[RS4GC] Use an value handle to help isolate errors quickly
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / IndVarSimplify.cpp
index 235aaaa6f801deca1d28794031c0e5a0fd284959..ec5e15f0b8f835d53d4962c24ae47998e8fc6b7a 100644 (file)
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#define DEBUG_TYPE "indvars"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
-#include "llvm/Analysis/Dominators.h"
+#include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
+#include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionAliasAnalysis.h"
+#include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
+#include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.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/PatternMatch.h"
 #include "llvm/IR/Type.h"
-#include "llvm/Support/CFG.h"
 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
-#include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/LoopUtils.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/SimplifyIndVar.h"
 using namespace llvm;
 
+#define DEBUG_TYPE "indvars"
+
 STATISTIC(NumWidened     , "Number of indvars widened");
 STATISTIC(NumReplaced    , "Number of exit values replaced");
 STATISTIC(NumLFTR        , "Number of loop exit tests replaced");
@@ -63,65 +69,87 @@ static cl::opt<bool> VerifyIndvars(
   "verify-indvars", cl::Hidden,
   cl::desc("Verify the ScalarEvolution result after running indvars"));
 
+static cl::opt<bool> ReduceLiveIVs("liv-reduce", cl::Hidden,
+  cl::desc("Reduce live induction variables."));
+
+enum ReplaceExitVal { NeverRepl, OnlyCheapRepl, AlwaysRepl };
+
+static cl::opt<ReplaceExitVal> ReplaceExitValue(
+    "replexitval", cl::Hidden, cl::init(OnlyCheapRepl),
+    cl::desc("Choose the strategy to replace exit value in IndVarSimplify"),
+    cl::values(clEnumValN(NeverRepl, "never", "never replace exit value"),
+               clEnumValN(OnlyCheapRepl, "cheap",
+                          "only replace exit value when the cost is cheap"),
+               clEnumValN(AlwaysRepl, "always",
+                          "always replace exit value whenever possible"),
+               clEnumValEnd));
+
 namespace {
-  class IndVarSimplify : public LoopPass {
-    LoopInfo        *LI;
-    ScalarEvolution *SE;
-    DominatorTree   *DT;
-    DataLayout      *TD;
-    TargetLibraryInfo *TLI;
-
-    SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
-    bool Changed;
-  public:
-
-    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
-    IndVarSimplify() : LoopPass(ID), LI(0), SE(0), DT(0), TD(0),
-                       Changed(false) {
-      initializeIndVarSimplifyPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
-    }
+struct RewritePhi;
 
-    virtual bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
-
-    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
-      AU.addRequired<DominatorTree>();
-      AU.addRequired<LoopInfo>();
-      AU.addRequired<ScalarEvolution>();
-      AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
-      AU.addRequiredID(LCSSAID);
-      AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
-      AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
-      AU.addPreservedID(LCSSAID);
-      AU.setPreservesCFG();
-    }
+class IndVarSimplify : public LoopPass {
+  LoopInfo                  *LI;
+  ScalarEvolution           *SE;
+  DominatorTree             *DT;
+  TargetLibraryInfo         *TLI;
+  const TargetTransformInfo *TTI;
 
-  private:
-    virtual void releaseMemory() {
-      DeadInsts.clear();
-    }
+  SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
+  bool Changed;
+public:
 
-    bool isValidRewrite(Value *FromVal, Value *ToVal);
+  static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+  IndVarSimplify()
+    : LoopPass(ID), LI(nullptr), SE(nullptr), DT(nullptr), Changed(false) {
+    initializeIndVarSimplifyPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+  }
 
-    void HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PH);
-    void RewriteNonIntegerIVs(Loop *L);
+  bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) override;
+
+  void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
+    AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
+    AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
+    AU.addRequired<ScalarEvolutionWrapperPass>();
+    AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
+    AU.addRequiredID(LCSSAID);
+    AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
+    AU.addPreserved<ScalarEvolutionWrapperPass>();
+    AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
+    AU.addPreservedID(LCSSAID);
+    AU.setPreservesCFG();
+  }
 
-    void SimplifyAndExtend(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter, LPPassManager &LPM);
+private:
+  void releaseMemory() override {
+    DeadInsts.clear();
+  }
 
-    void RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter);
+  bool isValidRewrite(Value *FromVal, Value *ToVal);
 
-    Value *LinearFunctionTestReplace(Loop *L, const SCEV *BackedgeTakenCount,
-                                     PHINode *IndVar, SCEVExpander &Rewriter);
+  void handleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PH);
+  void rewriteNonIntegerIVs(Loop *L);
 
-    void SinkUnusedInvariants(Loop *L);
-  };
+  void simplifyAndExtend(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter, LoopInfo *LI);
+
+  bool canLoopBeDeleted(Loop *L, SmallVector<RewritePhi, 8> &RewritePhiSet);
+  void rewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter);
+
+  Value *linearFunctionTestReplace(Loop *L, const SCEV *BackedgeTakenCount,
+                                   PHINode *IndVar, SCEVExpander &Rewriter);
+
+  void sinkUnusedInvariants(Loop *L);
+
+  Value *expandSCEVIfNeeded(SCEVExpander &Rewriter, const SCEV *S, Loop *L,
+                            Instruction *InsertPt, Type *Ty);
+};
 }
 
 char IndVarSimplify::ID = 0;
 INITIALIZE_PASS_BEGIN(IndVarSimplify, "indvars",
                 "Induction Variable Simplification", false, false)
-INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
-INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
-INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolutionWrapperPass)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LCSSA)
 INITIALIZE_PASS_END(IndVarSimplify, "indvars",
@@ -131,10 +159,10 @@ Pass *llvm::createIndVarSimplifyPass() {
   return new IndVarSimplify();
 }
 
-/// isValidRewrite - Return true if the SCEV expansion generated by the
-/// rewriter can replace the original value. SCEV guarantees that it
-/// produces the same value, but the way it is produced may be illegal IR.
-/// Ideally, this function will only be called for verification.
+/// Return true if the SCEV expansion generated by the rewriter can replace the
+/// original value. SCEV guarantees that it produces the same value, but the way
+/// it is produced may be illegal IR.  Ideally, this function will only be
+/// called for verification.
 bool IndVarSimplify::isValidRewrite(Value *FromVal, Value *ToVal) {
   // If an SCEV expression subsumed multiple pointers, its expansion could
   // reassociate the GEP changing the base pointer. This is illegal because the
@@ -148,10 +176,10 @@ bool IndVarSimplify::isValidRewrite(Value *FromVal, Value *ToVal) {
   // because it understands lcssa phis while SCEV does not.
   Value *FromPtr = FromVal;
   Value *ToPtr = ToVal;
-  if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(FromVal)) {
+  if (auto *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(FromVal)) {
     FromPtr = GEP->getPointerOperand();
   }
-  if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(ToVal)) {
+  if (auto *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(ToVal)) {
     ToPtr = GEP->getPointerOperand();
   }
   if (FromPtr != FromVal || ToPtr != ToVal) {
@@ -188,12 +216,12 @@ bool IndVarSimplify::isValidRewrite(Value *FromVal, Value *ToVal) {
 /// loop. For PHI nodes, there may be multiple uses, so compute the nearest
 /// common dominator for the incoming blocks.
 static Instruction *getInsertPointForUses(Instruction *User, Value *Def,
-                                          DominatorTree *DT) {
+                                          DominatorTree *DT, LoopInfo *LI) {
   PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(User);
   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;
@@ -207,17 +235,28 @@ static Instruction *getInsertPointForUses(Instruction *User, Value *Def,
     InsertPt = InsertBB->getTerminator();
   }
   assert(InsertPt && "Missing phi operand");
-  assert((!isa<Instruction>(Def) ||
-          DT->dominates(cast<Instruction>(Def), InsertPt)) &&
-         "def does not dominate all uses");
-  return InsertPt;
+
+  auto *DefI = dyn_cast<Instruction>(Def);
+  if (!DefI)
+    return InsertPt;
+
+  assert(DT->dominates(DefI, InsertPt) && "def does not dominate all uses");
+
+  auto *L = LI->getLoopFor(DefI->getParent());
+  assert(!L || L->contains(LI->getLoopFor(InsertPt->getParent())));
+
+  for (auto *DTN = (*DT)[InsertPt->getParent()]; DTN; DTN = DTN->getIDom())
+    if (LI->getLoopFor(DTN->getBlock()) == L)
+      return DTN->getBlock()->getTerminator();
+
+  llvm_unreachable("DefI dominates InsertPt!");
 }
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
-// RewriteNonIntegerIVs and helpers. Prefer integer IVs.
+// rewriteNonIntegerIVs and helpers. Prefer integer IVs.
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-/// ConvertToSInt - Convert APF to an integer, if possible.
+/// Convert APF to an integer, if possible.
 static bool ConvertToSInt(const APFloat &APF, int64_t &IntVal) {
   bool isExact = false;
   // See if we can convert this to an int64_t
@@ -229,8 +268,8 @@ static bool ConvertToSInt(const APFloat &APF, int64_t &IntVal) {
   return true;
 }
 
