[LoopStrengthReduce] Don't bother fixing up PHIs from EH Pad preds
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
index c7344f6bbd76bc10a9e1c1c1f9deae7134bc54fd..9351a284c86a68ba7c0d3d6891454dd9034b1fba 100644 (file)
@@ -28,7 +28,7 @@
 //
 // The SCEV for %i is {0,+,1}<%L>. The SCEV for %i.next is {1,+,1}<%L>, however
 // it's useful to think about these as the same register, with some uses using
-// the value of the register before the add and some using // it after. In this
+// the value of the register before the add and some using it after. In this
 // example, the icmp is a post-increment user, since it uses %i.next, which is
 // the value of the induction variable after the increment. The other common
 // case of post-increment users is users outside the loop.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
+#include "llvm/ADT/Hashing.h"
+#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
 #include "llvm/ADT/SmallBitVector.h"
-#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
-#include "llvm/Analysis/Dominators.h"
 #include "llvm/Analysis/IVUsers.h"
 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpander.h"
 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
-#include "llvm/Assembly/Writer.h"
 #include "llvm/IR/Constants.h"
 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
+#include "llvm/IR/Dominators.h"
 #include "llvm/IR/Instructions.h"
 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
+#include "llvm/IR/Module.h"
+#include "llvm/IR/ValueHandle.h"
 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
-#include "llvm/Support/ValueHandle.h"
 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
 #include <algorithm>
 using namespace llvm;
 
+#define DEBUG_TYPE "loop-reduce"
+
 /// MaxIVUsers is an arbitrary threshold that provides an early opportunitiy for
 /// bail out. This threshold is far beyond the number of users that LSR can
 /// conceivably solve, so it should not affect generated code, but catches the
@@ -103,15 +105,36 @@ static bool StressIVChain = false;
 
 namespace {
 
-/// RegSortData - This class holds data which is used to order reuse candidates.
+struct MemAccessTy {
+  /// Used in situations where the accessed memory type is unknown.
+  static const unsigned UnknownAddressSpace = ~0u;
+
+  Type *MemTy;
+  unsigned AddrSpace;
+
+  MemAccessTy() : MemTy(nullptr), AddrSpace(UnknownAddressSpace) {}
+
+  MemAccessTy(Type *Ty, unsigned AS) :
+    MemTy(Ty), AddrSpace(AS) {}
+
+  bool operator==(MemAccessTy Other) const {
+    return MemTy == Other.MemTy && AddrSpace == Other.AddrSpace;
+  }
+
+  bool operator!=(MemAccessTy Other) const { return !(*this == Other); }
+
+  static MemAccessTy getUnknown(LLVMContext &Ctx) {
+    return MemAccessTy(Type::getVoidTy(Ctx), UnknownAddressSpace);
+  }
+};
+
+/// This class holds data which is used to order reuse candidates.
 class RegSortData {
 public:
-  /// UsedByIndices - This represents the set of LSRUse indices which reference
+  /// This represents the set of LSRUse indices which reference
   /// a particular register.
   SmallBitVector UsedByIndices;
 
-  RegSortData() {}
-
   void print(raw_ostream &OS) const;
   void dump() const;
 };
@@ -130,8 +153,7 @@ void RegSortData::dump() const {
 
 namespace {
 
-/// RegUseTracker - Map register candidates to information about how they are
-/// used.
+/// Map register candidates to information about how they are used.
 class RegUseTracker {
   typedef DenseMap<const SCEV *, RegSortData> RegUsesTy;
 
@@ -139,9 +161,9 @@ class RegUseTracker {
   SmallVector<const SCEV *, 16> RegSequence;
 
 public:
-  void CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
-  void DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
-  void SwapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx);
+  void countRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
+  void dropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx);
+  void swapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx);
 
   bool isRegUsedByUsesOtherThan(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) const;
 
@@ -160,7 +182,7 @@ public:
 }
 
 void
-RegUseTracker::CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
+RegUseTracker::countRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
   std::pair<RegUsesTy::iterator, bool> Pair =
     RegUsesMap.insert(std::make_pair(Reg, RegSortData()));
   RegSortData &RSD = Pair.first->second;
@@ -171,7 +193,7 @@ RegUseTracker::CountRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
 }
 
 void
-RegUseTracker::DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
+RegUseTracker::dropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
   RegUsesTy::iterator It = RegUsesMap.find(Reg);
   assert(It != RegUsesMap.end());
   RegSortData &RSD = It->second;
@@ -180,14 +202,13 @@ RegUseTracker::DropRegister(const SCEV *Reg, size_t LUIdx) {
 }
 
 void
-RegUseTracker::SwapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx) {
+RegUseTracker::swapAndDropUse(size_t LUIdx, size_t LastLUIdx) {
   assert(LUIdx <= LastLUIdx);
 
   // Update RegUses. The data structure is not optimized for this purpose;
   // we must iterate through it and update each of the bit vectors.
-  for (RegUsesTy::iterator I = RegUsesMap.begin(), E = RegUsesMap.end();
-       I != E; ++I) {
-    SmallBitVector &UsedByIndices = I->second.UsedByIndices;
+  for (auto &Pair : RegUsesMap) {
+    SmallBitVector &UsedByIndices = Pair.second.UsedByIndices;
     if (LUIdx < UsedByIndices.size())
       UsedByIndices[LUIdx] =
         LastLUIdx < UsedByIndices.size() ? UsedByIndices[LastLUIdx] : 0;
@@ -220,9 +241,8 @@ void RegUseTracker::clear() {
 
 namespace {
 
-/// Formula - This class holds information that describes a formula for
-/// computing satisfying a use. It may include broken-out immediates and scaled
-/// registers.
+/// This class holds information that describes a formula for computing
+/// satisfying a use. It may include broken-out immediates and scaled registers.
 struct Formula {
   /// Global base address used for complex addressing.
   GlobalValue *BaseGV;
@@ -236,29 +256,43 @@ struct Formula {
   /// The scale of any complex addressing.
   int64_t Scale;
 
-  /// BaseRegs - The list of "base" registers for this use. When this is
-  /// non-empty,
+  /// The list of "base" registers for this use. When this is non-empty. The
+  /// canonical representation of a formula is
+  /// 1. BaseRegs.size > 1 implies ScaledReg != NULL and
+  /// 2. ScaledReg != NULL implies Scale != 1 || !BaseRegs.empty().
+  /// #1 enforces that the scaled register is always used when at least two
+  /// registers are needed by the formula: e.g., reg1 + reg2 is reg1 + 1 * reg2.
+  /// #2 enforces that 1 * reg is reg.
+  /// This invariant can be temporarly broken while building a formula.
+  /// However, every formula inserted into the LSRInstance must be in canonical
+  /// form.
   SmallVector<const SCEV *, 4> BaseRegs;
 
-  /// ScaledReg - The 'scaled' register for this use. This should be non-null
-  /// when Scale is not zero.
+  /// The 'scaled' register for this use. This should be non-null when Scale is
+  /// not zero.
   const SCEV *ScaledReg;
 
-  /// UnfoldedOffset - An additional constant offset which added near the
-  /// use. This requires a temporary register, but the offset itself can
-  /// live in an add immediate field rather than a register.
+  /// An additional constant offset which added near the use. This requires a
+  /// temporary register, but the offset itself can live in an add immediate
+  /// field rather than a register.
   int64_t UnfoldedOffset;
 
   Formula()
-      : BaseGV(0), BaseOffset(0), HasBaseReg(false), Scale(0), ScaledReg(0),
-        UnfoldedOffset(0) {}
+      : BaseGV(nullptr), BaseOffset(0), HasBaseReg(false), Scale(0),
+        ScaledReg(nullptr), UnfoldedOffset(0) {}
+
+  void initialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE);
+
+  bool isCanonical() const;
 
-  void InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE);
+  void canonicalize();
 
-  unsigned getNumRegs() const;
+  bool unscale();
+
+  size_t getNumRegs() const;
   Type *getType() const;
 
-  void DeleteBaseReg(const SCEV *&S);
+  void deleteBaseReg(const SCEV *&S);
 
   bool referencesReg(const SCEV *S) const;
   bool hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
@@ -270,7 +304,7 @@ struct Formula {
 
 }
 
-/// DoInitialMatch - Recursion helper for InitialMatch.
+/// Recursion helper for initialMatch.
 static void DoInitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Good,
                            SmallVectorImpl<const SCEV *> &Bad,
@@ -283,9 +317,8 @@ static void DoInitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
 
   // Look at add operands.
   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
-    for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
-         I != E; ++I)
-      DoInitialMatch(*I, L, Good, Bad, SE);
+    for (const SCEV *S : Add->operands())
+      DoInitialMatch(S, L, Good, Bad, SE);
     return;
   }
 
@@ -312,12 +345,10 @@ static void DoInitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
       DoInitialMatch(NewMul, L, MyGood, MyBad, SE);
       const SCEV *NegOne = SE.getSCEV(ConstantInt::getAllOnesValue(
         SE.getEffectiveSCEVType(NewMul->getType())));
-      for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyGood.begin(),
-           E = MyGood.end(); I != E; ++I)
-        Good.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
-      for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = MyBad.begin(),
-           E = MyBad.end(); I != E; ++I)
-        Bad.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, *I));
+      for (const SCEV *S : MyGood)
+        Good.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, S));
+      for (const SCEV *S : MyBad)
+        Bad.push_back(SE.getMulExpr(NegOne, S));
       return;
     }
 
@@ -326,10 +357,9 @@ static void DoInitialMatch(const SCEV *S, Loop *L,
   Bad.push_back(S);
 }
 
-/// InitialMatch - Incorporate loop-variant parts of S into this Formula,
-/// attempting to keep all loop-invariant and loop-computable values in a
-/// single base register.
-void Formula::InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
+/// Incorporate loop-variant parts of S into this Formula, attempting to keep
+/// all loop-invariant and loop-computable values in a single base register.
+void Formula::initialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
   SmallVector<const SCEV *, 4> Good;
   SmallVector<const SCEV *, 4> Bad;
   DoInitialMatch(S, L, Good, Bad, SE);
@@ -345,47 +375,91 @@ void Formula::InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
       BaseRegs.push_back(Sum);
     HasBaseReg = true;
   }
+  canonicalize();
+}
+
+/// \brief Check whether or not this formula statisfies the canonical
+/// representation.
+/// \see Formula::BaseRegs.
+bool Formula::isCanonical() const {
+  if (ScaledReg)
+    return Scale != 1 || !BaseRegs.empty();
+  return BaseRegs.size() <= 1;
 }
 
-/// getNumRegs - Return the total number of register operands used by this
-/// formula. This does not include register uses implied by non-constant
-/// addrec strides.
-unsigned Formula::getNumRegs() const {
+/// \brief Helper method to morph a formula into its canonical representation.
+/// \see Formula::BaseRegs.
+/// Every formula having more than one base register, must use the ScaledReg
+/// field. Otherwise, we would have to do special cases everywhere in LSR
+/// to treat reg1 + reg2 + ... the same way as reg1 + 1*reg2 + ...
+/// On the other hand, 1*reg should be canonicalized into reg.
+void Formula::canonicalize() {
+  if (isCanonical())
+    return;
+  // So far we did not need this case. This is easy to implement but it is
+  // useless to maintain dead code. Beside it could hurt compile time.
+  assert(!BaseRegs.empty() && "1*reg => reg, should not be needed.");
+  // Keep the invariant sum in BaseRegs and one of the variant sum in ScaledReg.
+  ScaledReg = BaseRegs.back();
+  BaseRegs.pop_back();
+  Scale = 1;
+  size_t BaseRegsSize = BaseRegs.size();
+  size_t Try = 0;
+  // If ScaledReg is an invariant, try to find a variant expression.
+  while (Try < BaseRegsSize && !isa<SCEVAddRecExpr>(ScaledReg))
+    std::swap(ScaledReg, BaseRegs[Try++]);
+}
+
+/// \brief Get rid of the scale in the formula.
+/// In other words, this method morphes reg1 + 1*reg2 into reg1 + reg2.
+/// \return true if it was possible to get rid of the scale, false otherwise.
+/// \note After this operation the formula may not be in the canonical form.
+bool Formula::unscale() {
+  if (Scale != 1)
+    return false;
+  Scale = 0;
+  BaseRegs.push_back(ScaledReg);
+  ScaledReg = nullptr;
+  return true;
+}
+
+/// Return the total number of register operands used by this formula. This does
+/// not include register uses implied by non-constant addrec strides.
+size_t Formula::getNumRegs() const {
   return !!ScaledReg + BaseRegs.size();
 }
 
-/// getType - Return the type of this formula, if it has one, or null
-/// otherwise. This type is meaningless except for the bit size.
+/// Return the type of this formula, if it has one, or null otherwise. This type
+/// is meaningless except for the bit size.
 Type *Formula::getType() const {
   return !BaseRegs.empty() ? BaseRegs.front()->getType() :
          ScaledReg ? ScaledReg->getType() :
          BaseGV ? BaseGV->getType() :
-         0;
+         nullptr;
 }
 
-/// DeleteBaseReg - Delete the given base reg from the BaseRegs list.
-void Formula::DeleteBaseReg(const SCEV *&S) {
+/// Delete the given base reg from the BaseRegs list.
+void Formula::deleteBaseReg(const SCEV *&S) {
   if (&S != &BaseRegs.back())
     std::swap(S, BaseRegs.back());
   BaseRegs.pop_back();
 }
 
-/// referencesReg - Test if this formula references the given register.
+/// Test if this formula references the given register.
 bool Formula::referencesReg(const SCEV *S) const {
   return S == ScaledReg ||
          std::find(BaseRegs.begin(), BaseRegs.end(), S) != BaseRegs.end();
 }
 
-/// hasRegsUsedByUsesOtherThan - Test whether this formula uses registers
-/// which are used by uses other than the use with the given index.
+/// Test whether this formula uses registers which are used by uses other than
+/// the use with the given index.
 bool Formula::hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
                                          const RegUseTracker &RegUses) const {
   if (ScaledReg)
     if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(ScaledReg, LUIdx))
       return true;
-  for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
-       E = BaseRegs.end(); I != E; ++I)
-    if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(*I, LUIdx))
+  for (const SCEV *BaseReg : BaseRegs)
+    if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(BaseReg, LUIdx))
       return true;
   return false;
 }
@@ -394,16 +468,15 @@ void Formula::print(raw_ostream &OS) const {
   bool First = true;
   if (BaseGV) {
     if (!First) OS << " + "; else First = false;
-    WriteAsOperand(OS, BaseGV, /*PrintType=*/false);
+    BaseGV->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
   }
   if (BaseOffset != 0) {
     if (!First) OS << " + "; else First = false;
     OS << BaseOffset;
   }
-  for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
-       E = BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
+  for (const SCEV *BaseReg : BaseRegs) {
     if (!First) OS << " + "; else First = false;
-    OS << "reg(" << **I << ')';
+    OS << "reg(" << *BaseReg << ')';
   }
   if (HasBaseReg && BaseRegs.empty()) {
     if (!First) OS << " + "; else First = false;
@@ -422,7 +495,7 @@ void Formula::print(raw_ostream &OS) const {
     OS << ')';
   }
   if (UnfoldedOffset != 0) {
-    if (!First) OS << " + "; else First = false;
+    if (!First) OS << " + ";
     OS << "imm(" << UnfoldedOffset << ')';
   }
 }
@@ -433,24 +506,24 @@ void Formula::dump() const {
 }
 #endif
 
