrite, we never run SCEVExpander on a
-    // pointer type, because we must preserve the existing GEPs. Instead we
-    // directly generate a GEP later.
-    if (IVInit->getType()->isPointerTy()) {
-      isPtrIV = true;
-      CmpTy = SE->getEffectiveSCEVType(IVInit->getType());
-      IVLimit = SE->getTruncateOrSignExtend(IVLimit, CmpTy);
-    }
-    // For integer types, truncate the IV before computing IVInit + BECount.
-    else {
-      if (SE->getTypeSizeInBits(IVInit->getType())
-          > SE->getTypeSizeInBits(CmpTy))
-        IVInit = SE->getTruncateExpr(IVInit, CmpTy);
-
-      IVLimit = SE->getAddExpr(IVInit, IVLimit);
+    llvm::Value *IncrementedIndvar =
+        IndVar->getIncomingValueForBlock(L->getExitingBlock());
+    const auto *IncrementedIndvarSCEV =
+        cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(IncrementedIndvar));
+    // It is unsafe to use the incremented indvar if it has a wrapping flag, we
+    // don't want to compare against a poison value.  Check the SCEV that
+    // corresponds to the incremented indvar, the SCEVExpander will only insert
+    // flags in the IR if the SCEV originally had wrapping flags.
+    // FIXME: In theory, SCEV could drop flags even though they exist in IR.
+    // A more robust solution would involve getting a new expression for
+    // CmpIndVar by applying non-NSW/NUW AddExprs.
+    if (!ScalarEvolution::maskFlags(IncrementedIndvarSCEV->getNoWrapFlags(),
+                                    SCEV::FlagNUW | SCEV::FlagNSW)) {
+      // Add one to the "backedge-taken" count to get the trip count.
+      // This addition may overflow, which is valid as long as the comparison is
+      // truncated to BackedgeTakenCount->getType().
+      IVCount =
+          SE->getAddExpr(BackedgeTakenCount,
+                         SE->getConstant(BackedgeTakenCount->getType(), 1));
+      CmpIndVar = IncrementedIndvar;
     }
   }
-  // Expand the code for the iteration count.
-  IRBuilder<> Builder(BI);
 
-  assert(SE->isLoopInvariant(IVLimit, L) &&
-         "Computed iteration count is not loop invariant!");
-  Value *ExitCnt = Rewriter.expandCodeFor(IVLimit, CmpTy, BI);
-
-  // Create a gep for IVInit + IVLimit from on an existing pointer base.
-  assert(isPtrIV == IndVar->getType()->isPointerTy() &&
-         "IndVar type must match IVInit type");
-  if (isPtrIV) {
-      Value *IVStart = IndVar->getIncomingValueForBlock(L->getLoopPreheader());
-      assert(AR->getStart() == SE->getSCEV(IVStart) && "bad loop counter");
-      assert(SE->getSizeOfExpr(
-               cast<PointerType>(IVStart->getType())->getElementType())->isOne()
-             && "unit stride pointer IV must be i8*");
-
-      Builder.SetInsertPoint(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
-      ExitCnt = Builder.CreateGEP(IVStart, ExitCnt, "lftr.limit");
-      Builder.SetInsertPoint(BI);
-  }
+  Value *ExitCnt = genLoopLimit(IndVar, IVCount, L, Rewriter, SE);
+  assert(ExitCnt->getType()->isPointerTy() == IndVar->getType()->isPointerTy()
+         && "genLoopLimit missed a cast");
 
   // Insert a new icmp_ne or icmp_eq instruction before the branch.
+  BranchInst *BI = cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
   ICmpInst::Predicate P;
   if (L->contains(BI->getSuccessor(0)))
     P = ICmpInst::ICMP_NE;
@@ -1675,13 +1684,43 @@ LinearFunctionTestReplace(Loop *L,
                << "       op:\t"
                << (P == ICmpInst::ICMP_NE ? "!=" : "==") << "\n"
                << "      RHS:\t" << *ExitCnt << "\n"
-               << "     Expr:\t" << *IVLimit << "\n");
+               << "  IVCount:\t" << *IVCount << "\n");
 
-  if (SE->getTypeSizeInBits(CmpIndVar->getType())
-      > SE->getTypeSizeInBits(CmpTy)) {
-    CmpIndVar = Builder.CreateTrunc(CmpIndVar, CmpTy, "lftr.wideiv");
-  }
+  IRBuilder<> Builder(BI);
 