-/// HandleFloatingPointIV - If the loop has floating induction variable
-/// then insert corresponding integer induction variable if possible.
+/// If the loop has floating induction variable then insert corresponding
+/// integer induction variable if possible.
 /// For example,
 /// for(double i = 0; i < 10000; ++i)
 ///   bar(i)
@@ -238,13 +277,12 @@ static bool ConvertToSInt(const APFloat &APF, int64_t &IntVal) {
 /// for(int i = 0; i < 10000; ++i)
 ///   bar((double)i);
 ///
-void IndVarSimplify::HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PN) {
+void IndVarSimplify::handleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PN) {
   unsigned IncomingEdge = L->contains(PN->getIncomingBlock(0));
   unsigned BackEdge     = IncomingEdge^1;
 
   // Check incoming value.
-  ConstantFP *InitValueVal =
-    dyn_cast<ConstantFP>(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
+  auto *InitValueVal = dyn_cast<ConstantFP>(PN->getIncomingValue(IncomingEdge));
 
   int64_t InitValue;
   if (!InitValueVal || !ConvertToSInt(InitValueVal->getValueAPF(), InitValue))
@@ -252,36 +290,35 @@ void IndVarSimplify::HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PN) {
 
   // Check IV increment. Reject this PN if increment operation is not
   // 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;
+  auto *Incr = dyn_cast<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(BackEdge));
+  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.
@@ -298,7 +335,7 @@ 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;
 
@@ -429,14 +466,14 @@ void IndVarSimplify::HandleFloatingPointIV(Loop *L, PHINode *PN) {
   // platforms.
   if (WeakPH) {
     Value *Conv = new SIToFPInst(NewPHI, PN->getType(), "indvar.conv",
-                                 PN->getParent()->getFirstInsertionPt());
+                                 &*PN->getParent()->getFirstInsertionPt());
     PN->replaceAllUsesWith(Conv);
     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(PN, TLI);
   }
   Changed = true;
 }
 
-void IndVarSimplify::RewriteNonIntegerIVs(Loop *L) {
+void IndVarSimplify::rewriteNonIntegerIVs(Loop *L) {
   // First step.  Check to see if there are any floating-point recurrences.
   // If there are, change them into integer recurrences, permitting analysis by
   // the SCEV routines.
@@ -450,7 +487,7 @@ void IndVarSimplify::RewriteNonIntegerIVs(Loop *L) {
 
   for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i)
     if (PHINode *PN = dyn_cast_or_null<PHINode>(&*PHIs[i]))
-      HandleFloatingPointIV(L, PN);
+      handleFloatingPointIV(L, PN);
 
   // If the loop previously had floating-point IV, ScalarEvolution
   // may not have been able to compute a trip count. Now that we've done some
@@ -459,28 +496,57 @@ void IndVarSimplify::RewriteNonIntegerIVs(Loop *L) {
     SE->forgetLoop(L);
 }
 
+namespace {
+// Collect information about PHI nodes which can be transformed in
+// rewriteLoopExitValues.
+struct RewritePhi {
+  PHINode *PN;
+  unsigned Ith;  // Ith incoming value.
+  Value *Val;    // Exit value after expansion.
+  bool HighCost; // High Cost when expansion.
+  bool SafePhi;  // LCSSASafePhiForRAUW.
+
+  RewritePhi(PHINode *P, unsigned I, Value *V, bool H, bool S)
+      : PN(P), Ith(I), Val(V), HighCost(H), SafePhi(S) {}
+};
+}
+
+Value *IndVarSimplify::expandSCEVIfNeeded(SCEVExpander &Rewriter, const SCEV *S,
+                                          Loop *L, Instruction *InsertPt,
+                                          Type *ResultTy) {
+  // Before expanding S into an expensive LLVM expression, see if we can use an
+  // already existing value as the expansion for S.
+  if (Value *ExistingValue = Rewriter.findExistingExpansion(S, InsertPt, L))
+    if (ExistingValue->getType() == ResultTy)
+      return ExistingValue;
+
+  // We didn't find anything, fall back to using SCEVExpander.
+  return Rewriter.expandCodeFor(S, ResultTy, InsertPt);
+}
+
 //===----------------------------------------------------------------------===//
-// RewriteLoopExitValues - Optimize IV users outside the loop.
+// rewriteLoopExitValues - Optimize IV users outside the loop.
 // As a side effect, reduces the amount of IV processing within the loop.
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-/// RewriteLoopExitValues - 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 that are recurrent in the loop, and
-/// substitute the exit values from the loop into any instructions outside of
-/// the loop that use the final values of the current expressions.
+/// 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
+/// that are recurrent in the loop, and substitute the exit values from the loop
+/// into any instructions outside of the loop that use the final values of the
+/// current expressions.
 ///
 /// This is mostly redundant with the regular IndVarSimplify activities that
 /// happen later, except that it's more powerful in some cases, because it's
 /// able to brute-force evaluate arbitrary instructions as long as they have
 /// constant operands at the beginning of the loop.
-void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
-  // Verify the input to the pass in already in LCSSA form.
-  assert(L->isLCSSAForm(*DT));
+void IndVarSimplify::rewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
+  // Check a pre-condition.
+  assert(L->isRecursivelyLCSSAForm(*DT) && "Indvars did not preserve LCSSA!");
 
   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
   L->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
 
+  SmallVector<RewritePhi, 8> RewritePhiSet;
   // Find all values that are computed inside the loop, but used outside of it.
   // Because of LCSSA, these values will only occur in LCSSA PHI Nodes.  Scan
   // the exit blocks of the loop to find them.
@@ -494,6 +560,21 @@ 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++))) {
@@ -545,8 +626,8 @@ void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
           unsigned NumHardInternalUses = 0;
           unsigned NumSoftExternalUses = 0;
           unsigned NumUses = 0;
-          for (Value::use_iterator IB=Inst->use_begin(), IE=Inst->use_end();
-               IB!=IE && NumUses<=6 ; ++IB) {
+          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++;
@@ -558,9 +639,9 @@ void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
                 // Do not count the Phi as a use. LCSSA may have inserted
                 // plenty of trivial ones.
                 NumUses--;
-                for (Value::use_iterator PB=UseInstr->use_begin(),
-                                         PE=UseInstr->use_end();
-                     PB!=PE && NumUses<=6 ; ++PB, ++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++;
@@ -575,7 +656,9 @@ void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
             continue;
         }
 