-/// isAddRecSExtable - Return true if the given addrec can be sign-extended
-/// without changing its value.
+/// Return true if the given addrec can be sign-extended without changing its
+/// value.
 static bool isAddRecSExtable(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
   Type *WideTy =
     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(AR->getType()) + 1);
   return isa<SCEVAddRecExpr>(SE.getSignExtendExpr(AR, WideTy));
 }
 
-/// isAddSExtable - Return true if the given add can be sign-extended
-/// without changing its value.
+/// Return true if the given add can be sign-extended without changing its
+/// value.
 static bool isAddSExtable(const SCEVAddExpr *A, ScalarEvolution &SE) {
   Type *WideTy =
     IntegerType::get(SE.getContext(), SE.getTypeSizeInBits(A->getType()) + 1);
   return isa<SCEVAddExpr>(SE.getSignExtendExpr(A, WideTy));
 }
 
-/// isMulSExtable - Return true if the given mul can be sign-extended
-/// without changing its value.
+/// Return true if the given mul can be sign-extended without changing its
+/// value.
 static bool isMulSExtable(const SCEVMulExpr *M, ScalarEvolution &SE) {
   Type *WideTy =
     IntegerType::get(SE.getContext(),
@@ -458,12 +531,11 @@ static bool isMulSExtable(const SCEVMulExpr *M, ScalarEvolution &SE) {
   return isa<SCEVMulExpr>(SE.getSignExtendExpr(M, WideTy));
 }
 
-/// getExactSDiv - Return an expression for LHS /s RHS, if it can be determined
-/// and if the remainder is known to be zero,  or null otherwise. If
-/// IgnoreSignificantBits is true, expressions like (X * Y) /s Y are simplified
-/// to Y, ignoring that the multiplication may overflow, which is useful when
-/// the result will be used in a context where the most significant bits are
-/// ignored.
+/// Return an expression for LHS /s RHS, if it can be determined and if the
+/// remainder is known to be zero, or null otherwise. If IgnoreSignificantBits
+/// is true, expressions like (X * Y) /s Y are simplified to Y, ignoring that
+/// the multiplication may overflow, which is useful when the result will be
+/// used in a context where the most significant bits are ignored.
 static const SCEV *getExactSDiv(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
                                 ScalarEvolution &SE,
                                 bool IgnoreSignificantBits = false) {
@@ -487,11 +559,11 @@ static const SCEV *getExactSDiv(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
   // Check for a division of a constant by a constant.
   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(LHS)) {
     if (!RC)
-      return 0;
+      return nullptr;
     const APInt &LA = C->getValue()->getValue();
     const APInt &RA = RC->getValue()->getValue();
     if (LA.srem(RA) != 0)
-      return 0;
+      return nullptr;
     return SE.getConstant(LA.sdiv(RA));
   }
 
@@ -500,32 +572,30 @@ static const SCEV *getExactSDiv(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
     if (IgnoreSignificantBits || isAddRecSExtable(AR, SE)) {
       const SCEV *Step = getExactSDiv(AR->getStepRecurrence(SE), RHS, SE,
                                       IgnoreSignificantBits);
-      if (!Step) return 0;
+      if (!Step) return nullptr;
       const SCEV *Start = getExactSDiv(AR->getStart(), RHS, SE,
                                        IgnoreSignificantBits);
-      if (!Start) return 0;
+      if (!Start) return nullptr;
       // FlagNW is independent of the start value, step direction, and is
       // preserved with smaller magnitude steps.
       // FIXME: AR->getNoWrapFlags(SCEV::FlagNW)
       return SE.getAddRecExpr(Start, Step, AR->getLoop(), SCEV::FlagAnyWrap);
     }
-    return 0;
+    return nullptr;
   }
 
   // Distribute the sdiv over add operands, if the add doesn't overflow.
   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(LHS)) {
     if (IgnoreSignificantBits || isAddSExtable(Add, SE)) {
       SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
-      for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
-           I != E; ++I) {
-        const SCEV *Op = getExactSDiv(*I, RHS, SE,
-                                      IgnoreSignificantBits);
-        if (!Op) return 0;
+      for (const SCEV *S : Add->operands()) {
+        const SCEV *Op = getExactSDiv(S, RHS, SE, IgnoreSignificantBits);
+        if (!Op) return nullptr;
         Ops.push_back(Op);
       }
       return SE.getAddExpr(Ops);
     }
-    return 0;
+    return nullptr;
   }
 
   // Check for a multiply operand that we can pull RHS out of.
@@ -533,9 +603,7 @@ static const SCEV *getExactSDiv(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
     if (IgnoreSignificantBits || isMulSExtable(Mul, SE)) {
       SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
       bool Found = false;
-      for (SCEVMulExpr::op_iterator I = Mul->op_begin(), E = Mul->op_end();
-           I != E; ++I) {
-        const SCEV *S = *I;
+      for (const SCEV *S : Mul->operands()) {
         if (!Found)
           if (const SCEV *Q = getExactSDiv(S, RHS, SE,
                                            IgnoreSignificantBits)) {
@@ -544,18 +612,17 @@ static const SCEV *getExactSDiv(const SCEV *LHS, const SCEV *RHS,
           }
         Ops.push_back(S);
       }
-      return Found ? SE.getMulExpr(Ops) : 0;
+      return Found ? SE.getMulExpr(Ops) : nullptr;
     }
-    return 0;
+    return nullptr;
   }
 
   // Otherwise we don't know.
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
 
-/// ExtractImmediate - If S involves the addition of a constant integer value,
-/// return that integer value, and mutate S to point to a new SCEV with that
-/// value excluded.
+/// If S involves the addition of a constant integer value, return that integer
+/// value, and mutate S to point to a new SCEV with that value excluded.
 static int64_t ExtractImmediate(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
   if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(S)) {
     if (C->getValue()->getValue().getMinSignedBits() <= 64) {
@@ -580,9 +647,8 @@ static int64_t ExtractImmediate(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
   return 0;
 }
 
-/// ExtractSymbol - If S involves the addition of a GlobalValue address,
-/// return that symbol, and mutate S to point to a new SCEV with that
-/// value excluded.
+/// If S involves the addition of a GlobalValue address, return that symbol, and
+/// mutate S to point to a new SCEV with that value excluded.
 static GlobalValue *ExtractSymbol(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
   if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue())) {
@@ -604,11 +670,11 @@ static GlobalValue *ExtractSymbol(const SCEV *&S, ScalarEvolution &SE) {
                            SCEV::FlagAnyWrap);
     return Result;
   }
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
 
-/// isAddressUse - Returns true if the specified instruction is using the
-/// specified value as an address.
+/// Returns true if the specified instruction is using the specified value as an
+/// address.
 static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
   bool isAddress = isa<LoadInst>(Inst);
   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
@@ -632,12 +698,15 @@ static bool isAddressUse(Instruction *Inst, Value *OperandVal) {
   return isAddress;
 }
 
-/// getAccessType - Return the type of the memory being accessed.
-static Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
-  Type *AccessTy = Inst->getType();
-  if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
-    AccessTy = SI->getOperand(0)->getType();
-  else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
+/// Return the type of the memory being accessed.
+static MemAccessTy getAccessType(const Instruction *Inst) {
+  MemAccessTy AccessTy(Inst->getType(), MemAccessTy::UnknownAddressSpace);
+  if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
+    AccessTy.MemTy = SI->getOperand(0)->getType();
+    AccessTy.AddrSpace = SI->getPointerAddressSpace();
+  } else if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
+    AccessTy.AddrSpace = LI->getPointerAddressSpace();
+  } else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
     // Addressing modes can also be folded into prefetches and a variety
     // of intrinsics.
     switch (II->getIntrinsicID()) {
@@ -646,21 +715,21 @@ static Type *getAccessType(const Instruction *Inst) {
     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_pd:
     case Intrinsic::x86_sse2_storeu_dq:
     case Intrinsic::x86_sse2_storel_dq:
-      AccessTy = II->getArgOperand(0)->getType();
+      AccessTy.MemTy = II->getArgOperand(0)->getType();
       break;
     }
   }
 
   // All pointers have the same requirements, so canonicalize them to an
   // arbitrary pointer type to minimize variation.
-  if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(AccessTy))
-    AccessTy = PointerType::get(IntegerType::get(PTy->getContext(), 1),
-                                PTy->getAddressSpace());
+  if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(AccessTy.MemTy))
+    AccessTy.MemTy = PointerType::get(IntegerType::get(PTy->getContext(), 1),
+                                      PTy->getAddressSpace());
 
   return AccessTy;
 }
 
-/// isExistingPhi - Return true if this AddRec is already a phi in its loop.
+/// Return true if this AddRec is already a phi in its loop.
 static bool isExistingPhi(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
   for (BasicBlock::iterator I = AR->getLoop()->getHeader()->begin();
        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
@@ -683,7 +752,7 @@ static bool isExistingPhi(const SCEVAddRecExpr *AR, ScalarEvolution &SE) {
 /// TODO: Allow UDivExpr if we can find an existing IV increment that is an
 /// obvious multiple of the UDivExpr.
 static bool isHighCostExpansion(const SCEV *S,
-                                SmallPtrSet<const SCEV*, 8> &Processed,
+                                SmallPtrSetImpl<const SCEV*> &Processed,
                                 ScalarEvolution &SE) {
   // Zero/One operand expressions
   switch (S->getSCEVType()) {
@@ -701,13 +770,12 @@ static bool isHighCostExpansion(const SCEV *S,
                                Processed, SE);
   }
 
-  if (!Processed.insert(S))
+  if (!Processed.insert(S).second)
     return false;
 
   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, Processed, SE))
+    for (const SCEV *S : Add->operands()) {
+      if (isHighCostExpansion(S, Processed, SE))
         return true;
     }
     return false;
@@ -723,13 +791,12 @@ static bool isHighCostExpansion(const SCEV *S,
       // multiplication already generates this expression.
       if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(Mul->getOperand(1))) {
         Value *UVal = U->getValue();
-        for (Value::use_iterator UI = UVal->use_begin(), UE = UVal->use_end();
-             UI != UE; ++UI) {
+        for (User *UR : UVal->users()) {
           // If U is a constant, it may be used by a ConstantExpr.
-          Instruction *User = dyn_cast<Instruction>(*UI);
-          if (User && User->getOpcode() == Instruction::Mul
-              && SE.isSCEVable(User->getType())) {
-            return SE.getSCEV(User) == Mul;
+          Instruction *UI = dyn_cast<Instruction>(UR);
+          if (UI && UI->getOpcode() == Instruction::Mul &&
+              SE.isSCEVable(UI->getType())) {
+            return SE.getSCEV(UI) == Mul;
           }
         }
       }
@@ -745,9 +812,8 @@ static bool isHighCostExpansion(const SCEV *S,
   return true;
 }
 
-/// DeleteTriviallyDeadInstructions - If any of the instructions is the
-/// specified set are trivially dead, delete them and see if this makes any of
-/// their operands subsequently dead.
+/// If any of the instructions is the specified set are trivially dead, delete
+/// them and see if this makes any of their operands subsequently dead.
 static bool
 DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
   bool Changed = false;
@@ -756,14 +822,14 @@ DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
     Value *V = DeadInsts.pop_back_val();
     Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(V);
 
-    if (I == 0 || !isInstructionTriviallyDead(I))
+    if (!I || !isInstructionTriviallyDead(I))
       continue;
 
-    for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
-      if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
-        *OI = 0;
+    for (Use &O : I->operands())
+      if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(O)) {
+        O = nullptr;
         if (U->use_empty())
-          DeadInsts.push_back(U);
+          DeadInsts.emplace_back(U);
       }
 
     I->eraseFromParent();
@@ -774,8 +840,27 @@ DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
 }
 
 namespace {
+class LSRUse;
+}
+
+/// \brief Check if the addressing mode defined by \p F is completely
+/// folded in \p LU at isel time.
+/// This includes address-mode folding and special icmp tricks.
+/// This function returns true if \p LU can accommodate what \p F
+/// defines and up to 1 base + 1 scaled + offset.
+/// In other words, if \p F has several base registers, this function may
+/// still return true. Therefore, users still need to account for
+/// additional base registers and/or unfolded offsets to derive an
+/// accurate cost model.
+static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
+                                 const LSRUse &LU, const Formula &F);
+// Get the cost of the scaling factor used in F for LU.
+static unsigned getScalingFactorCost(const TargetTransformInfo &TTI,
+                                     const LSRUse &LU, const Formula &F);
 
-/// Cost - This class is used to measure and compare candidate formulae.
+namespace {
+
+/// This class is used to measure and compare candidate formulae.
 class Cost {
   /// TODO: Some of these could be merged. Also, a lexical ordering
   /// isn't always optimal.
@@ -785,23 +870,24 @@ class Cost {
   unsigned NumBaseAdds;
   unsigned ImmCost;
   unsigned SetupCost;
+  unsigned ScaleCost;
 
 public:
   Cost()
     : NumRegs(0), AddRecCost(0), NumIVMuls(0), NumBaseAdds(0), ImmCost(0),
-      SetupCost(0) {}
+      SetupCost(0), ScaleCost(0) {}
 
   bool operator<(const Cost &Other) const;
 
-  void Loose();
+  void Lose();
 
 #ifndef NDEBUG
   // Once any of the metrics loses, they must all remain losers.
   bool isValid() {
     return ((NumRegs | AddRecCost | NumIVMuls | NumBaseAdds
-             | ImmCost | SetupCost) != ~0u)
+             | ImmCost | SetupCost | ScaleCost) != ~0u)
       || ((NumRegs & AddRecCost & NumIVMuls & NumBaseAdds
-           & ImmCost & SetupCost) == ~0u);
+           & ImmCost & SetupCost & ScaleCost) == ~0u);
   }
 #endif
 