+  // LFTR can ignore IV overflow and truncate to the width of
+  // BECount. This avoids materializing the add(zext(add)) expression.
+  unsigned CmpIndVarSize = SE->getTypeSizeInBits(CmpIndVar->getType());
+  unsigned ExitCntSize = SE->getTypeSizeInBits(ExitCnt->getType());
+  if (CmpIndVarSize > ExitCntSize) {
+    const SCEVAddRecExpr *AR = cast<SCEVAddRecExpr>(SE->getSCEV(IndVar));
+    const SCEV *ARStart = AR->getStart();
+    const SCEV *ARStep = AR->getStepRecurrence(*SE);
+    // For constant IVCount, avoid truncation.
+    if (isa<SCEVConstant>(ARStart) && isa<SCEVConstant>(IVCount)) {
+      const APInt &Start = cast<SCEVConstant>(ARStart)->getValue()->getValue();
+      APInt Count = cast<SCEVConstant>(IVCount)->getValue()->getValue();
+      // Note that the post-inc value of BackedgeTakenCount may have overflowed
+      // above such that IVCount is now zero.
+      if (IVCount != BackedgeTakenCount && Count == 0) {
+        Count = APInt::getMaxValue(Count.getBitWidth()).zext(CmpIndVarSize);
+        ++Count;
+      }
+      else
+        Count = Count.zext(CmpIndVarSize);
+      APInt NewLimit;
+      if (cast<SCEVConstant>(ARStep)->getValue()->isNegative())
+        NewLimit = Start - Count;
+      else
+        NewLimit = Start + Count;
+      ExitCnt = ConstantInt::get(CmpIndVar->getType(), NewLimit);
+
+      DEBUG(dbgs() << "  Widen RHS:\t" << *ExitCnt << "\n");
+    } else {
+      CmpIndVar = Builder.CreateTrunc(CmpIndVar, ExitCnt->getType(),
+                                      "lftr.wideiv");
+    }
+  }
   Value *Cond = Builder.CreateICmp(P, CmpIndVar, ExitCnt, "exitcond");
   Value *OrigCond = BI->getCondition();
   // It's tempting to use replaceAllUsesWith here to fully replace the old
@@ -1736,22 +1775,22 @@ void IndVarSimplify::SinkUnusedInvariants(Loop *L) {
     if (isa<LandingPadInst>(I))
       continue;
 
-    // Don't sink static AllocaInsts out of the entry block, which would
-    // turn them into dynamic allocas!
-    if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
-      if (AI->isStaticAlloca())
-        continue;
+    // Don't sink alloca: we never want to sink static alloca's out of the
+    // entry block, and correctly sinking dynamic alloca's requires
+    // checks for stacksave/stackrestore intrinsics.
+    // FIXME: Refactor this check somehow?
+    if (isa<AllocaInst>(I))
+      continue;
 
     // Determine if there is a use in or before the loop (direct or
     // otherwise).
     bool UsedInLoop = false;
-    for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
-         UI != UE; ++UI) {
-      User *U = *UI;
-      BasicBlock *UseBB = cast<Instruction>(U)->getParent();
-      if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(U)) {
+    for (Use &U : I->uses()) {
+      Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
+      BasicBlock *UseBB = User->getParent();
+      if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(User)) {
         unsigned i =
-          PHINode::getIncomingValueNumForOperand(UI.getOperandNo());
+          PHINode::getIncomingValueNumForOperand(U.getOperandNo());
         UseBB = P->getIncomingBlock(i);
       }
       if (UseBB == Preheader || L->contains(UseBB)) {
@@ -1791,6 +1830,9 @@ void IndVarSimplify::SinkUnusedInvariants(Loop *L) {
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
+  if (skipOptnoneFunction(L))
+    return false;
+
   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble. Some notes:
   //  - LSR currently only supports LoopSimplify-form loops. Indvars'
   //    canonicalization can be a pessimization without LSR to "clean up"
@@ -1802,12 +1844,12 @@ bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
   if (!L->isLoopSimplifyForm())
     return false;
 
-  if (!DisableIVRewrite)
-    IU = &getAnalysis<IVUsers>();
   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
   SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
-  DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
-  TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
+  DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
+  DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
+  DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
+  TLI = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfo>();
 