-        Value *ExitVal = Rewriter.expandCodeFor(ExitValue, PN->getType(), Inst);
+        bool HighCost = Rewriter.isHighCostExpansion(ExitValue, L, Inst);
+        Value *ExitVal =
+            expandSCEVIfNeeded(Rewriter, ExitValue, L, Inst, PN->getType());
 
         DEBUG(dbgs() << "INDVARS: RLEV: AfterLoopVal = " << *ExitVal << '\n'
                      << "  LoopVal = " << *Inst << "\n");
@@ -584,33 +667,43 @@ void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
           DeadInsts.push_back(ExitVal);
           continue;
         }
-        Changed = true;
-        ++NumReplaced;
 
-        PN->setIncomingValue(i, ExitVal);
+        // Collect all the candidate PHINodes to be rewritten.
+        RewritePhiSet.push_back(
+            RewritePhi(PN, i, ExitVal, HighCost, LCSSASafePhiForRAUW));
+      }
+    }
+  }
 
-        // 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);
+  bool LoopCanBeDel = canLoopBeDeleted(L, RewritePhiSet);
 
-        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.
-          PN->replaceAllUsesWith(ExitVal);
-          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.
-        PHINode *NewPN = cast<PHINode>(PN->clone());
-        NewPN->takeName(PN);
-        NewPN->insertBefore(PN);
-        PN->replaceAllUsesWith(NewPN);
-        PN->eraseFromParent();
-      }
+  // Transformation.
+  for (const RewritePhi &Phi : RewritePhiSet) {
+    PHINode *PN = Phi.PN;
+    Value *ExitVal = Phi.Val;
+
+    // Only do the rewrite when the ExitValue can be expanded cheaply.
+    // If LoopCanBeDel is true, rewrite exit value aggressively.
+    if (ReplaceExitValue == OnlyCheapRepl && !LoopCanBeDel && Phi.HighCost) {
+      DeadInsts.push_back(ExitVal);
+      continue;
+    }
+
+    Changed = true;
+    ++NumReplaced;
+    Instruction *Inst = cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(Phi.Ith));
+    PN->setIncomingValue(Phi.Ith, ExitVal);
+
+    // 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 we determined that this PHI is safe to replace even if an LCSSA
+    // PHI, do so.
+    if (Phi.SafePhi) {
+      PN->replaceAllUsesWith(ExitVal);
+      PN->eraseFromParent();
     }
   }
 
@@ -619,51 +712,102 @@ void IndVarSimplify::RewriteLoopExitValues(Loop *L, SCEVExpander &Rewriter) {
   Rewriter.clearInsertPoint();
 }
 
-//===----------------------------------------------------------------------===//
-//  IV Widening - Extend the width of an IV to cover its widest uses.
-//===----------------------------------------------------------------------===//
+/// Check whether it is possible to delete the loop after rewriting exit
+/// value. If it is possible, ignore ReplaceExitValue and do rewriting
+/// aggressively.
+bool IndVarSimplify::canLoopBeDeleted(
+    Loop *L, SmallVector<RewritePhi, 8> &RewritePhiSet) {
 
-namespace {
-  // Collect information about induction variables that are used by sign/zero
-  // 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() : NarrowIV(0), WidestNativeType(0), IsSigned(false) {}
-  };
+  BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
+  // If there is no preheader, the loop will not be deleted.
+  if (!Preheader)
+    return false;
 
-  class WideIVVisitor : public IVVisitor {
-    ScalarEvolution *SE;
-    const DataLayout *TD;
+  // In LoopDeletion pass Loop can be deleted when ExitingBlocks.size() > 1.
+  // We obviate multiple ExitingBlocks case for simplicity.
+  // TODO: If we see testcase with multiple ExitingBlocks can be deleted
+  // after exit value rewriting, we can enhance the logic here.
+  SmallVector<BasicBlock *, 4> ExitingBlocks;
+  L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
+  SmallVector<BasicBlock *, 8> ExitBlocks;
+  L->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
+  if (ExitBlocks.size() > 1 || ExitingBlocks.size() > 1)
+    return false;
 
-  public:
-    WideIVInfo WI;
+  BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[0];
+  BasicBlock::iterator BI = ExitBlock->begin();
+  while (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(BI)) {
+    Value *Incoming = P->getIncomingValueForBlock(ExitingBlocks[0]);
+
+    // If the Incoming value of P is found in RewritePhiSet, we know it
+    // could be rewritten to use a loop invariant value in transformation
+    // phase later. Skip it in the loop invariant check below.
+    bool found = false;
+    for (const RewritePhi &Phi : RewritePhiSet) {
+      unsigned i = Phi.Ith;
+      if (Phi.PN == P && (Phi.PN)->getIncomingValue(i) == Incoming) {
+        found = true;
+        break;
+      }
+    }
 
-    WideIVVisitor(PHINode *NarrowIV, ScalarEvolution *SCEV,
-                  const DataLayout *TData) :
-      SE(SCEV), TD(TData) { WI.NarrowIV = NarrowIV; }
+    Instruction *I;
+    if (!found && (I = dyn_cast<Instruction>(Incoming)))
+      if (!L->hasLoopInvariantOperands(I))
+        return false;
 
-    // Implement the interface used by simplifyUsersOfIV.
-    virtual void visitCast(CastInst *Cast);
-  };
+    ++BI;
+  }
+
+  for (auto *BB : L->blocks())
+    if (any_of(*BB, [](Instruction &I) { return I.mayHaveSideEffects(); }))
+      return false;
+
+  return true;
 }
 
-/// 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) {
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//  IV Widening - Extend the width of an IV to cover its widest uses.
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+
+namespace {
+// Collect information about induction variables that are used by sign/zero
+// extend operations. This information is recorded by CollectExtend and provides
+// the input to WidenIV.
+struct WideIVInfo {
+  PHINode *NarrowIV = nullptr;
+  Type *WidestNativeType = nullptr; // Widest integer type created [sz]ext
+  bool IsSigned = false;            // Was a sext user seen before a zext?
+};
+}
+
+/// 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.
+static void visitIVCast(CastInst *Cast, WideIVInfo &WI, ScalarEvolution *SE,
+                        const TargetTransformInfo *TTI) {
   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 (!Cast->getModule()->getDataLayout().isLegalInteger(Width))
     return;
 
+  // Cast is either an sext or zext up to this point.
+  // We should not widen an indvar if arithmetics on the wider indvar are more
+  // expensive than those on the narrower indvar. We check only the cost of ADD
+  // because at least an ADD is required to increment the induction variable. We
+  // could compute more comprehensively the cost of all instructions on the
+  // induction variable when necessary.
+  if (TTI &&
+      TTI->getArithmeticInstrCost(Instruction::Add, Ty) >
+          TTI->getArithmeticInstrCost(Instruction::Add,
+                                      Cast->getOperand(0)->getType())) {
+    return;
+  }
+
   if (!WI.WidestNativeType) {
     WI.WidestNativeType = SE->getEffectiveSCEVType(Ty);
     WI.IsSigned = IsSigned;
@@ -680,24 +824,29 @@ void WideIVVisitor::visitCast(CastInst *Cast) {
 
 namespace {
 
-/// NarrowIVDefUse - Record a link in the Narrow IV def-use chain along with the
-/// WideIV that computes the same value as the Narrow IV def.  This avoids
-/// caching Use* pointers.
+/// Record a link in the Narrow IV def-use chain along with the WideIV that
+/// computes the same value as the Narrow IV def.  This avoids caching Use*
+/// pointers.
 struct NarrowIVDefUse {
-  Instruction *NarrowDef;
-  Instruction *NarrowUse;
-  Instruction *WideDef;
-
-  NarrowIVDefUse(): NarrowDef(0), NarrowUse(0), WideDef(0) {}
-
-  NarrowIVDefUse(Instruction *ND, Instruction *NU, Instruction *WD):
-    NarrowDef(ND), NarrowUse(NU), WideDef(WD) {}
+  Instruction *NarrowDef = nullptr;
+  Instruction *NarrowUse = nullptr;
+  Instruction *WideDef = nullptr;
+
+  // True if the narrow def is never negative.  Tracking this information lets
+  // us use a sign extension instead of a zero extension or vice versa, when
+  // profitable and legal.
+  bool NeverNegative = false;
+
+  NarrowIVDefUse(Instruction *ND, Instruction *NU, Instruction *WD,
+                 bool NeverNegative)
+      : NarrowDef(ND), NarrowUse(NU), WideDef(WD),
+        NeverNegative(NeverNegative) {}
 };
 