@@ -810,34 +896,36 @@ public:
     return NumRegs == ~0u;
   }
 
-  void RateFormula(const Formula &F,
-                   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
+  void RateFormula(const TargetTransformInfo &TTI,
+                   const Formula &F,
+                   SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
                    const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
                    const Loop *L,
                    const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
                    ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
-                   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs = 0);
+                   const LSRUse &LU,
+                   SmallPtrSetImpl<const SCEV *> *LoserRegs = nullptr);
 
   void print(raw_ostream &OS) const;
   void dump() const;
 
 private:
   void RateRegister(const SCEV *Reg,
-                    SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
+                    SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
                     const Loop *L,
                     ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT);
   void RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
-                           SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
+                           SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
                            const Loop *L,
                            ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
-                           SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs);
+                           SmallPtrSetImpl<const SCEV *> *LoserRegs);
 };
 
 }
 
-/// RateRegister - Tally up interesting quantities from the given register.
+/// Tally up interesting quantities from the given register.
 void Cost::RateRegister(const SCEV *Reg,
-                        SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
+                        SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
                         const Loop *L,
                         ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT) {
   if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(Reg)) {
@@ -851,7 +939,7 @@ void Cost::RateRegister(const SCEV *Reg,
         return;
 
       // Otherwise, do not consider this formula at all.
-      Loose();
+      Lose();
       return;
     }
     AddRecCost += 1; /// TODO: This should be a function of the stride.
@@ -881,47 +969,48 @@ void Cost::RateRegister(const SCEV *Reg,
                  SE.hasComputableLoopEvolution(Reg, L);
 }
 
-/// RatePrimaryRegister - Record this register in the set. If we haven't seen it
-/// before, rate it. Optional LoserRegs provides a way to declare any formula
-/// that refers to one of those regs an instant loser.
+/// Record this register in the set. If we haven't seen it before, rate
+/// it. Optional LoserRegs provides a way to declare any formula that refers to
+/// one of those regs an instant loser.
 void Cost::RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
-                               SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
+                               SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
                                const Loop *L,
                                ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
-                               SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs) {
+                               SmallPtrSetImpl<const SCEV *> *LoserRegs) {
   if (LoserRegs && LoserRegs->count(Reg)) {
-    Loose();
+    Lose();
     return;
   }
-  if (Regs.insert(Reg)) {
+  if (Regs.insert(Reg).second) {
     RateRegister(Reg, Regs, L, SE, DT);
     if (LoserRegs && isLoser())
       LoserRegs->insert(Reg);
   }
 }
 
-void Cost::RateFormula(const Formula &F,
-                       SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
+void Cost::RateFormula(const TargetTransformInfo &TTI,
+                       const Formula &F,
+                       SmallPtrSetImpl<const SCEV *> &Regs,
                        const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
                        const Loop *L,
                        const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
                        ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
-                       SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs) {
+                       const LSRUse &LU,
+                       SmallPtrSetImpl<const SCEV *> *LoserRegs) {
+  assert(F.isCanonical() && "Cost is accurate only for canonical formula");
   // Tally up the registers.
   if (const SCEV *ScaledReg = F.ScaledReg) {
     if (VisitedRegs.count(ScaledReg)) {
-      Loose();
+      Lose();
       return;
     }
     RatePrimaryRegister(ScaledReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
     if (isLoser())
       return;
   }
-  for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
-       E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
-    const SCEV *BaseReg = *I;
+  for (const SCEV *BaseReg : F.BaseRegs) {
     if (VisitedRegs.count(BaseReg)) {
-      Loose();
+      Lose();
       return;
     }
     RatePrimaryRegister(BaseReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
@@ -930,14 +1019,20 @@ void Cost::RateFormula(const Formula &F,
   }
 
   // Determine how many (unfolded) adds we'll need inside the loop.
-  size_t NumBaseParts = F.BaseRegs.size() + (F.UnfoldedOffset != 0);
+  size_t NumBaseParts = F.getNumRegs();
   if (NumBaseParts > 1)
-    NumBaseAdds += NumBaseParts - 1;
+    // Do not count the base and a possible second register if the target
+    // allows to fold 2 registers.
+    NumBaseAdds +=
+        NumBaseParts - (1 + (F.Scale && isAMCompletelyFolded(TTI, LU, F)));
+  NumBaseAdds += (F.UnfoldedOffset != 0);
+
+  // Accumulate non-free scaling amounts.
+  ScaleCost += getScalingFactorCost(TTI, LU, F);
 
   // Tally up the non-zero immediates.
-  for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
-       E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
-    int64_t Offset = (uint64_t)*I + F.BaseOffset;
+  for (int64_t O : Offsets) {
+    int64_t Offset = (uint64_t)O + F.BaseOffset;
     if (F.BaseGV)
       ImmCost += 64; // Handle symbolic values conservatively.
                      // TODO: This should probably be the pointer size.
@@ -947,31 +1042,24 @@ void Cost::RateFormula(const Formula &F,
   assert(isValid() && "invalid cost");
 }
 
-/// Loose - Set this cost to a losing value.
-void Cost::Loose() {
+/// Set this cost to a losing value.
+void Cost::Lose() {
   NumRegs = ~0u;
   AddRecCost = ~0u;
   NumIVMuls = ~0u;
   NumBaseAdds = ~0u;
   ImmCost = ~0u;
   SetupCost = ~0u;
+  ScaleCost = ~0u;
 }
 
-/// operator< - Choose the lower cost.
+/// Choose the lower cost.
 bool Cost::operator<(const Cost &Other) const {
-  if (NumRegs != Other.NumRegs)
-    return NumRegs < Other.NumRegs;
-  if (AddRecCost != Other.AddRecCost)
-    return AddRecCost < Other.AddRecCost;
-  if (NumIVMuls != Other.NumIVMuls)
-    return NumIVMuls < Other.NumIVMuls;
-  if (NumBaseAdds != Other.NumBaseAdds)
-    return NumBaseAdds < Other.NumBaseAdds;
-  if (ImmCost != Other.ImmCost)
-    return ImmCost < Other.ImmCost;
-  if (SetupCost != Other.SetupCost)
-    return SetupCost < Other.SetupCost;
-  return false;
+  return std::tie(NumRegs, AddRecCost, NumIVMuls, NumBaseAdds, ScaleCost,
+                  ImmCost, SetupCost) <
+         std::tie(Other.NumRegs, Other.AddRecCost, Other.NumIVMuls,
+                  Other.NumBaseAdds, Other.ScaleCost, Other.ImmCost,
+                  Other.SetupCost);
 }
 
 void Cost::print(raw_ostream &OS) const {
@@ -983,6 +1071,8 @@ void Cost::print(raw_ostream &OS) const {
   if (NumBaseAdds != 0)
     OS << ", plus " << NumBaseAdds << " base add"
        << (NumBaseAdds == 1 ? "" : "s");
+  if (ScaleCost != 0)
+    OS << ", plus " << ScaleCost << " scale cost";
   if (ImmCost != 0)
     OS << ", plus " << ImmCost << " imm cost";
   if (SetupCost != 0)
@@ -997,29 +1087,28 @@ void Cost::dump() const {
 
 namespace {
 
-/// LSRFixup - An operand value in an instruction which is to be replaced
-/// with some equivalent, possibly strength-reduced, replacement.
+/// An operand value in an instruction which is to be replaced with some
+/// equivalent, possibly strength-reduced, replacement.
 struct LSRFixup {
-  /// UserInst - The instruction which will be updated.
+  /// The instruction which will be updated.
   Instruction *UserInst;
 
-  /// OperandValToReplace - The operand of the instruction which will
-  /// be replaced. The operand may be used more than once; every instance
-  /// will be replaced.
+  /// The operand of the instruction which will be replaced. The operand may be
+  /// used more than once; every instance will be replaced.
   Value *OperandValToReplace;
 
-  /// PostIncLoops - If this user is to use the post-incremented value of an
-  /// induction variable, this variable is non-null and holds the loop
-  /// associated with the induction variable.
+  /// If this user is to use the post-incremented value of an induction
+  /// variable, this variable is non-null and holds the loop associated with the
+  /// induction variable.
   PostIncLoopSet PostIncLoops;
 
-  /// LUIdx - The index of the LSRUse describing the expression which
-  /// this fixup needs, minus an offset (below).
+  /// The index of the LSRUse describing the expression which this fixup needs,
+  /// minus an offset (below).
   size_t LUIdx;
 
-  /// Offset - A constant offset to be added to the LSRUse expression.
-  /// This allows multiple fixups to share the same LSRUse with different
-  /// offsets, for example in an unrolled loop.
+  /// A constant offset to be added to the LSRUse expression.  This allows
+  /// multiple fixups to share the same LSRUse with different offsets, for
+  /// example in an unrolled loop.
   int64_t Offset;
 
   bool isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const;
@@ -1033,10 +1122,10 @@ struct LSRFixup {
 }
 
 LSRFixup::LSRFixup()
-  : UserInst(0), OperandValToReplace(0), LUIdx(~size_t(0)), Offset(0) {}
+  : UserInst(nullptr), OperandValToReplace(nullptr), LUIdx(~size_t(0)),
+    Offset(0) {}
 
-/// isUseFullyOutsideLoop - Test whether this fixup always uses its
-/// value outside of the given loop.
+/// Test whether this fixup always uses its value outside of the given loop.
 bool LSRFixup::isUseFullyOutsideLoop(const Loop *L) const {
   // PHI nodes use their value in their incoming blocks.
   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst)) {
@@ -1055,19 +1144,18 @@ void LSRFixup::print(raw_ostream &OS) const {
   // Store is common and interesting enough to be worth special-casing.
   if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(UserInst)) {
     OS << "store ";
-    WriteAsOperand(OS, Store->getOperand(0), /*PrintType=*/false);
+    Store->getOperand(0)->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
   } else if (UserInst->getType()->isVoidTy())
     OS << UserInst->getOpcodeName();
   else
-    WriteAsOperand(OS, UserInst, /*PrintType=*/false);
+    UserInst->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
 
   OS << ", OperandValToReplace=";
-  WriteAsOperand(OS, OperandValToReplace, /*PrintType=*/false);
+  OperandValToReplace->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
 
-  for (PostIncLoopSet::const_iterator I = PostIncLoops.begin(),
-       E = PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
+  for (const Loop *PIL : PostIncLoops) {
     OS << ", PostIncLoop=";
-    WriteAsOperand(OS, (*I)->getHeader(), /*PrintType=*/false);
+    PIL->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
   }
 
   if (LUIdx != ~size_t(0))
@@ -1085,8 +1173,8 @@ void LSRFixup::dump() const {
 
 namespace {
 
-/// UniquifierDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
-/// DenseMaps and DenseSets of sorted SmallVectors of const SCEV*.
+/// A DenseMapInfo implementation for holding DenseMaps and DenseSets of sorted
+/// SmallVectors of const SCEV*.
 struct UniquifierDenseMapInfo {
   static SmallVector<const SCEV *, 4> getEmptyKey() {
     SmallVector<const SCEV *, 4>  V;
@@ -1101,11 +1189,7 @@ struct UniquifierDenseMapInfo {
   }
 
   static unsigned getHashValue(const SmallVector<const SCEV *, 4> &V) {
-    unsigned Result = 0;
-    for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = V.begin(),
-         E = V.end(); I != E; ++I)
-      Result ^= DenseMapInfo<const SCEV *>::getHashValue(*I);
-    return Result;
+    return static_cast<unsigned>(hash_combine_range(V.begin(), V.end()));
   }
 
   static bool isEqual(const SmallVector<const SCEV *, 4> &LHS,
@@ -1114,17 +1198,17 @@ struct UniquifierDenseMapInfo {
   }
 };
 
-/// LSRUse - This class holds the state that LSR keeps for each use in
-/// IVUsers, as well as uses invented by LSR itself. It includes information
-/// about what kinds of things can be folded into the user, information about
-/// the user itself, and information about how the use may be satisfied.
-/// TODO: Represent multiple users of the same expression in common?
+/// This class holds the state that LSR keeps for each use in IVUsers, as well
+/// as uses invented by LSR itself. It includes information about what kinds of
+/// things can be folded into the user, information about the user itself, and
+/// information about how the use may be satisfied.  TODO: Represent multiple
+/// users of the same expression in common?
 class LSRUse {
   DenseSet<SmallVector<const SCEV *, 4>, UniquifierDenseMapInfo> Uniquifier;
 
 public:
-  /// KindType - An enum for a kind of use, indicating what types of
-  /// scaled and immediate operands it might support.
+  /// An enum for a kind of use, indicating what types of scaled and immediate
+  /// operands it might support.
   enum KindType {
     Basic,   ///< A normal use, with no folding.
     Special, ///< A special case of basic, allowing -1 scales.
@@ -1133,37 +1217,44 @@ public:
     // TODO: Add a generic icmp too?
   };
 
+  typedef PointerIntPair<const SCEV *, 2, KindType> SCEVUseKindPair;
+
   KindType Kind;
-  Type *AccessTy;
+  MemAccessTy AccessTy;
 
   SmallVector<int64_t, 8> Offsets;
   int64_t MinOffset;
   int64_t MaxOffset;
 
-  /// AllFixupsOutsideLoop - This records whether all of the fixups using this
-  /// LSRUse are outside of the loop, in which case some special-case heuristics
-  /// may be used.
+  /// This records whether all of the fixups using this LSRUse are outside of
+  /// the loop, in which case some special-case heuristics may be used.
   bool AllFixupsOutsideLoop;
 
-  /// WidestFixupType - This records the widest use type for any fixup using
-  /// this LSRUse. FindUseWithSimilarFormula can't consider uses with different
-  /// max fixup widths to be equivalent, because the narrower one may be relying
-  /// on the implicit truncation to truncate away bogus bits.
+  /// RigidFormula is set to true to guarantee that this use will be associated
+  /// with a single formula--the one that initially matched. Some SCEV
+  /// expressions cannot be expanded. This allows LSR to consider the registers
+  /// used by those expressions without the need to expand them later after
+  /// changing the formula.
+  bool RigidFormula;
+
+  /// This records the widest use type for any fixup using this
+  /// LSRUse. FindUseWithSimilarFormula can't consider uses with different max
+  /// fixup widths to be equivalent, because the narrower one may be relying on
+  /// the implicit truncation to truncate away bogus bits.
   Type *WidestFixupType;
 
-  /// Formulae - A list of ways to build a value that can satisfy this user.
-  /// After the list is populated, one of these is selected heuristically and
-  /// used to formulate a replacement for OperandValToReplace in UserInst.
+  /// A list of ways to build a value that can satisfy this user.  After the
+  /// list is populated, one of these is selected heuristically and used to
+  /// formulate a replacement for OperandValToReplace in UserInst.
   SmallVector<Formula, 12> Formulae;
 