   DeadInsts.clear();
   Changed = false;
@@ -1820,6 +1862,9 @@ bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
 
   // Create a rewriter object which we'll use to transform the code with.
   SCEVExpander Rewriter(*SE, "indvars");
+#ifndef NDEBUG
+  Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
+#endif
 
   // Eliminate redundant IV users.
   //
@@ -1827,10 +1872,8 @@ bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
   // attempt to avoid evaluating SCEVs for sign/zero extend operations until
   // other expressions involving loop IVs have been evaluated. This helps SCEV
   // set no-wrap flags before normalizing sign/zero extension.
-  if (DisableIVRewrite) {
-    Rewriter.disableCanonicalMode();
-    SimplifyAndExtend(L, Rewriter, LPM);
-  }
+  Rewriter.disableCanonicalMode();
+  SimplifyAndExtend(L, Rewriter, LPM);
 
   // Check to see if this loop has a computable loop-invariant execution count.
   // If so, this means that we can compute the final value of any expressions
@@ -1841,107 +1884,28 @@ bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
   if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
     RewriteLoopExitValues(L, Rewriter);
 
-  // Eliminate redundant IV users.
-  if (!DisableIVRewrite)
-    Changed |= simplifyIVUsers(IU, SE, &LPM, DeadInsts);
-
   // Eliminate redundant IV cycles.
-  if (DisableIVRewrite)
-    SimplifyCongruentIVs(L);
-
-  // Compute the type of the largest recurrence expression, and decide whether
-  // a canonical induction variable should be inserted.
-  Type *LargestType = 0;
-  bool NeedCannIV = false;
-  bool ReuseIVForExit = DisableIVRewrite && !ForceLFTR;
-  bool ExpandBECount = canExpandBackedgeTakenCount(L, SE);
-  if (ExpandBECount && !ReuseIVForExit) {
-    // If we have a known trip count and a single exit block, we'll be
-    // rewriting the loop exit test condition below, which requires a
-    // canonical induction variable.
-    NeedCannIV = true;
-    Type *Ty = BackedgeTakenCount->getType();
-    if (DisableIVRewrite) {
-      // In this mode, SimplifyIVUsers may have already widened the IV used by
-      // the backedge test and inserted a Trunc on the compare's operand. Get
-      // the wider type to avoid creating a redundant narrow IV only used by the
-      // loop test.
-      LargestType = getBackedgeIVType(L);
-    }
-    if (!LargestType ||
-        SE->getTypeSizeInBits(Ty) >
-        SE->getTypeSizeInBits(LargestType))
-      LargestType = SE->getEffectiveSCEVType(Ty);
-  }
-  if (!DisableIVRewrite) {
-    for (IVUsers::const_iterator I = IU->begin(), E = IU->end(); I != E; ++I) {
-      NeedCannIV = true;
-      Type *Ty =
-        SE->getEffectiveSCEVType(I->getOperandValToReplace()->getType());
-      if (!LargestType ||
-          SE->getTypeSizeInBits(Ty) >
-          SE->getTypeSizeInBits(LargestType))
-        LargestType = Ty;
-    }
-  }
-
-  // Now that we know the largest of the induction variable expressions
-  // in this loop, insert a canonical induction variable of the largest size.
-  PHINode *IndVar = 0;
-  if (NeedCannIV) {
-    // Check to see if the loop already has any canonical-looking induction
-    // variables. If any are present and wider than the planned canonical
-    // induction variable, temporarily remove them, so that the Rewriter
-    // doesn't attempt to reuse them.
-    SmallVector<PHINode *, 2> OldCannIVs;
-    while (PHINode *OldCannIV = L->getCanonicalInductionVariable()) {
-      if (SE->getTypeSizeInBits(OldCannIV->getType()) >
-          SE->getTypeSizeInBits(LargestType))
-        OldCannIV->removeFromParent();
-      else
-        break;
-      OldCannIVs.push_back(OldCannIV);
-    }
-
-    IndVar = Rewriter.getOrInsertCanonicalInductionVariable(L, LargestType);
+  NumElimIV += Rewriter.replaceCongruentIVs(L, DT, DeadInsts);
 