-/// WidenIV - The goal of this transform is to remove sign and zero extends
-/// without creating any new induction variables. To do this, it creates a new
-/// phi of the wider type and redirects all users, either removing extends or
-/// inserting truncs whenever we stop propagating the type.
+/// The goal of this transform is to remove sign and zero extends without
+/// creating any new induction variables. To do this, it creates a new phi of
+/// the wider type and redirects all users, either removing extends or inserting
+/// truncs whenever we stop propagating the type.
 ///
 class WidenIV {
   // Parameters
@@ -731,34 +880,42 @@ public:
     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");
   }
 
-  PHINode *CreateWideIV(SCEVExpander &Rewriter);
+  PHINode *createWideIV(SCEVExpander &Rewriter);
 
 protected:
-  Value *getExtend(Value *NarrowOper, Type *WideType, bool IsSigned,
-                   Instruction *Use);
+  Value *createExtendInst(Value *NarrowOper, Type *WideType, bool IsSigned,
+                          Instruction *Use);
 
-  Instruction *CloneIVUser(NarrowIVDefUse DU);
+  Instruction *cloneIVUser(NarrowIVDefUse DU, const SCEVAddRecExpr *WideAR);
+  Instruction *cloneArithmeticIVUser(NarrowIVDefUse DU,
+                                     const SCEVAddRecExpr *WideAR);
+  Instruction *cloneBitwiseIVUser(NarrowIVDefUse DU);
 
-  const SCEVAddRecExpr *GetWideRecurrence(Instruction *NarrowUse);
+  const SCEVAddRecExpr *getWideRecurrence(Instruction *NarrowUse);
 
-  const SCEVAddRecExpr* GetExtendedOperandRecurrence(NarrowIVDefUse DU);
+  const SCEVAddRecExpr* getExtendedOperandRecurrence(NarrowIVDefUse DU);
 
-  Instruction *WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU, SCEVExpander &Rewriter);
+  const SCEV *getSCEVByOpCode(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
+                              unsigned OpCode) const;
+
+  Instruction *widenIVUse(NarrowIVDefUse DU, SCEVExpander &Rewriter);
+
+  bool widenLoopCompare(NarrowIVDefUse DU);
 
   void pushNarrowIVUsers(Instruction *NarrowDef, Instruction *WideDef);
 };
 } // anonymous namespace
 
-/// 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.
+/// 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)
@@ -767,8 +924,8 @@ static bool isLoopInvariant(Value *V, const Loop *L, const DominatorTree *DT) {
   return DT->properlyDominates(Inst->getParent(), L->getHeader());
 }
 
-Value *WidenIV::getExtend(Value *NarrowOper, Type *WideType, bool IsSigned,
-                          Instruction *Use) {
+Value *WidenIV::createExtendInst(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.
@@ -781,66 +938,184 @@ Value *WidenIV::getExtend(Value *NarrowOper, Type *WideType, bool IsSigned,
                     Builder.CreateZExt(NarrowOper, WideType);
 }
 
-/// CloneIVUser - Instantiate a wide operation to replace a narrow
-/// operation. This only needs to handle operations that can evaluation to
-/// SCEVAddRec. It can safely return 0 for any operation we decide not to clone.
-Instruction *WidenIV::CloneIVUser(NarrowIVDefUse DU) {
+/// Instantiate a wide operation to replace a narrow operation. This only needs
+/// to handle operations that can evaluation to SCEVAddRec. It can safely return
+/// 0 for any operation we decide not to clone.
+Instruction *WidenIV::cloneIVUser(NarrowIVDefUse DU,
+                                  const SCEVAddRecExpr *WideAR) {
   unsigned Opcode = DU.NarrowUse->getOpcode();
   switch (Opcode) {
   default:
-    return 0;
+    return nullptr;
   case Instruction::Add:
   case Instruction::Mul:
   case Instruction::UDiv:
   case Instruction::Sub:
+    return cloneArithmeticIVUser(DU, WideAR);
+
   case Instruction::And:
   case Instruction::Or:
   case Instruction::Xor:
   case Instruction::Shl:
   case Instruction::LShr:
   case Instruction::AShr:
-    DEBUG(dbgs() << "Cloning IVUser: " << *DU.NarrowUse << "\n");
-
-    // 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, DU.NarrowUse);
-    Value *RHS = (DU.NarrowUse->getOperand(1) == DU.NarrowDef) ? DU.WideDef :
-      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)) {
-      if (OBO->hasNoUnsignedWrap()) WideBO->setHasNoUnsignedWrap();
-      if (OBO->hasNoSignedWrap()) WideBO->setHasNoSignedWrap();
+    return cloneBitwiseIVUser(DU);
+  }
+}
+
+Instruction *WidenIV::cloneBitwiseIVUser(NarrowIVDefUse DU) {
+  Instruction *NarrowUse = DU.NarrowUse;
+  Instruction *NarrowDef = DU.NarrowDef;
+  Instruction *WideDef = DU.WideDef;
+
+  DEBUG(dbgs() << "Cloning bitwise IVUser: " << *NarrowUse << "\n");
+
+  // 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 = (NarrowUse->getOperand(0) == NarrowDef)
+                   ? WideDef
+                   : createExtendInst(NarrowUse->getOperand(0), WideType,
+                                      IsSigned, NarrowUse);
+  Value *RHS = (NarrowUse->getOperand(1) == NarrowDef)
+                   ? WideDef
+                   : createExtendInst(NarrowUse->getOperand(1), WideType,
+                                      IsSigned, NarrowUse);
+
+  auto *NarrowBO = cast<BinaryOperator>(NarrowUse);
+  auto *WideBO = BinaryOperator::Create(NarrowBO->getOpcode(), LHS, RHS,
+                                        NarrowBO->getName());
+  IRBuilder<> Builder(NarrowUse);
+  Builder.Insert(WideBO);
+  WideBO->copyIRFlags(NarrowBO);
+  return WideBO;
+}
+
+Instruction *WidenIV::cloneArithmeticIVUser(NarrowIVDefUse DU,
+                                            const SCEVAddRecExpr *WideAR) {
+  Instruction *NarrowUse = DU.NarrowUse;
+  Instruction *NarrowDef = DU.NarrowDef;
+  Instruction *WideDef = DU.WideDef;
+
+  DEBUG(dbgs() << "Cloning arithmetic IVUser: " << *NarrowUse << "\n");
+
+  unsigned IVOpIdx = (NarrowUse->getOperand(0) == NarrowDef) ? 0 : 1;
+
+  // We're trying to find X such that
+  //
+  //  Widen(NarrowDef `op` NonIVNarrowDef) == WideAR == WideDef `op.wide` X
+  //
+  // We guess two solutions to X, sext(NonIVNarrowDef) and zext(NonIVNarrowDef),
+  // and check using SCEV if any of them are correct.
+
+  // Returns true if extending NonIVNarrowDef according to `SignExt` is a
+  // correct solution to X.
+  auto GuessNonIVOperand = [&](bool SignExt) {
+    const SCEV *WideLHS;
+    const SCEV *WideRHS;
+
+    auto GetExtend = [this, SignExt](const SCEV *S, Type *Ty) {
+      if (SignExt)
+        return SE->getSignExtendExpr(S, Ty);
+      return SE->getZeroExtendExpr(S, Ty);
+    };
+
+    if (IVOpIdx == 0) {
+      WideLHS = SE->getSCEV(WideDef);
+      const SCEV *NarrowRHS = SE->getSCEV(NarrowUse->getOperand(1));
+      WideRHS = GetExtend(NarrowRHS, WideType);
+    } else {
+      const SCEV *NarrowLHS = SE->getSCEV(NarrowUse->getOperand(0));
+      WideLHS = GetExtend(NarrowLHS, WideType);
+      WideRHS = SE->getSCEV(WideDef);
     }
-    return WideBO;
+
+    // WideUse is "WideDef `op.wide` X" as described in the comment.
+    const SCEV *WideUse = nullptr;
+
+    switch (NarrowUse->getOpcode()) {
+    default:
+      llvm_unreachable("No other possibility!");
+
+    case Instruction::Add:
+      WideUse = SE->getAddExpr(WideLHS, WideRHS);
+      break;
+
+    case Instruction::Mul:
+      WideUse = SE->getMulExpr(WideLHS, WideRHS);
+      break;
+
+    case Instruction::UDiv:
+      WideUse = SE->getUDivExpr(WideLHS, WideRHS);
+      break;
+
+    case Instruction::Sub:
+      WideUse = SE->getMinusSCEV(WideLHS, WideRHS);
+      break;
+    }
+
+    return WideUse == WideAR;
+  };
+
+  bool SignExtend = IsSigned;
+  if (!GuessNonIVOperand(SignExtend)) {
+    SignExtend = !SignExtend;
+    if (!GuessNonIVOperand(SignExtend))
+      return nullptr;
   }
+
+  Value *LHS = (NarrowUse->getOperand(0) == NarrowDef)
+                   ? WideDef
+                   : createExtendInst(NarrowUse->getOperand(0), WideType,
+                                      SignExtend, NarrowUse);
+  Value *RHS = (NarrowUse->getOperand(1) == NarrowDef)
+                   ? WideDef
+                   : createExtendInst(NarrowUse->getOperand(1), WideType,
+                                      SignExtend, NarrowUse);
+
+  auto *NarrowBO = cast<BinaryOperator>(NarrowUse);
+  auto *WideBO = BinaryOperator::Create(NarrowBO->getOpcode(), LHS, RHS,
+                                        NarrowBO->getName());
+
+  IRBuilder<> Builder(NarrowUse);
+  Builder.Insert(WideBO);
+  WideBO->copyIRFlags(NarrowBO);
+  return WideBO;
+}
+
+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);
+
+  llvm_unreachable("Unsupported opcode.");
 }
 