-  /// Regs - The set of register candidates used by all formulae in this LSRUse.
+  /// The set of register candidates used by all formulae in this LSRUse.
   SmallPtrSet<const SCEV *, 4> Regs;
 
-  LSRUse(KindType K, Type *T) : Kind(K), AccessTy(T),
-                                      MinOffset(INT64_MAX),
-                                      MaxOffset(INT64_MIN),
-                                      AllFixupsOutsideLoop(true),
-                                      WidestFixupType(0) {}
+  LSRUse(KindType K, MemAccessTy AT)
+      : Kind(K), AccessTy(AT), MinOffset(INT64_MAX), MaxOffset(INT64_MIN),
+        AllFixupsOutsideLoop(true), RigidFormula(false),
+        WidestFixupType(nullptr) {}
 
   bool HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const;
   bool InsertFormula(const Formula &F);
@@ -1176,8 +1267,8 @@ public:
 
 }
 
-/// HasFormula - Test whether this use as a formula which has the same
-/// registers as the given formula.
+/// Test whether this use as a formula which has the same registers as the given
+/// formula.
 bool LSRUse::HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const {
   SmallVector<const SCEV *, 4> Key = F.BaseRegs;
   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
@@ -1186,9 +1277,14 @@ bool LSRUse::HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const {
   return Uniquifier.count(Key);
 }
 
-/// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
-/// the list, and return true. Return false otherwise.
+/// If the given formula has not yet been inserted, add it to the list, and
+/// return true. Return false otherwise.  The formula must be in canonical form.
 bool LSRUse::InsertFormula(const Formula &F) {
+  assert(F.isCanonical() && "Invalid canonical representation");
+
+  if (!Formulae.empty() && RigidFormula)
+    return false;
+
   SmallVector<const SCEV *, 4> Key = F.BaseRegs;
   if (F.ScaledReg) Key.push_back(F.ScaledReg);
   // Unstable sort by host order ok, because this is only used for uniquifying.
@@ -1201,9 +1297,8 @@ bool LSRUse::InsertFormula(const Formula &F) {
   assert((!F.ScaledReg || !F.ScaledReg->isZero()) &&
          "Zero allocated in a scaled register!");
 #ifndef NDEBUG
-  for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I =
-       F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
-    assert(!(*I)->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
+  for (const SCEV *BaseReg : F.BaseRegs)
+    assert(!BaseReg->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
 #endif
 
   // Add the formula to the list.
@@ -1211,34 +1306,33 @@ bool LSRUse::InsertFormula(const Formula &F) {
 
   // Record registers now being used by this use.
   Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
+  if (F.ScaledReg)
+    Regs.insert(F.ScaledReg);
 
   return true;
 }
 
-/// DeleteFormula - Remove the given formula from this use's list.
+/// Remove the given formula from this use's list.
 void LSRUse::DeleteFormula(Formula &F) {
   if (&F != &Formulae.back())
     std::swap(F, Formulae.back());
   Formulae.pop_back();
 }
 
-/// RecomputeRegs - Recompute the Regs field, and update RegUses.
+/// Recompute the Regs field, and update RegUses.
 void LSRUse::RecomputeRegs(size_t LUIdx, RegUseTracker &RegUses) {
   // Now that we've filtered out some formulae, recompute the Regs set.
-  SmallPtrSet<const SCEV *, 4> OldRegs = Regs;
+  SmallPtrSet<const SCEV *, 4> OldRegs = std::move(Regs);
   Regs.clear();
-  for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = Formulae.begin(),
-       E = Formulae.end(); I != E; ++I) {
-    const Formula &F = *I;
+  for (const Formula &F : Formulae) {
     if (F.ScaledReg) Regs.insert(F.ScaledReg);
     Regs.insert(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end());
   }
 
   // Update the RegTracker.
-  for (SmallPtrSet<const SCEV *, 4>::iterator I = OldRegs.begin(),
-       E = OldRegs.end(); I != E; ++I)
-    if (!Regs.count(*I))
-      RegUses.DropRegister(*I, LUIdx);
+  for (const SCEV *S : OldRegs)
+    if (!Regs.count(S))
+      RegUses.dropRegister(S, LUIdx);
 }
 
 void LSRUse::print(raw_ostream &OS) const {
@@ -1249,18 +1343,21 @@ void LSRUse::print(raw_ostream &OS) const {
   case ICmpZero: OS << "ICmpZero"; break;
   case Address:
     OS << "Address of ";
-    if (AccessTy->isPointerTy())
+    if (AccessTy.MemTy->isPointerTy())
       OS << "pointer"; // the full pointer type could be really verbose
-    else
-      OS << *AccessTy;
+    else {
+      OS << *AccessTy.MemTy;
+    }
+
+    OS << " in addrspace(" << AccessTy.AddrSpace << ')';
   }
 
   OS << ", Offsets={";
-  for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
-       E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
-    OS << *I;
-    if (llvm::next(I) != E)
-      OS << ',';
+  bool NeedComma = false;
+  for (int64_t O : Offsets) {
+    if (NeedComma) OS << ',';
+    OS << O;
+    NeedComma = true;
   }
   OS << '}';
 
@@ -1277,18 +1374,14 @@ void LSRUse::dump() const {
 }
 #endif
 
-/// isLegalUse - Test whether the use described by AM is "legal", meaning it can
-/// be completely folded into the user instruction at isel time. This includes
-/// address-mode folding and special icmp tricks.
-static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, LSRUse::KindType Kind,
-                       Type *AccessTy, GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
-                       bool HasBaseReg, int64_t Scale) {
+static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
+                                 LSRUse::KindType Kind, MemAccessTy AccessTy,
+                                 GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
+                                 bool HasBaseReg, int64_t Scale) {
   switch (Kind) {
   case LSRUse::Address:
-    return TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy, BaseGV, BaseOffset, HasBaseReg, Scale);
-
-    // Otherwise, just guess that reg+reg addressing is legal.
-    //return ;
+    return TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy.MemTy, BaseGV, BaseOffset,
+                                     HasBaseReg, Scale, AccessTy.AddrSpace);
 
   case LSRUse::ICmpZero:
     // There's not even a target hook for querying whether it would be legal to
@@ -1333,10 +1426,11 @@ static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, LSRUse::KindType Kind,
   llvm_unreachable("Invalid LSRUse Kind!");
 }
 
-static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, int64_t MinOffset,
-                       int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
-                       GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset, bool HasBaseReg,
-                       int64_t Scale) {
+static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
+                                 int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
+                                 LSRUse::KindType Kind, MemAccessTy AccessTy,
+                                 GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
+                                 bool HasBaseReg, int64_t Scale) {
   // Check for overflow.
   if (((int64_t)((uint64_t)BaseOffset + MinOffset) > BaseOffset) !=
       (MinOffset > 0))
@@ -1347,20 +1441,95 @@ static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, int64_t MinOffset,
     return false;
   MaxOffset = (uint64_t)BaseOffset + MaxOffset;
 
-  return isLegalUse(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, MinOffset, HasBaseReg,
-                    Scale) &&
-         isLegalUse(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, MaxOffset, HasBaseReg, Scale);
+  return isAMCompletelyFolded(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, MinOffset,
+                              HasBaseReg, Scale) &&
+         isAMCompletelyFolded(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, MaxOffset,
+                              HasBaseReg, Scale);
+}
+
+static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
+                                 int64_t MinOffset, int64_t MaxOffset,
+                                 LSRUse::KindType Kind, MemAccessTy AccessTy,
+                                 const Formula &F) {
+  // For the purpose of isAMCompletelyFolded either having a canonical formula
+  // or a scale not equal to zero is correct.
+  // Problems may arise from non canonical formulae having a scale == 0.
+  // Strictly speaking it would best to just rely on canonical formulae.
+  // However, when we generate the scaled formulae, we first check that the
+  // scaling factor is profitable before computing the actual ScaledReg for
+  // compile time sake.
+  assert((F.isCanonical() || F.Scale != 0));
+  return isAMCompletelyFolded(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy,
+                              F.BaseGV, F.BaseOffset, F.HasBaseReg, F.Scale);
+}
+
+/// Test whether we know how to expand the current formula.
+static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, int64_t MinOffset,
+                       int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind,
+                       MemAccessTy AccessTy, GlobalValue *BaseGV,
+                       int64_t BaseOffset, bool HasBaseReg, int64_t Scale) {
+  // We know how to expand completely foldable formulae.
+  return isAMCompletelyFolded(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, BaseGV,
+                              BaseOffset, HasBaseReg, Scale) ||
+         // Or formulae that use a base register produced by a sum of base
+         // registers.
+         (Scale == 1 &&
+          isAMCompletelyFolded(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy,
+                               BaseGV, BaseOffset, true, 0));
 }
 
 static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, int64_t MinOffset,
-                       int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
-                       const Formula &F) {
+                       int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind,
+                       MemAccessTy AccessTy, const Formula &F) {
   return isLegalUse(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, F.BaseGV,
                     F.BaseOffset, F.HasBaseReg, F.Scale);
 }
 
+static bool isAMCompletelyFolded(const TargetTransformInfo &TTI,
+                                 const LSRUse &LU, const Formula &F) {
+  return isAMCompletelyFolded(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
+                              LU.AccessTy, F.BaseGV, F.BaseOffset, F.HasBaseReg,
+                              F.Scale);
+}
+
+static unsigned getScalingFactorCost(const TargetTransformInfo &TTI,
+                                     const LSRUse &LU, const Formula &F) {
+  if (!F.Scale)
+    return 0;
+
+  // If the use is not completely folded in that instruction, we will have to
+  // pay an extra cost only for scale != 1.
+  if (!isAMCompletelyFolded(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
+                            LU.AccessTy, F))
+    return F.Scale != 1;
+
+  switch (LU.Kind) {
+  case LSRUse::Address: {
+    // Check the scaling factor cost with both the min and max offsets.
+    int ScaleCostMinOffset = TTI.getScalingFactorCost(
+        LU.AccessTy.MemTy, F.BaseGV, F.BaseOffset + LU.MinOffset, F.HasBaseReg,
+        F.Scale, LU.AccessTy.AddrSpace);
+    int ScaleCostMaxOffset = TTI.getScalingFactorCost(
+        LU.AccessTy.MemTy, F.BaseGV, F.BaseOffset + LU.MaxOffset, F.HasBaseReg,
+        F.Scale, LU.AccessTy.AddrSpace);
+
+    assert(ScaleCostMinOffset >= 0 && ScaleCostMaxOffset >= 0 &&
+           "Legal addressing mode has an illegal cost!");
+    return std::max(ScaleCostMinOffset, ScaleCostMaxOffset);
+  }
+  case LSRUse::ICmpZero:
+  case LSRUse::Basic:
+  case LSRUse::Special:
+    // The use is completely folded, i.e., everything is folded into the
+    // instruction.
+    return 0;
+  }
+
+  llvm_unreachable("Invalid LSRUse Kind!");
+}
+
 static bool isAlwaysFoldable(const TargetTransformInfo &TTI,
-                             LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
+                             LSRUse::KindType Kind, MemAccessTy AccessTy,
                              GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
                              bool HasBaseReg) {
   // Fast-path: zero is always foldable.
@@ -1377,13 +1546,15 @@ static bool isAlwaysFoldable(const TargetTransformInfo &TTI,
     HasBaseReg = true;
   }
 
-  return isLegalUse(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, BaseOffset, HasBaseReg, Scale);
+  return isAMCompletelyFolded(TTI, Kind, AccessTy, BaseGV, BaseOffset,
+                              HasBaseReg, Scale);
 }
 
 static bool isAlwaysFoldable(const TargetTransformInfo &TTI,
                              ScalarEvolution &SE, int64_t MinOffset,
                              int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind,
-                             Type *AccessTy, const SCEV *S, bool HasBaseReg) {
+                             MemAccessTy AccessTy, const SCEV *S,
+                             bool HasBaseReg) {
   // Fast-path: zero is always foldable.
   if (S->isZero()) return true;
 
@@ -1402,39 +1573,15 @@ static bool isAlwaysFoldable(const TargetTransformInfo &TTI,
   // base and a scale.
   int64_t Scale = Kind == LSRUse::ICmpZero ? -1 : 1;
 
-  return isLegalUse(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, BaseGV,
-                    BaseOffset, HasBaseReg, Scale);
+  return isAMCompletelyFolded(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, BaseGV,
+                              BaseOffset, HasBaseReg, Scale);
 }
 
 namespace {
 
-/// UseMapDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
-/// DenseMaps and DenseSets of pairs of const SCEV* and LSRUse::Kind.
-struct UseMapDenseMapInfo {
-  static std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> getEmptyKey() {
-    return std::make_pair(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1), LSRUse::Basic);
-  }
-
-  static std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> getTombstoneKey() {
-    return std::make_pair(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2), LSRUse::Basic);
-  }
-
-  static unsigned
-  getHashValue(const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &V) {
-    unsigned Result = DenseMapInfo<const SCEV *>::getHashValue(V.first);
-    Result ^= DenseMapInfo<unsigned>::getHashValue(unsigned(V.second));
-    return Result;
-  }
-
-  static bool isEqual(const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &LHS,
-                      const std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType> &RHS) {
-    return LHS == RHS;
-  }
-};
-
-/// IVInc - An individual increment in a Chain of IV increments.
-/// Relate an IV user to an expression that computes the IV it uses from the IV
-/// used by the previous link in the Chain.
+/// An individual increment in a Chain of IV increments.  Relate an IV user to
+/// an expression that computes the IV it uses from the IV used by the previous
+/// link in the Chain.
 ///
 /// For the head of a chain, IncExpr holds the absolute SCEV expression for the
 /// original IVOperand. The head of the chain's IVOperand is only valid during
@@ -1450,54 +1597,52 @@ struct IVInc {
     UserInst(U), IVOperand(O), IncExpr(E) {}
 };
 
-// IVChain - The list of IV increments in program order.
-// We typically add the head of a chain without finding subsequent links.
+// The list of IV increments in program order.  We typically add the head of a
+// chain without finding subsequent links.
 struct IVChain {
   SmallVector<IVInc,1> Incs;
   const SCEV *ExprBase;
 
-  IVChain() : ExprBase(0) {}
+  IVChain() : ExprBase(nullptr) {}
 
   IVChain(const IVInc &Head, const SCEV *Base)
     : Incs(1, Head), ExprBase(Base) {}
 
   typedef SmallVectorImpl<IVInc>::const_iterator const_iterator;
 