-    ++NumInserted;
-    Changed = true;
-    DEBUG(dbgs() << "INDVARS: New CanIV: " << *IndVar << '\n');
-
-    // Now that the official induction variable is established, reinsert
-    // any old canonical-looking variables after it so that the IR remains
-    // consistent. They will be deleted as part of the dead-PHI deletion at
-    // the end of the pass.
-    while (!OldCannIVs.empty()) {
-      PHINode *OldCannIV = OldCannIVs.pop_back_val();
-      OldCannIV->insertBefore(L->getHeader()->getFirstInsertionPt());
-    }
-  }
-  else if (ExpandBECount && ReuseIVForExit && needsLFTR(L, DT)) {
-    IndVar = FindLoopCounter(L, BackedgeTakenCount, SE, DT, TD);
-  }
   // If we have a trip count expression, rewrite the loop's exit condition
   // using it.  We can currently only handle loops with a single exit.
-  Value *NewICmp = 0;
-  if (ExpandBECount && IndVar) {
-    // Check preconditions for proper SCEVExpander operation. SCEV does not
-    // express SCEVExpander's dependencies, such as LoopSimplify. Instead any
-    // pass that uses the SCEVExpander must do it. This does not work well for
-    // loop passes because SCEVExpander makes assumptions about all loops, while
-    // LoopPassManager only forces the current loop to be simplified.
-    //
-    // FIXME: SCEV expansion has no way to bail out, so the caller must
-    // explicitly check any assumptions made by SCEV. Brittle.
-    const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BackedgeTakenCount);
-    if (!AR || AR->getLoop()->getLoopPreheader())
-      NewICmp =
-        LinearFunctionTestReplace(L, BackedgeTakenCount, IndVar, Rewriter);
+  if (canExpandBackedgeTakenCount(L, SE) && needsLFTR(L, DT)) {
+    PHINode *IndVar = FindLoopCounter(L, BackedgeTakenCount, SE, DT, DL);
+    if (IndVar) {
+      // Check preconditions for proper SCEVExpander operation. SCEV does not
+      // express SCEVExpander's dependencies, such as LoopSimplify. Instead any
+      // pass that uses the SCEVExpander must do it. This does not work well for
+      // loop passes because SCEVExpander makes assumptions about all loops,
+      // while LoopPassManager only forces the current loop to be simplified.
+      //
+      // FIXME: SCEV expansion has no way to bail out, so the caller must
+      // explicitly check any assumptions made by SCEV. Brittle.
+      const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(BackedgeTakenCount);
+      if (!AR || AR->getLoop()->getLoopPreheader())
+        (void)LinearFunctionTestReplace(L, BackedgeTakenCount, IndVar,
+                                        Rewriter);
+    }
   }
-  // Rewrite IV-derived expressions.
-  if (!DisableIVRewrite)
-    RewriteIVExpressions(L, Rewriter);
-
   // Clear the rewriter cache, because values that are in the rewriter's cache
   // can be deleted in the loop below, causing the AssertingVH in the cache to
   // trigger.
@@ -1952,7 +1916,7 @@ bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
   while (!DeadInsts.empty())
     if (Instruction *Inst =
           dyn_cast_or_null<Instruction>(&*DeadInsts.pop_back_val()))
-      RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
+      RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst, TLI);
 
   // The Rewriter may not be used from this point on.
 
@@ -1960,15 +1924,8 @@ bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
   // loop may be sunk below the loop to reduce register pressure.
   SinkUnusedInvariants(L);
 
-  // For completeness, inform IVUsers of the IV use in the newly-created
-  // loop exit test instruction.
-  if (IU && NewICmp) {
-    ICmpInst *NewICmpInst = dyn_cast<ICmpInst>(NewICmp);
-    if (NewICmpInst)
-      IU->AddUsersIfInteresting(cast<Instruction>(NewICmpInst->getOperand(0)));
-  }
   // Clean up dead instructions.
-  Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
+  Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader(), TLI);
   // Check a post-condition.
   assert(L->isLCSSAForm(*DT) &&
          "Indvars did not leave the loop in lcssa form!");
@@ -1976,8 +1933,7 @@ bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
   // Verify that LFTR, and any other change have not interfered with SCEV's
   // ability to compute trip count.
 #ifndef NDEBUG
-  if (DisableIVRewrite && VerifyIndvars &&
-      !isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount)) {
+  if (VerifyIndvars && !isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount)) {
     SE->forgetLoop(L);
     const SCEV *NewBECount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
     if (SE->getTypeSizeInBits(BackedgeTakenCount->getType()) <