 /// 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) {
+const SCEVAddRecExpr* WidenIV::getExtendedOperandRecurrence(NarrowIVDefUse DU) {
+
   // Handle the common case of add<nsw/nuw>
-  if (DU.NarrowUse->getOpcode() != Instruction::Add)
-    return 0;
+  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;
+  const unsigned ExtendOperIdx =
+      DU.NarrowUse->getOperand(0) == DU.NarrowDef ? 1 : 0;
   assert(DU.NarrowUse->getOperand(1-ExtendOperIdx) == DU.NarrowDef && "bad DU");
 
-  const SCEV *ExtendOperExpr = 0;
+  const SCEV *ExtendOperExpr = nullptr;
   const OverflowingBinaryOperator *OBO =
     cast<OverflowingBinaryOperator>(DU.NarrowUse);
   if (IsSigned && OBO->hasNoSignedWrap())
@@ -850,36 +1125,42 @@ const SCEVAddRecExpr* WidenIV::GetExtendedOperandRecurrence(NarrowIVDefUse DU) {
     ExtendOperExpr = SE->getZeroExtendExpr(
       SE->getSCEV(DU.NarrowUse->getOperand(ExtendOperIdx)), WideType);
   else
-    return 0;
+    return nullptr;
 
-  // When creating this AddExpr, don't apply the current operations NSW or NUW
+  // 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>(
-    SE->getAddExpr(SE->getSCEV(DU.WideDef), ExtendOperExpr));
+  const SCEV *lhs = SE->getSCEV(DU.WideDef);
+  const SCEV *rhs = ExtendOperExpr;
+
+  // Let's swap operands to the initial order for the case of non-commutative
+  // operations, like SUB. See PR21014.
+  if (ExtendOperIdx == 0)
+    std::swap(lhs, rhs);
+  const SCEVAddRecExpr *AddRec =
+      dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(getSCEVByOpCode(lhs, rhs, OpCode));
 
   if (!AddRec || AddRec->getLoop() != L)
-    return 0;
+    return nullptr;
   return AddRec;
 }
 
-/// GetWideRecurrence - Is this instruction potentially interesting from
-/// IVUsers' perspective after widening it's type? In other words, can the
-/// extend be safely hoisted out of the loop with SCEV reducing the value to a
-/// recurrence on the same loop. If so, return the sign or zero extended
-/// recurrence. Otherwise return NULL.
-const SCEVAddRecExpr *WidenIV::GetWideRecurrence(Instruction *NarrowUse) {
+/// Is this instruction potentially interesting for further simplification after
+/// widening it's type? In other words, can the extend be safely hoisted out of
+/// the loop with SCEV reducing the value to a recurrence on the same loop. If
+/// so, return the sign or zero extended 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 ?
@@ -887,19 +1168,92 @@ 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;
 }
 
-/// 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, SCEVExpander &Rewriter) {
+/// 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, LoopInfo *LI) {
+  DEBUG(dbgs() << "INDVARS: Truncate IV " << *DU.WideDef
+        << " for user " << *DU.NarrowUse << "\n");
+  IRBuilder<> Builder(
+      getInsertPointForUses(DU.NarrowUse, DU.NarrowDef, DT, LI));
+  Value *Trunc = Builder.CreateTrunc(DU.WideDef, DU.NarrowDef->getType());
+  DU.NarrowUse->replaceUsesOfWith(DU.NarrowDef, Trunc);
+}
 
-  // 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 the narrow use is a compare instruction, then widen the compare
+//  (and possibly the other operand).  The extend operation is hoisted into the
+// loop preheader as far as possible.
+bool WidenIV::widenLoopCompare(NarrowIVDefUse DU) {
+  ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(DU.NarrowUse);
+  if (!Cmp)
+    return false;
+
+  // We can legally widen the comparison in the following two cases:
+  //
+  //  - The signedness of the IV extension and comparison match
+  //
+  //  - The narrow IV is always positive (and thus its sign extension is equal
+  //    to its zero extension).  For instance, let's say we're zero extending
+  //    %narrow for the following use
+  //
+  //      icmp slt i32 %narrow, %val   ... (A)
+  //
+  //    and %narrow is always positive.  Then
+  //
+  //      (A) == icmp slt i32 sext(%narrow), sext(%val)
+  //          == icmp slt i32 zext(%narrow), sext(%val)
+
+  if (!(DU.NeverNegative || IsSigned == Cmp->isSigned()))
+    return false;
+
+  Value *Op = Cmp->getOperand(Cmp->getOperand(0) == DU.NarrowDef ? 1 : 0);
+  unsigned CastWidth = SE->getTypeSizeInBits(Op->getType());
+  unsigned IVWidth = SE->getTypeSizeInBits(WideType);
+  assert (CastWidth <= IVWidth && "Unexpected width while widening compare.");
+
+  // Widen the compare instruction.
+  IRBuilder<> Builder(
+      getInsertPointForUses(DU.NarrowUse, DU.NarrowDef, DT, LI));
+  DU.NarrowUse->replaceUsesOfWith(DU.NarrowDef, DU.WideDef);
+
+  // Widen the other operand of the compare, if necessary.
+  if (CastWidth < IVWidth) {
+    Value *ExtOp = createExtendInst(Op, WideType, Cmp->isSigned(), Cmp);
+    DU.NarrowUse->replaceUsesOfWith(Op, ExtOp);
+  }
+  return true;
+}
 