-  // begin - return the first increment in the chain.
+  // Return the first increment in the chain.
   const_iterator begin() const {
     assert(!Incs.empty());
-    return llvm::next(Incs.begin());
+    return std::next(Incs.begin());
   }
   const_iterator end() const {
     return Incs.end();
   }
 
-  // hasIncs - Returns true if this chain contains any increments.
+  // Returns true if this chain contains any increments.
   bool hasIncs() const { return Incs.size() >= 2; }
 
-  // add - Add an IVInc to the end of this chain.
+  // Add an IVInc to the end of this chain.
   void add(const IVInc &X) { Incs.push_back(X); }
 
-  // tailUserInst - Returns the last UserInst in the chain.
+  // Returns the last UserInst in the chain.
   Instruction *tailUserInst() const { return Incs.back().UserInst; }
 
-  // isProfitableIncrement - Returns true if IncExpr can be profitably added to
-  // this chain.
+  // Returns true if IncExpr can be profitably added to this chain.
   bool isProfitableIncrement(const SCEV *OperExpr,
                              const SCEV *IncExpr,
                              ScalarEvolution&);
 };
 
-/// ChainUsers - Helper for CollectChains to track multiple IV increment uses.
-/// Distinguish between FarUsers that definitely cross IV increments and
-/// NearUsers that may be used between IV increments.
+/// Helper for CollectChains to track multiple IV increment uses.  Distinguish
+/// between FarUsers that definitely cross IV increments and NearUsers that may
+/// be used between IV increments.
 struct ChainUsers {
   SmallPtrSet<Instruction*, 4> FarUsers;
   SmallPtrSet<Instruction*, 4> NearUsers;
 };
 
-/// LSRInstance - This class holds state for the main loop strength reduction
-/// logic.
+/// This class holds state for the main loop strength reduction logic.
 class LSRInstance {
   IVUsers &IU;
   ScalarEvolution &SE;
@@ -1507,25 +1652,25 @@ class LSRInstance {
   Loop *const L;
   bool Changed;
 
-  /// IVIncInsertPos - This is the insert position that the current loop's
-  /// induction variable increment should be placed. In simple loops, this is
-  /// the latch block's terminator. But in more complicated cases, this is a
-  /// position which will dominate all the in-loop post-increment users.
+  /// This is the insert position that the current loop's induction variable
+  /// increment should be placed. In simple loops, this is the latch block's
+  /// terminator. But in more complicated cases, this is a position which will
+  /// dominate all the in-loop post-increment users.
   Instruction *IVIncInsertPos;
 
-  /// Factors - Interesting factors between use strides.
+  /// Interesting factors between use strides.
   SmallSetVector<int64_t, 8> Factors;
 
-  /// Types - Interesting use types, to facilitate truncation reuse.
+  /// Interesting use types, to facilitate truncation reuse.
   SmallSetVector<Type *, 4> Types;
 
-  /// Fixups - The list of operands which are to be replaced.
+  /// The list of operands which are to be replaced.
   SmallVector<LSRFixup, 16> Fixups;
 
-  /// Uses - The list of interesting uses.
+  /// The list of interesting uses.
   SmallVector<LSRUse, 16> Uses;
 
-  /// RegUses - Track which uses use which register candidates.
+  /// Track which uses use which register candidates.
   RegUseTracker RegUses;
 
   // Limit the number of chains to avoid quadratic behavior. We don't expect to
@@ -1533,10 +1678,10 @@ class LSRInstance {
   // back to normal LSR behavior for those uses.
   static const unsigned MaxChains = 8;
 
-  /// IVChainVec - IV users can form a chain of IV increments.
+  /// IV users can form a chain of IV increments.
   SmallVector<IVChain, MaxChains> IVChainVec;
 
-  /// IVIncSet - IV users that belong to profitable IVChains.
+  /// IV users that belong to profitable IVChains.
   SmallPtrSet<Use*, MaxChains> IVIncSet;
 
   void OptimizeShadowIV();
@@ -1560,17 +1705,14 @@ class LSRInstance {
   }
 
   // Support for sharing of LSRUses between LSRFixups.
-  typedef DenseMap<std::pair<const SCEV *, LSRUse::KindType>,
-                   size_t,
-                   UseMapDenseMapInfo> UseMapTy;
+  typedef DenseMap<LSRUse::SCEVUseKindPair, size_t> UseMapTy;
   UseMapTy UseMap;
 
   bool reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
-                          LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy);
+                          LSRUse::KindType Kind, MemAccessTy AccessTy);
 
-  std::pair<size_t, int64_t> getUse(const SCEV *&Expr,
-                                    LSRUse::KindType Kind,
-                                    Type *AccessTy);
+  std::pair<size_t, int64_t> getUse(const SCEV *&Expr, LSRUse::KindType Kind,
+                                    MemAccessTy AccessTy);
 
   void DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx);
 
@@ -1585,8 +1727,19 @@ class LSRInstance {
 
   void GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base,
                               unsigned Depth = 0);
+
+  void GenerateReassociationsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
+                                  const Formula &Base, unsigned Depth,
+                                  size_t Idx, bool IsScaledReg = false);
   void GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
+  void GenerateSymbolicOffsetsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
+                                   const Formula &Base, size_t Idx,
+                                   bool IsScaledReg = false);
   void GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
+  void GenerateConstantOffsetsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
+                                   const Formula &Base,
+                                   const SmallVectorImpl<int64_t> &Worklist,
+                                   size_t Idx, bool IsScaledReg = false);
   void GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
   void GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
   void GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base);
@@ -1652,8 +1805,8 @@ public:
 
 }
 
-/// OptimizeShadowIV - If IV is used in a int-to-float cast
-/// inside the loop then try to eliminate the cast operation.
+/// If IV is used in a int-to-float cast inside the loop then try to eliminate
+/// the cast operation.
 void LSRInstance::OptimizeShadowIV() {
   const SCEV *BackedgeTakenCount = SE.getBackedgeTakenCount(L);
   if (isa<SCEVCouldNotCompute>(BackedgeTakenCount))
@@ -1664,7 +1817,7 @@ void LSRInstance::OptimizeShadowIV() {
     IVUsers::const_iterator CandidateUI = UI;
     ++UI;
     Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
-    Type *DestTy = NULL;
+    Type *DestTy = nullptr;
     bool IsSigned = false;
 
     /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
@@ -1726,7 +1879,7 @@ void LSRInstance::OptimizeShadowIV() {
       continue;
 
     /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
-    ConstantInt *C = NULL;
+    ConstantInt *C = nullptr;
     if (Incr->getOperand(0) == PH)
       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
     else if (Incr->getOperand(1) == PH)
@@ -1761,23 +1914,21 @@ void LSRInstance::OptimizeShadowIV() {
   }
 }
 
-/// FindIVUserForCond - If Cond has an operand that is an expression of an IV,
-/// set the IV user and stride information and return true, otherwise return
-/// false.
+/// If Cond has an operand that is an expression of an IV, set the IV user and
+/// stride information and return true, otherwise return false.
 bool LSRInstance::FindIVUserForCond(ICmpInst *Cond, IVStrideUse *&CondUse) {
-  for (IVUsers::iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI)
-    if (UI->getUser() == Cond) {
+  for (IVStrideUse &U : IU)
+    if (U.getUser() == Cond) {
       // NOTE: we could handle setcc instructions with multiple uses here, but
       // InstCombine does it as well for simple uses, it's not clear that it
       // occurs enough in real life to handle.
-      CondUse = UI;
+      CondUse = &U;
       return true;
     }
   return false;
 }
 
-/// OptimizeMax - Rewrite the loop's terminating condition if it uses
-/// a max computation.
+/// Rewrite the loop's terminating condition if it uses a max computation.
 ///
 /// This is a narrow solution to a specific, but acute, problem. For loops
 /// like this:
@@ -1848,7 +1999,7 @@ ICmpInst *LSRInstance::OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse) {
   // for ICMP_ULE here because the comparison would be with zero, which
   // isn't interesting.
   CmpInst::Predicate Pred = ICmpInst::BAD_ICMP_PREDICATE;
-  const SCEVNAryExpr *Max = 0;
+  const SCEVNAryExpr *Max = nullptr;
   if (const SCEVSMaxExpr *S = dyn_cast<SCEVSMaxExpr>(BackedgeTakenCount)) {
     Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
     Max = S;
@@ -1891,7 +2042,7 @@ ICmpInst *LSRInstance::OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse) {
 
   // Check the right operand of the select, and remember it, as it will
   // be used in the new comparison instruction.
-  Value *NewRHS = 0;
+  Value *NewRHS = nullptr;
   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred)) {
     // Look for n+1, and grab n.
     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(1)))
@@ -1935,8 +2086,7 @@ ICmpInst *LSRInstance::OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse) {
   return NewCond;
 }
 
-/// OptimizeLoopTermCond - Change loop terminating condition to use the
-/// postinc iv when possible.
+/// Change loop terminating condition to use the postinc iv when possible.
 void
 LSRInstance::OptimizeLoopTermCond() {
   SmallPtrSet<Instruction *, 4> PostIncs;
@@ -1945,8 +2095,7 @@ LSRInstance::OptimizeLoopTermCond() {
   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitingBlocks;
   L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
 
-  for (unsigned i = 0, e = ExitingBlocks.size(); i != e; ++i) {
-    BasicBlock *ExitingBlock = ExitingBlocks[i];
+  for (BasicBlock *ExitingBlock : ExitingBlocks) {
 
     // Get the terminating condition for the loop if possible.  If we
     // can, we want to change it to use a post-incremented version of its
@@ -1961,7 +2110,7 @@ LSRInstance::OptimizeLoopTermCond() {
       continue;
 
     // Search IVUsesByStride to find Cond's IVUse if there is one.
-    IVStrideUse *CondUse = 0;
+    IVStrideUse *CondUse = nullptr;
     ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(TermBr->getCondition());
     if (!FindIVUserForCond(Cond, CondUse))
       continue;
@@ -2012,16 +2161,18 @@ LSRInstance::OptimizeLoopTermCond() {
                 C->getValue().isMinSignedValue())
               goto decline_post_inc;
             // Check for possible scaled-address reuse.
-            Type *AccessTy = getAccessType(UI->getUser());
+            MemAccessTy AccessTy = getAccessType(UI->getUser());
             int64_t Scale = C->getSExtValue();
-            if (TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy, /*BaseGV=*/ 0,
-                                          /*BaseOffset=*/ 0,
-                                          /*HasBaseReg=*/ false, Scale))
+            if (TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy.MemTy, /*BaseGV=*/nullptr,
+                                          /*BaseOffset=*/0,
+                                          /*HasBaseReg=*/false, Scale,
+                                          AccessTy.AddrSpace))
               goto decline_post_inc;
             Scale = -Scale;
-            if (TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy, /*BaseGV=*/ 0,
-                                          /*BaseOffset=*/ 0,
-                                          /*HasBaseReg=*/ false, Scale))
+            if (TTI.isLegalAddressingMode(AccessTy.MemTy, /*BaseGV=*/nullptr,
+                                          /*BaseOffset=*/0,
+                                          /*HasBaseReg=*/false, Scale,
+                                          AccessTy.AddrSpace))
               goto decline_post_inc;
           }
         }
@@ -2040,7 +2191,7 @@ LSRInstance::OptimizeLoopTermCond() {
         ICmpInst *OldCond = Cond;
         Cond = cast<ICmpInst>(Cond->clone());
         Cond->setName(L->getHeader()->getName() + ".termcond");
-        ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr, Cond);
+        ExitingBlock->getInstList().insert(TermBr->getIterator(), Cond);
 
         // Clone the IVUse, as the old use still exists!
         CondUse = &IU.AddUser(Cond, CondUse->getOperandValToReplace());
@@ -2062,50 +2213,52 @@ LSRInstance::OptimizeLoopTermCond() {
   // must dominate all the post-inc comparisons we just set up, and it must
   // dominate the loop latch edge.
   IVIncInsertPos = L->getLoopLatch()->getTerminator();
-  for (SmallPtrSet<Instruction *, 4>::const_iterator I = PostIncs.begin(),
-       E = PostIncs.end(); I != E; ++I) {
+  for (Instruction *Inst : PostIncs) {
     BasicBlock *BB =
       DT.findNearestCommonDominator(IVIncInsertPos->getParent(),
-                                    (*I)->getParent());
-    if (BB == (*I)->getParent())
-      IVIncInsertPos = *I;
+                                    Inst->getParent());
+    if (BB == Inst->getParent())
+      IVIncInsertPos = Inst;
     else if (BB != IVIncInsertPos->getParent())
       IVIncInsertPos = BB->getTerminator();
   }
 }
 
-/// reconcileNewOffset - Determine if the given use can accommodate a fixup
-/// at the given offset and other details. If so, update the use and
-/// return true.
-bool
-LSRInstance::reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
-                                LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy) {
+/// Determine if the given use can accommodate a fixup at the given offset and
+/// other details. If so, update the use and return true.
+bool LSRInstance::reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset,
+                                     bool HasBaseReg, LSRUse::KindType Kind,
+                                     MemAccessTy AccessTy) {
   int64_t NewMinOffset = LU.MinOffset;
   int64_t NewMaxOffset = LU.MaxOffset;
-  Type *NewAccessTy = AccessTy;
+  MemAccessTy NewAccessTy = AccessTy;
 
   // Check for a mismatched kind. It's tempting to collapse mismatched kinds to
   // something conservative, however this can pessimize in the case that one of
   // the uses will have all its uses outside the loop, for example.
   if (LU.Kind != Kind)
     return false;
+
+  // Check for a mismatched access type, and fall back conservatively as needed.
+  // TODO: Be less conservative when the type is similar and can use the same
+  // addressing modes.
+  if (Kind == LSRUse::Address) {
+    if (AccessTy != LU.AccessTy)
+      NewAccessTy = MemAccessTy::getUnknown(AccessTy.MemTy->getContext());
+  }
+
   // Conservatively assume HasBaseReg is true for now.
   if (NewOffset < LU.MinOffset) {
-    if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, AccessTy, /*BaseGV=*/ 0,
+    if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, NewAccessTy, /*BaseGV=*/nullptr,
                           LU.MaxOffset - NewOffset, HasBaseReg))
       return false;
     NewMinOffset = NewOffset;
   } else if (NewOffset > LU.MaxOffset) {
-    if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, AccessTy, /*BaseGV=*/ 0,
+    if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, NewAccessTy, /*BaseGV=*/nullptr,
                           NewOffset - LU.MinOffset, HasBaseReg))
       return false;
     NewMaxOffset = NewOffset;
   }
-  // Check for a mismatched access type, and fall back conservatively as needed.
-  // TODO: Be less conservative when the type is similar and can use the same
-  // addressing modes.
-  if (Kind == LSRUse::Address && AccessTy != LU.AccessTy)
-    NewAccessTy = Type::getVoidTy(AccessTy->getContext());
 
   // Update the use.
   LU.MinOffset = NewMinOffset;
@@ -2116,24 +2269,24 @@ LSRInstance::reconcileNewOffset(LSRUse &LU, int64_t NewOffset, bool HasBaseReg,
   return true;
 }
 
-/// getUse - Return an LSRUse index and an offset value for a fixup which
-/// needs the given expression, with the given kind and optional access type.
-/// Either reuse an existing use or create a new one, as needed.
-std::pair<size_t, int64_t>
-LSRInstance::getUse(const SCEV *&Expr,
-                    LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy) {
+/// Return an LSRUse index and an offset value for a fixup which needs the given
+/// expression, with the given kind and optional access type.  Either reuse an
+/// existing use or create a new one, as needed.
+std::pair<size_t, int64_t> LSRInstance::getUse(const SCEV *&Expr,
+                                               LSRUse::KindType Kind,
+                                               MemAccessTy AccessTy) {
   const SCEV *Copy = Expr;
   int64_t Offset = ExtractImmediate(Expr, SE);
 
   // Basic uses can't accept any offset, for example.
-  if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, AccessTy, /*BaseGV=*/ 0,
+  if (!isAlwaysFoldable(TTI, Kind, AccessTy, /*BaseGV=*/ nullptr,
                         Offset, /*HasBaseReg=*/ true)) {
     Expr = Copy;
     Offset = 0;
   }
 
   std::pair<UseMapTy::iterator, bool> P =
-    UseMap.insert(std::make_pair(std::make_pair(Expr, Kind), 0));
+    UseMap.insert(std::make_pair(LSRUse::SCEVUseKindPair(Expr, Kind), 0));
   if (!P.second) {
     // A use already existed with this base.
     size_t LUIdx = P.first->second;
@@ -2159,18 +2312,18 @@ LSRInstance::getUse(const SCEV *&Expr,
   return std::make_pair(LUIdx, Offset);
 }
 
-/// DeleteUse - Delete the given use from the Uses list.
+/// Delete the given use from the Uses list.
 void LSRInstance::DeleteUse(LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
   if (&LU != &Uses.back())
     std::swap(LU, Uses.back());
   Uses.pop_back();
 
   // Update RegUses.
-  RegUses.SwapAndDropUse(LUIdx, Uses.size());
+  RegUses.swapAndDropUse(LUIdx, Uses.size());
 }
 
-/// FindUseWithFormula - Look for a use distinct from OrigLU which is has
-/// a formula that has the same registers as the given formula.
+/// Look for a use distinct from OrigLU which is has a formula that has the same
+/// registers as the given formula.
 LSRUse *
 LSRInstance::FindUseWithSimilarFormula(const Formula &OrigF,
                                        const LSRUse &OrigLU) {
@@ -2188,9 +2341,7 @@ LSRInstance::FindUseWithSimilarFormula(const Formula &OrigF,
         LU.WidestFixupType == OrigLU.WidestFixupType &&
         LU.HasFormulaWithSameRegs(OrigF)) {
       // Scan through this use's formulae.
-      for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
-           E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
-        const Formula &F = *I;
+      for (const Formula &F : LU.Formulae) {
         // Check to see if this formula has the same registers and symbols
         // as OrigF.
         if (F.BaseRegs == OrigF.BaseRegs &&
@@ -2210,7 +2361,7 @@ LSRInstance::FindUseWithSimilarFormula(const Formula &OrigF,
   }
 
   // Nothing looked good.
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
 
 void LSRInstance::CollectInterestingTypesAndFactors() {
@@ -2218,8 +2369,8 @@ void LSRInstance::CollectInterestingTypesAndFactors() {
 
   // Collect interesting types and strides.
   SmallVector<const SCEV *, 4> Worklist;
-  for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
-    const SCEV *Expr = IU.getExpr(*UI);
+  for (const IVStrideUse &U : IU) {
+    const SCEV *Expr = IU.getExpr(U);
 
     // Collect interesting types.
     Types.insert(SE.getEffectiveSCEVType(Expr->getType()));
@@ -2242,7 +2393,7 @@ void LSRInstance::CollectInterestingTypesAndFactors() {
   for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator
        I = Strides.begin(), E = Strides.end(); I != E; ++I)
     for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator NewStrideIter =
-         llvm::next(I); NewStrideIter != E; ++NewStrideIter) {
+         std::next(I); NewStrideIter != E; ++NewStrideIter) {
       const SCEV *OldStride = *I;
       const SCEV *NewStride = *NewStrideIter;
 
@@ -2276,9 +2427,9 @@ void LSRInstance::CollectInterestingTypesAndFactors() {
   DEBUG(print_factors_and_types(dbgs()));
 }
 
-/// findIVOperand - Helper for CollectChains that finds an IV operand (computed
-/// by an AddRec in this loop) within [OI,OE) or returns OE. If IVUsers mapped
-/// Instructions to IVStrideUses, we could partially skip this.
+/// Helper for CollectChains that finds an IV operand (computed by an AddRec in
+/// this loop) within [OI,OE) or returns OE. If IVUsers mapped Instructions to
+/// IVStrideUses, we could partially skip this.
 static User::op_iterator
 findIVOperand(User::op_iterator OI, User::op_iterator OE,
               Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
@@ -2297,29 +2448,28 @@ findIVOperand(User::op_iterator OI, User::op_iterator OE,
   return OI;
 }
 
-/// getWideOperand - IVChain logic must consistenctly peek base TruncInst
-/// operands, so wrap it in a convenient helper.
+/// IVChain logic must consistenctly peek base TruncInst operands, so wrap it in
+/// a convenient helper.
 static Value *getWideOperand(Value *Oper) {
   if (TruncInst *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(Oper))
     return Trunc->getOperand(0);
   return Oper;
 }
 
-/// isCompatibleIVType - Return true if we allow an IV chain to include both
-/// types.
+/// Return true if we allow an IV chain to include both types.
 static bool isCompatibleIVType(Value *LVal, Value *RVal) {
   Type *LType = LVal->getType();
   Type *RType = RVal->getType();
   return (LType == RType) || (LType->isPointerTy() && RType->isPointerTy());
 }
 
-/// getExprBase - Return an approximation of this SCEV expression's "base", or
-/// NULL for any constant. Returning the expression itself is
-/// conservative. Returning a deeper subexpression is more precise and valid as
-/// long as it isn't less complex than another subexpression. For expressions
-/// involving multiple unscaled values, we need to return the pointer-type
-/// SCEVUnknown. This avoids forming chains across objects, such as:
-/// PrevOper==a[i], IVOper==b[i], IVInc==b-a.
+/// Return an approximation of this SCEV expression's "base", or NULL for any
+/// constant. Returning the expression itself is conservative. Returning a
+/// deeper subexpression is more precise and valid as long as it isn't less
+/// complex than another subexpression. For expressions involving multiple
+/// unscaled values, we need to return the pointer-type SCEVUnknown. This avoids
+/// forming chains across objects, such as: PrevOper==a[i], IVOper==b[i],
+/// IVInc==b-a.
 ///
 /// Since SCEVUnknown is the rightmost type, and pointers are the rightmost
 /// SCEVUnknown, we simply return the rightmost SCEV operand.
@@ -2328,7 +2478,7 @@ static const SCEV *getExprBase(const SCEV *S) {
   default: // uncluding scUnknown.
     return S;
   case scConstant:
-    return 0;
+    return nullptr;
   case scTruncate:
     return getExprBase(cast<SCEVTruncateExpr>(S)->getOperand());
   case scZeroExtend:
@@ -2391,7 +2541,7 @@ bool IVChain::isProfitableIncrement(const SCEV *OperExpr,
 ///
 /// TODO: Consider IVInc free if it's already used in another chains.
 static bool
-isProfitableChain(IVChain &Chain, SmallPtrSet<Instruction*, 4> &Users,
+isProfitableChain(IVChain &Chain, SmallPtrSetImpl<Instruction*> &Users,
                   ScalarEvolution &SE, const TargetTransformInfo &TTI) {
   if (StressIVChain)
     return true;
@@ -2401,9 +2551,8 @@ isProfitableChain(IVChain &Chain, SmallPtrSet<Instruction*, 4> &Users,
 
   if (!Users.empty()) {
     DEBUG(dbgs() << "Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << " users:\n";
-          for (SmallPtrSet<Instruction*, 4>::const_iterator I = Users.begin(),
-                 E = Users.end(); I != E; ++I) {
-            dbgs() << "  " << **I << "\n";
+          for (Instruction *Inst : Users) {
+            dbgs() << "  " << *Inst << "\n";
           });
     return false;
   }
@@ -2419,29 +2568,27 @@ isProfitableChain(IVChain &Chain, SmallPtrSet<Instruction*, 4> &Users,
       && SE.getSCEV(Chain.tailUserInst()) == Chain.Incs[0].IncExpr) {
     --cost;
   }
-  const SCEV *LastIncExpr = 0;
+  const SCEV *LastIncExpr = nullptr;
   unsigned NumConstIncrements = 0;
   unsigned NumVarIncrements = 0;
   unsigned NumReusedIncrements = 0;
-  for (IVChain::const_iterator I = Chain.begin(), E = Chain.end();
-       I != E; ++I) {
-
-    if (I->IncExpr->isZero())
+  for (const IVInc &Inc : Chain) {
+    if (Inc.IncExpr->isZero())
       continue;
 
     // Incrementing by zero or some constant is neutral. We assume constants can
     // be folded into an addressing mode or an add's immediate operand.
-    if (isa<SCEVConstant>(I->IncExpr)) {
+    if (isa<SCEVConstant>(Inc.IncExpr)) {
       ++NumConstIncrements;
       continue;
     }
 
-    if (I->IncExpr == LastIncExpr)
+    if (Inc.IncExpr == LastIncExpr)
       ++NumReusedIncrements;
     else
       ++NumVarIncrements;
 
-    LastIncExpr = I->IncExpr;
+    LastIncExpr = Inc.IncExpr;
   }
   // An IV chain with a single increment is handled by LSR's postinc
   // uses. However, a chain with multiple increments requires keeping the IV's
@@ -2465,8 +2612,7 @@ isProfitableChain(IVChain &Chain, SmallPtrSet<Instruction*, 4> &Users,
   return cost < 0;
 }
 
-/// ChainInstruction - Add this IV user to an existing chain or make it the head
-/// of a new chain.
+/// Add this IV user to an existing chain or make it the head of a new chain.
 void LSRInstance::ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
                                    SmallVectorImpl<ChainUsers> &ChainUsersVec) {
   // When IVs are used as types of varying widths, they are generally converted
@@ -2478,7 +2624,7 @@ void LSRInstance::ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
   // Visit all existing chains. Check if its IVOper can be computed as a
   // profitable loop invariant increment from the last link in the Chain.
   unsigned ChainIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
-  const SCEV *LastIncExpr = 0;
+  const SCEV *LastIncExpr = nullptr;
   for (; ChainIdx < NChains; ++ChainIdx) {
     IVChain &Chain = IVChainVec[ChainIdx];
 
@@ -2550,9 +2696,8 @@ void LSRInstance::ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
   // they will eventually be used be the current chain, or can be computed
   // from one of the chain increments. To be more precise we could
   // transitively follow its user and only add leaf IV users to the set.
-  for (Value::use_iterator UseIter = IVOper->use_begin(),
-         UseEnd = IVOper->use_end(); UseIter != UseEnd; ++UseIter) {
-    Instruction *OtherUse = dyn_cast<Instruction>(*UseIter);
+  for (User *U : IVOper->users()) {
+    Instruction *OtherUse = dyn_cast<Instruction>(U);
     if (!OtherUse)
       continue;
     // Uses in the chain will no longer be uses if the chain is formed.
@@ -2579,7 +2724,7 @@ void LSRInstance::ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
   ChainUsersVec[ChainIdx].FarUsers.erase(UserInst);
 }
 
-/// CollectChains - Populate the vector of Chains.
+/// Populate the vector of Chains.
 ///
 /// This decreases ILP at the architecture level. Targets with ample registers,
 /// multiple memory ports, and no register renaming probably don't want
@@ -2620,19 +2765,19 @@ void LSRInstance::CollectChains() {
     for (BasicBlock::iterator I = (*BBIter)->begin(), E = (*BBIter)->end();
          I != E; ++I) {
       // Skip instructions that weren't seen by IVUsers analysis.
-      if (isa<PHINode>(I) || !IU.isIVUserOrOperand(I))
+      if (isa<PHINode>(I) || !IU.isIVUserOrOperand(&*I))
         continue;
 
       // Ignore users that are part of a SCEV expression. This way we only
       // consider leaf IV Users. This effectively rediscovers a portion of
       // IVUsers analysis but in program order this time.
-      if (SE.isSCEVable(I->getType()) && !isa<SCEVUnknown>(SE.getSCEV(I)))
+      if (SE.isSCEVable(I->getType()) && !isa<SCEVUnknown>(SE.getSCEV(&*I)))
         continue;
 
       // Remove this instruction from any NearUsers set it may be in.
       for (unsigned ChainIdx = 0, NChains = IVChainVec.size();
            ChainIdx < NChains; ++ChainIdx) {
-        ChainUsersVec[ChainIdx].NearUsers.erase(I);
+        ChainUsersVec[ChainIdx].NearUsers.erase(&*I);
       }
       // Search for operands that can be chained.
       SmallPtrSet<Instruction*, 4> UniqueOperands;
@@ -2640,9 +2785,9 @@ void LSRInstance::CollectChains() {
       User::op_iterator IVOpIter = findIVOperand(I->op_begin(), IVOpEnd, L, SE);
       while (IVOpIter != IVOpEnd) {
         Instruction *IVOpInst = cast<Instruction>(*IVOpIter);
-        if (UniqueOperands.insert(IVOpInst))
-          ChainInstruction(I, IVOpInst, ChainUsersVec);
-        IVOpIter = findIVOperand(llvm::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
+        if (UniqueOperands.insert(IVOpInst).second)
+          ChainInstruction(&*I, IVOpInst, ChainUsersVec);
+        IVOpIter = findIVOperand(std::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
       }
     } // Continue walking down the instructions.
   } // Continue walking down the domtree.
@@ -2677,12 +2822,11 @@ void LSRInstance::FinalizeChain(IVChain &Chain) {
   assert(!Chain.Incs.empty() && "empty IV chains are not allowed");
   DEBUG(dbgs() << "Final Chain: " << *Chain.Incs[0].UserInst << "\n");
 