+/// 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, SCEVExpander &Rewriter) {
+
+  // Stop traversing the def-use chain at inner-loop phis or post-loop phis.
+  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, LI);
+      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.emplace_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;
@@ -926,7 +1280,7 @@ Instruction *WidenIV::WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU, SCEVExpander &Rewriter) {
             << " replaced by " << *DU.WideDef << "\n");
       ++NumElimExt;
       DU.NarrowUse->replaceAllUsesWith(NewDef);
-      DeadInsts.push_back(DU.NarrowUse);
+      DeadInsts.emplace_back(DU.NarrowUse);
     }
     // Now that the extend is gone, we want to expose it's uses for potential
     // further simplification. We don't need to directly inform SimplifyIVUsers
@@ -935,22 +1289,25 @@ Instruction *WidenIV::WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU, SCEVExpander &Rewriter) {
     // 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);
-  }
+  const SCEVAddRecExpr *WideAddRec = getWideRecurrence(DU.NarrowUse);
+  if (!WideAddRec)
+    WideAddRec = getExtendedOperandRecurrence(DU);
+
   if (!WideAddRec) {
+    // If use is a loop condition, try to promote the condition instead of
+    // truncating the IV first.
+    if (widenLoopCompare(DU))
+      return nullptr;
+
     // 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, LI);
+    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.
@@ -959,14 +1316,14 @@ Instruction *WidenIV::WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU, SCEVExpander &Rewriter) {
 
   // Reuse the IV increment that SCEVExpander created as long as it dominates
   // NarrowUse.
-  Instruction *WideUse = 0;
+  Instruction *WideUse = nullptr;
   if (WideAddRec == WideIncExpr
       && Rewriter.hoistIVInc(WideInc, DU.NarrowUse))
     WideUse = WideInc;
   else {
-    WideUse = CloneIVUser(DU);
+    WideUse = cloneIVUser(DU, WideAddRec);
     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
@@ -976,44 +1333,47 @@ Instruction *WidenIV::WidenIVUse(NarrowIVDefUse DU, SCEVExpander &Rewriter) {
   if (WideAddRec != SE->getSCEV(WideUse)) {
     DEBUG(dbgs() << "Wide use expression mismatch: " << *WideUse
           << ": " << *SE->getSCEV(WideUse) << " != " << *WideAddRec << "\n");
-    DeadInsts.push_back(WideUse);
-    return 0;
+    DeadInsts.emplace_back(WideUse);
+    return nullptr;
   }
 
   // Returning WideUse pushes it on the worklist.
   return WideUse;
 }
 
-/// pushNarrowIVUsers - Add eligible users of NarrowDef to NarrowIVUsers.
+/// 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);
+  const SCEV *NarrowSCEV = SE->getSCEV(NarrowDef);
+  bool NeverNegative =
+      SE->isKnownPredicate(ICmpInst::ICMP_SGE, NarrowSCEV,
+                           SE->getConstant(NarrowSCEV->getType(), 0));
+  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).second)
       continue;
 
-    NarrowIVUsers.push_back(NarrowIVDefUse(NarrowDef, NarrowUse, WideDef));
+    NarrowIVUsers.push_back(
+        NarrowIVDefUse(NarrowDef, NarrowUser, WideDef, NeverNegative));
   }
 }
 
-/// CreateWideIV - Process a single induction variable. First use the
-/// SCEVExpander to create a wide induction variable that evaluates to the same
-/// recurrence as the original narrow IV. Then use a worklist to forward
-/// traverse the narrow IV's def-use chain. After WidenIVUse has processed all
-/// interesting IV users, the narrow IV will be isolated for removal by
-/// DeleteDeadPHIs.
+/// Process a single induction variable. First use the SCEVExpander to create a
+/// wide induction variable that evaluates to the same recurrence as the
+/// original narrow IV. Then use a worklist to forward traverse the narrow IV's
+/// def-use chain. After widenIVUse has processed all interesting IV users, the
+/// narrow IV will be isolated for removal by DeleteDeadPHIs.
 ///
 /// It would be simpler to delete uses as they are processed, but we must avoid
 /// invalidating SCEV expressions.
 ///
-PHINode *WidenIV::CreateWideIV(SCEVExpander &Rewriter) {
+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 ?
@@ -1026,7 +1386,7 @@ 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
@@ -1039,11 +1399,11 @@ PHINode *WidenIV::CreateWideIV(SCEVExpander &Rewriter) {
   // either find an existing phi or materialize a new one. Either way, we
   // expect a well-formed cyclic phi-with-increments. i.e. any operand not part
   // of the phi-SCC dominates the loop entry.
-  Instruction *InsertPt = L->getHeader()->begin();
+  Instruction *InsertPt = &L->getHeader()->front();
   WidePhi = cast<PHINode>(Rewriter.expandCodeFor(AddRec, WideType, InsertPt));
 
   // Remembering the WideIV increment generated by SCEVExpander allows
-  // WidenIVUse to reuse it when widening the narrow IV's increment. We don't
+  // widenIVUse to reuse it when widening the narrow IV's increment. We don't
   // employ a general reuse mechanism because the call above is the only call to
   // SCEVExpander. Henceforth, we produce 1-to-1 narrow to wide uses.
   if (BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch()) {
@@ -1066,33 +1426,61 @@ 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, Rewriter);
+    Instruction *WideUse = widenIVUse(DU, Rewriter);
 
     // Follow all def-use edges from the previous narrow use.
     if (WideUse)
       pushNarrowIVUsers(DU.NarrowUse, WideUse);
 
-    // WidenIVUse may have removed the def-use edge.
+    // widenIVUse may have removed the def-use edge.
     if (DU.NarrowDef->use_empty())
-      DeadInsts.push_back(DU.NarrowDef);
+      DeadInsts.emplace_back(DU.NarrowDef);
   }
   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 TargetTransformInfo *TTI;
+  PHINode *IVPhi;
+
+public:
+  WideIVInfo WI;
+
+  IndVarSimplifyVisitor(PHINode *IV, ScalarEvolution *SCEV,
+                        const TargetTransformInfo *TTI,
+                        const DominatorTree *DTree)
+    : SE(SCEV), TTI(TTI), IVPhi(IV) {
+    DT = DTree;
+    WI.NarrowIV = IVPhi;
+    if (ReduceLiveIVs)
+      setSplitOverflowIntrinsics();
+  }
 
-/// SimplifyAndExtend - Iteratively perform simplification on a worklist of IV
-/// users. Each successive simplification may push more users which may
-/// themselves be candidates for simplification.
+  // Implement the interface used by simplifyUsersOfIV.
+  void visitCast(CastInst *Cast) override { visitIVCast(Cast, WI, SE, TTI); }
+};
+}
+
+/// Iteratively perform simplification on a worklist of IV users. Each
+/// successive simplification may push more users which may themselves be
+/// candidates for simplification.
 ///
 /// Sign/Zero extend elimination is interleaved with IV simplification.
 ///
-void IndVarSimplify::SimplifyAndExtend(Loop *L,
+void IndVarSimplify::simplifyAndExtend(Loop *L,
                                        SCEVExpander &Rewriter,
-                                       LPPassManager &LPM) {
+                                       LoopInfo *LI) {
   SmallVector<WideIVInfo, 8> WideIVs;
 