-  for (IVChain::const_iterator I = Chain.begin(), E = Chain.end();
-       I != E; ++I) {
-    DEBUG(dbgs() << "        Inc: " << *I->UserInst << "\n");
-    User::op_iterator UseI =
-      std::find(I->UserInst->op_begin(), I->UserInst->op_end(), I->IVOperand);
-    assert(UseI != I->UserInst->op_end() && "cannot find IV operand");
+  for (const IVInc &Inc : Chain) {
+    DEBUG(dbgs() << "        Inc: " << Inc.UserInst << "\n");
+    auto UseI = std::find(Inc.UserInst->op_begin(), Inc.UserInst->op_end(),
+                          Inc.IVOperand);
+    assert(UseI != Inc.UserInst->op_end() && "cannot find IV operand");
     IVIncSet.insert(UseI);
   }
 }
@@ -2697,17 +2841,17 @@ static bool canFoldIVIncExpr(const SCEV *IncExpr, Instruction *UserInst,
   if (IncConst->getValue()->getValue().getMinSignedBits() > 64)
     return false;
 
+  MemAccessTy AccessTy = getAccessType(UserInst);
   int64_t IncOffset = IncConst->getValue()->getSExtValue();
-  if (!isAlwaysFoldable(TTI, LSRUse::Address,
-                        getAccessType(UserInst), /*BaseGV=*/ 0,
-                        IncOffset, /*HaseBaseReg=*/ false))
+  if (!isAlwaysFoldable(TTI, LSRUse::Address, AccessTy, /*BaseGV=*/nullptr,
+                        IncOffset, /*HaseBaseReg=*/false))
     return false;
 
   return true;
 }
 
-/// GenerateIVChains - Generate an add or subtract for each IVInc in a chain to
-/// materialize the IV user's operand from the previous IV user's operand.
+/// Generate an add or subtract for each IVInc in a chain to materialize the IV
+/// user's operand from the previous IV user's operand.
 void LSRInstance::GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
                                   SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
   // Find the new IVOperand for the head of the chain. It may have been replaced
@@ -2717,7 +2861,7 @@ void LSRInstance::GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
   // findIVOperand returns IVOpEnd if it can no longer find a valid IV user.
   User::op_iterator IVOpIter = findIVOperand(Head.UserInst->op_begin(),
                                              IVOpEnd, L, SE);
-  Value *IVSrc = 0;
+  Value *IVSrc = nullptr;
   while (IVOpIter != IVOpEnd) {
     IVSrc = getWideOperand(*IVOpIter);
 
@@ -2733,7 +2877,7 @@ void LSRInstance::GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
         || SE.getSCEV(IVSrc) == Head.IncExpr) {
       break;
     }
-    IVOpIter = findIVOperand(llvm::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
+    IVOpIter = findIVOperand(std::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
   }
   if (IVOpIter == IVOpEnd) {
     // Gracefully give up on this chain.
@@ -2744,21 +2888,19 @@ void LSRInstance::GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
   DEBUG(dbgs() << "Generate chain at: " << *IVSrc << "\n");
   Type *IVTy = IVSrc->getType();
   Type *IntTy = SE.getEffectiveSCEVType(IVTy);
-  const SCEV *LeftOverExpr = 0;
-  for (IVChain::const_iterator IncI = Chain.begin(),
-         IncE = Chain.end(); IncI != IncE; ++IncI) {
-
-    Instruction *InsertPt = IncI->UserInst;
+  const SCEV *LeftOverExpr = nullptr;
+  for (const IVInc &Inc : Chain) {
+    Instruction *InsertPt = Inc.UserInst;
     if (isa<PHINode>(InsertPt))
       InsertPt = L->getLoopLatch()->getTerminator();
 
     // IVOper will replace the current IV User's operand. IVSrc is the IV
     // value currently held in a register.
     Value *IVOper = IVSrc;
-    if (!IncI->IncExpr->isZero()) {
+    if (!Inc.IncExpr->isZero()) {
       // IncExpr was the result of subtraction of two narrow values, so must
       // be signed.
-      const SCEV *IncExpr = SE.getNoopOrSignExtend(IncI->IncExpr, IntTy);
+      const SCEV *IncExpr = SE.getNoopOrSignExtend(Inc.IncExpr, IntTy);
       LeftOverExpr = LeftOverExpr ?
         SE.getAddExpr(LeftOverExpr, IncExpr) : IncExpr;
     }
@@ -2771,22 +2913,21 @@ void LSRInstance::GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
       IVOper = Rewriter.expandCodeFor(IVOperExpr, IVTy, InsertPt);
 
       // If an IV increment can't be folded, use it as the next IV value.
-      if (!canFoldIVIncExpr(LeftOverExpr, IncI->UserInst, IncI->IVOperand,
-                            TTI)) {
+      if (!canFoldIVIncExpr(LeftOverExpr, Inc.UserInst, Inc.IVOperand, TTI)) {
         assert(IVTy == IVOper->getType() && "inconsistent IV increment type");
         IVSrc = IVOper;
-        LeftOverExpr = 0;
+        LeftOverExpr = nullptr;
       }
     }
-    Type *OperTy = IncI->IVOperand->getType();
+    Type *OperTy = Inc.IVOperand->getType();
     if (IVTy != OperTy) {
       assert(SE.getTypeSizeInBits(IVTy) >= SE.getTypeSizeInBits(OperTy) &&
              "cannot extend a chained IV");
       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
       IVOper = Builder.CreateTruncOrBitCast(IVOper, OperTy, "lsr.chain");
     }
-    IncI->UserInst->replaceUsesOfWith(IncI->IVOperand, IVOper);
-    DeadInsts.push_back(IncI->IVOperand);
+    Inc.UserInst->replaceUsesOfWith(Inc.IVOperand, IVOper);
+    DeadInsts.emplace_back(Inc.IVOperand);
   }
   // If LSR created a new, wider phi, we may also replace its postinc. We only
   // do this if we also found a wide value for the head of the chain.
@@ -2808,17 +2949,17 @@ void LSRInstance::GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
         IVOper = Builder.CreatePointerCast(IVSrc, PostIncTy, "lsr.chain");
       }
       Phi->replaceUsesOfWith(PostIncV, IVOper);
-      DeadInsts.push_back(PostIncV);
+      DeadInsts.emplace_back(PostIncV);
     }
   }
 }
 
 void LSRInstance::CollectFixupsAndInitialFormulae() {
-  for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
-    Instruction *UserInst = UI->getUser();
+  for (const IVStrideUse &U : IU) {
+    Instruction *UserInst = U.getUser();
     // Skip IV users that are part of profitable IV Chains.
     User::op_iterator UseI = std::find(UserInst->op_begin(), UserInst->op_end(),
-                                       UI->getOperandValToReplace());
+                                       U.getOperandValToReplace());
     assert(UseI != UserInst->op_end() && "cannot find IV operand");
     if (IVIncSet.count(UseI))
       continue;
@@ -2826,17 +2967,17 @@ void LSRInstance::CollectFixupsAndInitialFormulae() {
     // Record the uses.
     LSRFixup &LF = getNewFixup();
     LF.UserInst = UserInst;
-    LF.OperandValToReplace = UI->getOperandValToReplace();
-    LF.PostIncLoops = UI->getPostIncLoops();
+    LF.OperandValToReplace = U.getOperandValToReplace();
+    LF.PostIncLoops = U.getPostIncLoops();
 
     LSRUse::KindType Kind = LSRUse::Basic;
-    Type *AccessTy = 0;
+    MemAccessTy AccessTy;
     if (isAddressUse(LF.UserInst, LF.OperandValToReplace)) {
       Kind = LSRUse::Address;
       AccessTy = getAccessType(LF.UserInst);
     }
 
-    const SCEV *S = IU.getExpr(*UI);
+    const SCEV *S = IU.getExpr(U);
 
     // Equality (== and !=) ICmps are special. We can rewrite (i == N) as
     // (N - i == 0), and this allows (N - i) to be the expression that we work
@@ -2858,10 +2999,10 @@ void LSRInstance::CollectFixupsAndInitialFormulae() {
 
         // x == y  -->  x - y == 0
         const SCEV *N = SE.getSCEV(NV);
-        if (SE.isLoopInvariant(N, L) && isSafeToExpand(N)) {
+        if (SE.isLoopInvariant(N, L) && isSafeToExpand(N, SE)) {
           // S is normalized, so normalize N before folding it into S
           // to keep the result normalized.
-          N = TransformForPostIncUse(Normalize, N, CI, 0,
+          N = TransformForPostIncUse(Normalize, N, CI, nullptr,
                                      LF.PostIncLoops, SE, DT);
           Kind = LSRUse::ICmpZero;
           S = SE.getMinusSCEV(N, S);
@@ -2896,19 +3037,22 @@ void LSRInstance::CollectFixupsAndInitialFormulae() {
   DEBUG(print_fixups(dbgs()));
 }
 
-/// InsertInitialFormula - Insert a formula for the given expression into
-/// the given use, separating out loop-variant portions from loop-invariant
-/// and loop-computable portions.
+/// Insert a formula for the given expression into the given use, separating out
+/// loop-variant portions from loop-invariant and loop-computable portions.
 void
 LSRInstance::InsertInitialFormula(const SCEV *S, LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
+  // Mark uses whose expressions cannot be expanded.
+  if (!isSafeToExpand(S, SE))
+    LU.RigidFormula = true;
+
   Formula F;
-  F.InitialMatch(S, L, SE);
+  F.initialMatch(S, L, SE);
   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
   assert(Inserted && "Initial formula already exists!"); (void)Inserted;
 }
 
-/// InsertSupplementalFormula - Insert a simple single-register formula for
-/// the given expression into the given use.
+/// Insert a simple single-register formula for the given expression into the
+/// given use.
 void
 LSRInstance::InsertSupplementalFormula(const SCEV *S,
                                        LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
@@ -2919,19 +3063,20 @@ LSRInstance::InsertSupplementalFormula(const SCEV *S,
   assert(Inserted && "Supplemental formula already exists!"); (void)Inserted;
 }
 
-/// CountRegisters - Note which registers are used by the given formula,
-/// updating RegUses.
+/// Note which registers are used by the given formula, updating RegUses.
 void LSRInstance::CountRegisters(const Formula &F, size_t LUIdx) {
   if (F.ScaledReg)
-    RegUses.CountRegister(F.ScaledReg, LUIdx);
-  for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
-       E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I)
-    RegUses.CountRegister(*I, LUIdx);
+    RegUses.countRegister(F.ScaledReg, LUIdx);
+  for (const SCEV *BaseReg : F.BaseRegs)
+    RegUses.countRegister(BaseReg, LUIdx);
 }
 
-/// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
-/// the list, and return true. Return false otherwise.
+/// If the given formula has not yet been inserted, add it to the list, and
+/// return true. Return false otherwise.
 bool LSRInstance::InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F) {
+  // Do not insert formula that we will not be able to expand.
+  assert(isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F) &&
+         "Formula is illegal");
   if (!LU.InsertFormula(F))
     return false;
 
@@ -2939,19 +3084,23 @@ bool LSRInstance::InsertFormula(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &F) {
   return true;
 }
 
-/// CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae - Check for other uses of
-/// loop-invariant values which we're tracking. These other uses will pin these
-/// values in registers, making them less profitable for elimination.
+/// Check for other uses of loop-invariant values which we're tracking. These
+/// other uses will pin these values in registers, making them less profitable
+/// for elimination.
 /// TODO: This currently misses non-constant addrec step registers.
 /// TODO: Should this give more weight to users inside the loop?
 void
 LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
   SmallVector<const SCEV *, 8> Worklist(RegUses.begin(), RegUses.end());
-  SmallPtrSet<const SCEV *, 8> Inserted;
+  SmallPtrSet<const SCEV *, 32> Visited;
 
   while (!Worklist.empty()) {
     const SCEV *S = Worklist.pop_back_val();
 
+    // Don't process the same SCEV twice
+    if (!Visited.insert(S).second)
+      continue;
+
     if (const SCEVNAryExpr *N = dyn_cast<SCEVNAryExpr>(S))
       Worklist.append(N->op_begin(), N->op_end());
     else if (const SCEVCastExpr *C = dyn_cast<SCEVCastExpr>(S))
@@ -2959,18 +3108,16 @@ LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
     else if (const SCEVUDivExpr *D = dyn_cast<SCEVUDivExpr>(S)) {
       Worklist.push_back(D->getLHS());
       Worklist.push_back(D->getRHS());
-    } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
-      if (!Inserted.insert(U)) continue;
-      const Value *V = U->getValue();
+    } else if (const SCEVUnknown *US = dyn_cast<SCEVUnknown>(S)) {
+      const Value *V = US->getValue();
       if (const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
         // Look for instructions defined outside the loop.
         if (L->contains(Inst)) continue;
       } else if (isa<UndefValue>(V))
         // Undef doesn't have a live range, so it doesn't matter.
         continue;
-      for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
-           UI != UE; ++UI) {
-        const Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(*UI);
+      for (const Use &U : V->uses()) {
+        const Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(U.getUser());
         // Ignore non-instructions.
         if (!UserInst)
           continue;
@@ -2982,9 +3129,12 @@ LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
         const BasicBlock *UseBB = !isa<PHINode>(UserInst) ?
           UserInst->getParent() :
           cast<PHINode>(UserInst)->getIncomingBlock(
-            PHINode::getIncomingValueNumForOperand(UI.getOperandNo()));
+            PHINode::getIncomingValueNumForOperand(U.getOperandNo()));
         if (!DT.dominates(L->getHeader(), UseBB))
           continue;
+        // Don't bother if the instruction is in a BB which ends in an EHPad.
+        if (UseBB->getTerminator()->isEHPad())
+          continue;
         // Ignore uses which are part of other SCEV expressions, to avoid
         // analyzing them multiple times.
         if (SE.isSCEVable(UserInst->getType())) {
@@ -2992,7 +3142,7 @@ LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
           // If the user is a no-op, look through to its uses.
           if (!isa<SCEVUnknown>(UserS))
             continue;
-          if (UserS == U) {
+          if (UserS == US) {
             Worklist.push_back(
               SE.getUnknown(const_cast<Instruction *>(UserInst)));
             continue;
@@ -3000,7 +3150,7 @@ LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
         }
         // Ignore icmp instructions which are already being analyzed.
         if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(UserInst)) {
-          unsigned OtherIdx = !UI.getOperandNo();
+          unsigned OtherIdx = !U.getOperandNo();
           Value *OtherOp = const_cast<Value *>(ICI->getOperand(OtherIdx));
           if (SE.hasComputableLoopEvolution(SE.getSCEV(OtherOp), L))
             continue;
@@ -3008,8 +3158,9 @@ LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
 