   SmallVector<PHINode*, 8> LoopPhis;
@@ -1109,23 +1497,23 @@ void IndVarSimplify::SimplifyAndExtend(Loop *L,
     // extension. The first time SCEV attempts to normalize sign/zero extension,
     // the result becomes final. So for the most predictable results, we delay
     // evaluation of sign/zero extend evaluation until needed, and avoid running
-    // other SCEV based analysis prior to SimplifyAndExtend.
+    // other SCEV based analysis prior to simplifyAndExtend.
     do {
       PHINode *CurrIV = LoopPhis.pop_back_val();
 
       // Information about sign/zero extensions of CurrIV.
-      WideIVVisitor WIV(CurrIV, SE, TD);
+      IndVarSimplifyVisitor Visitor(CurrIV, SE, TTI, DT);
 
-      Changed |= simplifyUsersOfIV(CurrIV, SE, &LPM, DeadInsts, &WIV);
+      Changed |= simplifyUsersOfIV(CurrIV, SE, DT, LI, DeadInsts, &Visitor);
 
-      if (WIV.WI.WidestNativeType) {
-        WideIVs.push_back(WIV.WI);
+      if (Visitor.WI.WidestNativeType) {
+        WideIVs.push_back(Visitor.WI);
       }
     } while(!LoopPhis.empty());
 
     for (; !WideIVs.empty(); WideIVs.pop_back()) {
       WidenIV Widener(WideIVs.back(), LI, SE, DT, DeadInsts);
-      if (PHINode *WidePhi = Widener.CreateWideIV(Rewriter)) {
+      if (PHINode *WidePhi = Widener.createWideIV(Rewriter)) {
         Changed = true;
         LoopPhis.push_back(WidePhi);
       }
@@ -1134,61 +1522,12 @@ void IndVarSimplify::SimplifyAndExtend(Loop *L,
 }
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
-//  LinearFunctionTestReplace and its kin. Rewrite the loop exit condition.
+//  linearFunctionTestReplace and its kin. Rewrite the loop exit condition.
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-/// Check for expressions that ScalarEvolution generates to compute
-/// 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,
-                                SmallPtrSet<const SCEV*, 8> &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
-  // find a UDiv in the code with some simple searching, assume the former and
-  // forego rewriting the loop.
-  if (isa<SCEVUDivExpr>(S)) {
-    ICmpInst *OrigCond = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
-    if (!OrigCond) return true;
-    const SCEV *R = SE->getSCEV(OrigCond->getOperand(1));
-    R = SE->getMinusSCEV(R, SE->getConstant(R->getType(), 1));
-    if (R != S) {
-      const SCEV *L = SE->getSCEV(OrigCond->getOperand(0));
-      L = SE->getMinusSCEV(L, SE->getConstant(L->getType(), 1));
-      if (L != S)
-        return true;
-    }
-  }
-
-  // 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, Processed, SE))
-        return true;
-    }
-    return false;
-  }
-
-  // HowManyLessThans uses a Max expression whenever the loop is not guarded by
-  // the exit condition.
-  if (isa<SCEVSMaxExpr>(S) || isa<SCEVUMaxExpr>(S))
-    return true;
-
-  // 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.
+/// 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
@@ -1199,7 +1538,8 @@ static bool isHighCostExpansion(const SCEV *S, BranchInst *BI,
 /// 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) {
+static bool canExpandBackedgeTakenCount(Loop *L, ScalarEvolution *SE,
+                                        SCEVExpander &Rewriter) {
   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount) ||
       BackedgeTakenCount->isZero())
@@ -1209,23 +1549,20 @@ static bool canExpandBackedgeTakenCount(Loop *L, ScalarEvolution *SE) {
     return false;
 
   // Can't rewrite non-branch yet.
-  BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
-  if (!BI)
+  if (!isa<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator()))
     return false;
 
-  SmallPtrSet<const SCEV*, 8> Processed;
-  if (isHighCostExpansion(BackedgeTakenCount, BI, Processed, SE))
+  if (Rewriter.isHighCostExpansion(BackedgeTakenCount, L))
     return false;
 
   return true;
 }
 
-/// getLoopPhiForCounter - Return the loop header phi IFF IncV adds a loop
-/// invariant value to the phi.
+/// 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:
@@ -1236,17 +1573,17 @@ 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));
@@ -1254,7 +1591,7 @@ static PHINode *getLoopPhiForCounter(Value *IncV, Loop *L, DominatorTree *DT) {
     if (isLoopInvariant(IncI->getOperand(0), L, DT))
       return Phi;
   }
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
 
 /// Return the compare guarding the loop latch, or NULL for unrecognized tests.
@@ -1264,7 +1601,7 @@ static ICmpInst *getLoopTest(Loop *L) {
   BasicBlock *LatchBlock = L->getLoopLatch();
   // Don't bother with LFTR if the loop is not properly simplified.
   if (!LatchBlock)
-    return 0;
+    return nullptr;
 
   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(L->getExitingBlock()->getTerminator());
   assert(BI && "expected exit branch");
@@ -1272,8 +1609,8 @@ static ICmpInst *getLoopTest(Loop *L) {
   return dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
 }
 
-/// needsLFTR - LinearFunctionTestReplace policy. Return true unless we can show
-/// that the current exit test is already sufficiently canonical.
+/// 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 = getLoopTest(L);
@@ -1314,7 +1651,7 @@ static bool needsLFTR(Loop *L, DominatorTree *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, SmallPtrSet<Value*, 8> &Visited,
+static bool hasConcreteDefImpl(Value *V, SmallPtrSetImpl<Value*> &Visited,
                                unsigned Depth) {
   if (isa<Constant>(V))
     return !isa<UndefValue>(V);
@@ -1333,10 +1670,10 @@ static bool hasConcreteDefImpl(Value *V, SmallPtrSet<Value*, 8> &Visited,
     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))
+  for (Value *Op : I->operands()) {
+    if (!Visited.insert(Op).second)
       continue;
-    if (!hasConcreteDefImpl(*OI, Visited, Depth+1))
+    if (!hasConcreteDefImpl(Op, Visited, Depth+1))
       return false;
   }
   return true;
@@ -1353,25 +1690,21 @@ static bool hasConcreteDef(Value *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.
+/// 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.
+/// 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
@@ -1384,17 +1717,16 @@ static bool AlmostDeadIV(PHINode *Phi, BasicBlock *LatchBlock, Value *Cond) {
 /// FIXME: Accept non-unit stride as long as SCEV can reduce BECount * Stride.
 /// This is difficult in general for SCEV because of potential overflow. But we
 /// could at least handle constant BECounts.
-static PHINode *
-FindLoopCounter(Loop *L, const SCEV *BECount,
-                ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT, const DataLayout *TD) {
+static PHINode *FindLoopCounter(Loop *L, const SCEV *BECount,
+                                ScalarEvolution *SE, DominatorTree *DT) {
   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");
 
@@ -1415,7 +1747,8 @@ 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 ||
+        !L->getHeader()->getModule()->getDataLayout().isLegalInteger(PhiWidth))
       continue;
 
     const SCEV *Step = dyn_cast<SCEVConstant>(AR->getStepRecurrence(*SE));
@@ -1465,8 +1798,8 @@ FindLoopCounter(Loop *L, const SCEV *BECount,
   return BestPhi;
 }
 
-/// genLoopLimit - Help LinearFunctionTestReplace by generating a value that
-/// holds the RHS of the new loop test.
+/// 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));
@@ -1504,7 +1837,7 @@ static Value *genLoopLimit(PHINode *IndVar, const SCEV *IVCount, Loop *L,
            && "unit stride pointer IV must be i8*");
 
     IRBuilder<> Builder(L->getLoopPreheader()->getTerminator());
-    return Builder.CreateGEP(GEPBase, GEPOffset, "lftr.limit");
+    return Builder.CreateGEP(nullptr, GEPBase, GEPOffset, "lftr.limit");
   }
   else {
     // In any other case, convert both IVInit and IVCount to integers before
@@ -1518,7 +1851,7 @@ static Value *genLoopLimit(PHINode *IndVar, const SCEV *IVCount, Loop *L,
     // 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 = 0;
+    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())
@@ -1548,17 +1881,17 @@ static Value *genLoopLimit(PHINode *IndVar, const SCEV *IVCount, Loop *L,
   }
 }
 
-/// 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
-/// SCEV analysis can determine a loop-invariant trip count of the loop, which
-/// is actually a much broader range than just linear tests.
+/// 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 SCEV analysis can
+/// determine a loop-invariant trip count of the loop, which is actually a much
+/// broader range than just linear tests.
 Value *IndVarSimplify::
-LinearFunctionTestReplace(Loop *L,
+linearFunctionTestReplace(Loop *L,
                           const SCEV *BackedgeTakenCount,
                           PHINode *IndVar,
                           SCEVExpander &Rewriter) {
-  assert(canExpandBackedgeTakenCount(L, SE) && "precondition");
+  assert(canExpandBackedgeTakenCount(L, SE, Rewriter) && "precondition");
 
   // Initialize CmpIndVar and IVCount to their preincremented values.
   Value *CmpIndVar = IndVar;
@@ -1572,7 +1905,7 @@ LinearFunctionTestReplace(Loop *L,
     // 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));
+                             SE->getOne(BackedgeTakenCount->getType()));
     // 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.
@@ -1610,8 +1943,8 @@ LinearFunctionTestReplace(Loop *L,
     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();
+      const APInt &Start = cast<SCEVConstant>(ARStart)->getAPInt();
+      APInt Count = cast<SCEVConstant>(IVCount)->getAPInt();
       // Note that the post-inc value of BackedgeTakenCount may have overflowed
       // above such that IVCount is now zero.
       if (IVCount != BackedgeTakenCount && Count == 0) {
@@ -1649,21 +1982,21 @@ LinearFunctionTestReplace(Loop *L,
 }
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
-//  SinkUnusedInvariants. A late subpass to cleanup loop preheaders.
+//  sinkUnusedInvariants. A late subpass to cleanup loop preheaders.
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 /// If there's a single exit block, sink any loop-invariant values that
 /// were defined in the preheader but not used inside the loop into the
 /// exit block to reduce register pressure in the loop.
-void IndVarSimplify::SinkUnusedInvariants(Loop *L) {
+void IndVarSimplify::sinkUnusedInvariants(Loop *L) {
   BasicBlock *ExitBlock = L->getExitBlock();
   if (!ExitBlock) return;
 
   BasicBlock *Preheader = L->getLoopPreheader();
   if (!Preheader) return;
 
-  Instruction *InsertPt = ExitBlock->getFirstInsertionPt();
-  BasicBlock::iterator I = Preheader->getTerminator();
+  Instruction *InsertPt = &*ExitBlock->getFirstInsertionPt();
+  BasicBlock::iterator I(Preheader->getTerminator());
   while (I != Preheader->begin()) {
     --I;
     // New instructions were inserted at the end of the preheader.
@@ -1683,8 +2016,8 @@ void IndVarSimplify::SinkUnusedInvariants(Loop *L) {
     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
       continue;
 
-    // Skip landingpad instructions.
-    if (isa<LandingPadInst>(I))
+    // Skip eh pad instructions.
+    if (I->isEHPad())
       continue;
 
     // Don't sink alloca: we never want to sink static alloca's out of the
@@ -1697,13 +2030,12 @@ void IndVarSimplify::SinkUnusedInvariants(Loop *L) {
     // 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)) {
@@ -1717,7 +2049,7 @@ void IndVarSimplify::SinkUnusedInvariants(Loop *L) {
       continue;
 
     // Otherwise, sink it to the exit block.
-    Instruction *ToMove = I;
+    Instruction *ToMove = &*I;
     bool Done = false;
 
     if (I != Preheader->begin()) {
@@ -1743,6 +2075,9 @@ 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"
@@ -1754,23 +2089,26 @@ bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
   if (!L->isLoopSimplifyForm())
     return false;
 
-  LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
-  SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
-  DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
-  TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
-  TLI = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfo>();
+  LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
+  SE = &getAnalysis<ScalarEvolutionWrapperPass>().getSE();
+  DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
+  auto *TLIP = getAnalysisIfAvailable<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
+  TLI = TLIP ? &TLIP->getTLI() : nullptr;
+  auto *TTIP = getAnalysisIfAvailable<TargetTransformInfoWrapperPass>();
+  TTI = TTIP ? &TTIP->getTTI(*L->getHeader()->getParent()) : nullptr;
+  const DataLayout &DL = L->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
 
   DeadInsts.clear();
   Changed = false;
 
   // If there are any floating-point recurrences, attempt to
   // transform them to use integer recurrences.
-  RewriteNonIntegerIVs(L);
+  rewriteNonIntegerIVs(L);
 
   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE->getBackedgeTakenCount(L);
 
   // Create a rewriter object which we'll use to transform the code with.
-  SCEVExpander Rewriter(*SE, "indvars");
+  SCEVExpander Rewriter(*SE, DL, "indvars");
 #ifndef NDEBUG
   Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
 #endif
@@ -1782,7 +2120,7 @@ bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
   // other expressions involving loop IVs have been evaluated. This helps SCEV
   // set no-wrap flags before normalizing sign/zero extension.
   Rewriter.disableCanonicalMode();
-  SimplifyAndExtend(L, Rewriter, LPM);
+  simplifyAndExtend(L, Rewriter, LI);
 
   // 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
@@ -1790,28 +2128,29 @@ bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
   // loop into any instructions outside of the loop that use the final values of
   // the current expressions.
   //
-  if (!isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
-    RewriteLoopExitValues(L, Rewriter);
+  if (ReplaceExitValue != NeverRepl &&
+      !isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
+    rewriteLoopExitValues(L, Rewriter);
 
   // Eliminate redundant IV cycles.
   NumElimIV += Rewriter.replaceCongruentIVs(L, DT, DeadInsts);
 
   // 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.
-  if (canExpandBackedgeTakenCount(L, SE) && needsLFTR(L, DT)) {
-    PHINode *IndVar = FindLoopCounter(L, BackedgeTakenCount, SE, DT, TD);
+  if (canExpandBackedgeTakenCount(L, SE, Rewriter) && needsLFTR(L, DT)) {
+    PHINode *IndVar = FindLoopCounter(L, BackedgeTakenCount, SE, DT);
     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.
+      // 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,
+        (void)linearFunctionTestReplace(L, BackedgeTakenCount, IndVar,
                                         Rewriter);
     }
   }
@@ -1824,20 +2163,20 @@ bool IndVarSimplify::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
   // which are now dead.
   while (!DeadInsts.empty())
     if (Instruction *Inst =
-          dyn_cast_or_null<Instruction>(&*DeadInsts.pop_back_val()))
+            dyn_cast_or_null<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val()))
       RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst, TLI);
 
   // The Rewriter may not be used from this point on.
 
   // Loop-invariant instructions in the preheader that aren't used in the
   // loop may be sunk below the loop to reduce register pressure.
-  SinkUnusedInvariants(L);
+  sinkUnusedInvariants(L);
 
   // Clean up dead instructions.
   Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader(), TLI);
+
   // Check a post-condition.
-  assert(L->isLCSSAForm(*DT) &&
-         "Indvars did not leave the loop in lcssa form!");
+  assert(L->isRecursivelyLCSSAForm(*DT) && "Indvars did not preserve LCSSA!");
 
   // Verify that LFTR, and any other change have not interfered with SCEV's
   // ability to compute trip count.