         LSRFixup &LF = getNewFixup();
         LF.UserInst = const_cast<Instruction *>(UserInst);
-        LF.OperandValToReplace = UI.getUse();
-        std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, LSRUse::Basic, 0);
+        LF.OperandValToReplace = U;
+        std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(
+            S, LSRUse::Basic, MemAccessTy());
         LF.LUIdx = P.first;
         LF.Offset = P.second;
         LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
@@ -3018,7 +3169,7 @@ LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
             SE.getTypeSizeInBits(LU.WidestFixupType) <
             SE.getTypeSizeInBits(LF.OperandValToReplace->getType()))
           LU.WidestFixupType = LF.OperandValToReplace->getType();
-        InsertSupplementalFormula(U, LU, LF.LUIdx);
+        InsertSupplementalFormula(US, LU, LF.LUIdx);
         CountRegisters(LU.Formulae.back(), Uses.size() - 1);
         break;
       }
@@ -3026,8 +3177,8 @@ LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
   }
 }
 
-/// CollectSubexprs - Split S into subexpressions which can be pulled out into
-/// separate registers. If C is non-null, multiply each subexpression by C.
+/// Split S into subexpressions which can be pulled out into separate
+/// registers. If C is non-null, multiply each subexpression by C.
 ///
 /// Return remainder expression after factoring the subexpressions captured by
 /// Ops. If Ops is complete, return NULL.
@@ -3042,13 +3193,12 @@ static const SCEV *CollectSubexprs(const SCEV *S, const SCEVConstant *C,
 
   if (const SCEVAddExpr *Add = dyn_cast<SCEVAddExpr>(S)) {
     // Break out add operands.
-    for (SCEVAddExpr::op_iterator I = Add->op_begin(), E = Add->op_end();
-         I != E; ++I) {
-      const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(*I, C, Ops, L, SE, Depth+1);
+    for (const SCEV *S : Add->operands()) {
+      const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(S, C, Ops, L, SE, Depth+1);
       if (Remainder)
         Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, Remainder) : Remainder);
     }
-    return NULL;
+    return nullptr;
   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
     // Split a non-zero base out of an addrec.
     if (AR->getStart()->isZero())
@@ -3060,7 +3210,7 @@ static const SCEV *CollectSubexprs(const SCEV *S, const SCEVConstant *C,
     // does not pertain to this loop.
     if (Remainder && (AR->getLoop() == L || !isa<SCEVAddRecExpr>(Remainder))) {
       Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, Remainder) : Remainder);
-      Remainder = NULL;
+      Remainder = nullptr;
     }
     if (Remainder != AR->getStart()) {
       if (!Remainder)
@@ -3082,105 +3232,126 @@ static const SCEV *CollectSubexprs(const SCEV *S, const SCEVConstant *C,
         CollectSubexprs(Mul->getOperand(1), C, Ops, L, SE, Depth+1);
       if (Remainder)
         Ops.push_back(SE.getMulExpr(C, Remainder));
-      return NULL;
+      return nullptr;
     }
   }
   return S;
 }
 
-/// GenerateReassociations - Split out subexpressions from adds and the bases of
-/// addrecs.
-void LSRInstance::GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
-                                         Formula Base,
-                                         unsigned Depth) {
-  // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
-  if (Depth >= 3) return;
-
-  for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
-    const SCEV *BaseReg = Base.BaseRegs[i];
+/// \brief Helper function for LSRInstance::GenerateReassociations.
+void LSRInstance::GenerateReassociationsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
+                                             const Formula &Base,
+                                             unsigned Depth, size_t Idx,
+                                             bool IsScaledReg) {
+  const SCEV *BaseReg = IsScaledReg ? Base.ScaledReg : Base.BaseRegs[Idx];
+  SmallVector<const SCEV *, 8> AddOps;
+  const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(BaseReg, nullptr, AddOps, L, SE);
+  if (Remainder)
+    AddOps.push_back(Remainder);
+
+  if (AddOps.size() == 1)
+    return;
 
-    SmallVector<const SCEV *, 8> AddOps;
-    const SCEV *Remainder = CollectSubexprs(BaseReg, 0, AddOps, L, SE);
-    if (Remainder)
-      AddOps.push_back(Remainder);
+  for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = AddOps.begin(),
+                                                     JE = AddOps.end();
+       J != JE; ++J) {
 
-    if (AddOps.size() == 1) continue;
+    // Loop-variant "unknown" values are uninteresting; we won't be able to
+    // do anything meaningful with them.
+    if (isa<SCEVUnknown>(*J) && !SE.isLoopInvariant(*J, L))
+      continue;
 
-    for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = AddOps.begin(),
-         JE = AddOps.end(); J != JE; ++J) {
+    // Don't pull a constant into a register if the constant could be folded
+    // into an immediate field.
+    if (isAlwaysFoldable(TTI, SE, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
+                         LU.AccessTy, *J, Base.getNumRegs() > 1))
+      continue;
 
-      // Loop-variant "unknown" values are uninteresting; we won't be able to
-      // do anything meaningful with them.
-      if (isa<SCEVUnknown>(*J) && !SE.isLoopInvariant(*J, L))
-        continue;
+    // Collect all operands except *J.
+    SmallVector<const SCEV *, 8> InnerAddOps(
+        ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).begin(), J);
+    InnerAddOps.append(std::next(J),
+                       ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).end());
+
+    // Don't leave just a constant behind in a register if the constant could
+    // be folded into an immediate field.
+    if (InnerAddOps.size() == 1 &&
+        isAlwaysFoldable(TTI, SE, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
+                         LU.AccessTy, InnerAddOps[0], Base.getNumRegs() > 1))
+      continue;
 
-      // Don't pull a constant into a register if the constant could be folded
-      // into an immediate field.
-      if (isAlwaysFoldable(TTI, SE, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
-                           LU.AccessTy, *J, Base.getNumRegs() > 1))
-        continue;
+    const SCEV *InnerSum = SE.getAddExpr(InnerAddOps);
+    if (InnerSum->isZero())
+      continue;
+    Formula F = Base;
 
-      // Collect all operands except *J.
-      SmallVector<const SCEV *, 8> InnerAddOps
-        (((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).begin(), J);
-      InnerAddOps.append
-        (llvm::next(J), ((const SmallVector<const SCEV *, 8> &)AddOps).end());
-
-      // Don't leave just a constant behind in a register if the constant could
-      // be folded into an immediate field.
-      if (InnerAddOps.size() == 1 &&
-          isAlwaysFoldable(TTI, SE, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
-                           LU.AccessTy, InnerAddOps[0], Base.getNumRegs() > 1))
-        continue;
+    // Add the remaining pieces of the add back into the new formula.
+    const SCEVConstant *InnerSumSC = dyn_cast<SCEVConstant>(InnerSum);
+    if (InnerSumSC && SE.getTypeSizeInBits(InnerSumSC->getType()) <= 64 &&
+        TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
+                                InnerSumSC->getValue()->getZExtValue())) {
+      F.UnfoldedOffset =
+          (uint64_t)F.UnfoldedOffset + InnerSumSC->getValue()->getZExtValue();
+      if (IsScaledReg)
+        F.ScaledReg = nullptr;
+      else
+        F.BaseRegs.erase(F.BaseRegs.begin() + Idx);
+    } else if (IsScaledReg)
+      F.ScaledReg = InnerSum;
+    else
+      F.BaseRegs[Idx] = InnerSum;
+
+    // Add J as its own register, or an unfolded immediate.
+    const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*J);
+    if (SC && SE.getTypeSizeInBits(SC->getType()) <= 64 &&
+        TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
+                                SC->getValue()->getZExtValue()))
+      F.UnfoldedOffset =
+          (uint64_t)F.UnfoldedOffset + SC->getValue()->getZExtValue();
+    else
+      F.BaseRegs.push_back(*J);
+    // We may have changed the number of register in base regs, adjust the
+    // formula accordingly.
+    F.canonicalize();
+
+    if (InsertFormula(LU, LUIdx, F))
+      // If that formula hadn't been seen before, recurse to find more like
+      // it.
+      GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae.back(), Depth + 1);
+  }
+}
 
-      const SCEV *InnerSum = SE.getAddExpr(InnerAddOps);
-      if (InnerSum->isZero())
-        continue;
-      Formula F = Base;
+/// Split out subexpressions from adds and the bases of addrecs.
+void LSRInstance::GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
+                                         Formula Base, unsigned Depth) {
+  assert(Base.isCanonical() && "Input must be in the canonical form");
+  // Arbitrarily cap recursion to protect compile time.
+  if (Depth >= 3)
+    return;
 
-      // Add the remaining pieces of the add back into the new formula.
-      const SCEVConstant *InnerSumSC = dyn_cast<SCEVConstant>(InnerSum);
-      if (InnerSumSC &&
-          SE.getTypeSizeInBits(InnerSumSC->getType()) <= 64 &&
-          TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
-                                  InnerSumSC->getValue()->getZExtValue())) {
-        F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset +
-                           InnerSumSC->getValue()->getZExtValue();
-        F.BaseRegs.erase(F.BaseRegs.begin() + i);
-      } else
-        F.BaseRegs[i] = InnerSum;
-
-      // Add J as its own register, or an unfolded immediate.
-      const SCEVConstant *SC = dyn_cast<SCEVConstant>(*J);
-      if (SC && SE.getTypeSizeInBits(SC->getType()) <= 64 &&
-          TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)F.UnfoldedOffset +
-                                  SC->getValue()->getZExtValue()))
-        F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset +
-                           SC->getValue()->getZExtValue();
-      else
-        F.BaseRegs.push_back(*J);
+  for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
+    GenerateReassociationsImpl(LU, LUIdx, Base, Depth, i);
 
-      if (InsertFormula(LU, LUIdx, F))
-        // If that formula hadn't been seen before, recurse to find more like
-        // it.
-        GenerateReassociations(LU, LUIdx, LU.Formulae.back(), Depth+1);
-    }
-  }
+  if (Base.Scale == 1)
+    GenerateReassociationsImpl(LU, LUIdx, Base, Depth,
+                               /* Idx */ -1, /* IsScaledReg */ true);
 }
 
-/// GenerateCombinations - Generate a formula consisting of all of the
-/// loop-dominating registers added into a single register.
+///  Generate a formula consisting of all of the loop-dominating registers added
+/// into a single register.
 void LSRInstance::GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
                                        Formula Base) {
   // This method is only interesting on a plurality of registers.
-  if (Base.BaseRegs.size() <= 1) return;
+  if (Base.BaseRegs.size() + (Base.Scale == 1) <= 1)
+    return;
 
+  // Flatten the representation, i.e., reg1 + 1*reg2 => reg1 + reg2, before
+  // processing the formula.
+  Base.unscale();
   Formula F = Base;
   F.BaseRegs.clear();
   SmallVector<const SCEV *, 4> Ops;
-  for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
-       I = Base.BaseRegs.begin(), E = Base.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
-    const SCEV *BaseReg = *I;
+  for (const SCEV *BaseReg : Base.BaseRegs) {
     if (SE.properlyDominates(BaseReg, L->getHeader()) &&
         !SE.hasComputableLoopEvolution(BaseReg, L))
       Ops.push_back(BaseReg);
@@ -3194,29 +3365,85 @@ void LSRInstance::GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
     // rather than proceed with zero in a register.
     if (!Sum->isZero()) {
       F.BaseRegs.push_back(Sum);
+      F.canonicalize();
       (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
     }
   }
 }
 
-/// GenerateSymbolicOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
+/// \brief Helper function for LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets.
+void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsetsImpl(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
+                                              const Formula &Base, size_t Idx,
+                                              bool IsScaledReg) {
+  const SCEV *G = IsScaledReg ? Base.ScaledReg : Base.BaseRegs[Idx];
+  GlobalValue *GV = ExtractSymbol(G, SE);
+  if (G->isZero() || !GV)
+    return;
+  Formula F = Base;
+  F.BaseGV = GV;
+  if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
+    return;
+  if (IsScaledReg)
+    F.ScaledReg = G;
+  else
+    F.BaseRegs[Idx] = G;
+  (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
+}
+
+/// Generate reuse formulae using symbolic offsets.
 void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
                                           Formula Base) {
   // We can't add a symbolic offset if the address already contains one.
   if (Base.BaseGV) return;
 
-  for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
-    const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
-    GlobalValue *GV = ExtractSymbol(G, SE);
-    if (G->isZero() || !GV)
-      continue;
+  for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
+    GenerateSymbolicOffsetsImpl(LU, LUIdx, Base, i);
+  if (Base.Scale == 1)
+    GenerateSymbolicOffsetsImpl(LU, LUIdx, Base, /* Idx */ -1,
+                                /* IsScaledReg */ true);
+}
+
+/// \brief Helper function for LSRInstance::GenerateConstantOffsets.
+void LSRInstance::GenerateConstantOffsetsImpl(
+    LSRUse &LU, unsigned LUIdx, const Formula &Base,
+    const SmallVectorImpl<int64_t> &Worklist, size_t Idx, bool IsScaledReg) {
+  const SCEV *G = IsScaledReg ? Base.ScaledReg : Base.BaseRegs[Idx];
+  for (int64_t Offset : Worklist) {
     Formula F = Base;
-    F.BaseGV = GV;
-    if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
-      continue;
-    F.BaseRegs[i] = G;
-    (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
+    F.BaseOffset = (uint64_t)Base.BaseOffset - Offset;
+    if (isLegalUse(TTI, LU.MinOffset - Offset, LU.MaxOffset - Offset, LU.Kind,
+                   LU.AccessTy, F)) {
+      // Add the offset to the base register.
+      const SCEV *NewG = SE.getAddExpr(SE.getConstant(G->getType(), Offset), G);
+      // If it cancelled out, drop the base register, otherwise update it.
+      if (NewG->isZero()) {
+        if (IsScaledReg) {
+          F.Scale = 0;
+          F.ScaledReg = nullptr;
+        } else
+          F.deleteBaseReg(F.BaseRegs[Idx]);
+        F.canonicalize();
+      } else if (IsScaledReg)
+        F.ScaledReg = NewG;
+      else
+        F.BaseRegs[Idx] = NewG;
+
+      (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
+    }
   }
+
+  int64_t Imm = ExtractImmediate(G, SE);
+  if (G->isZero() || Imm == 0)
+    return;
+  Formula F = Base;
+  F.BaseOffset = (uint64_t)F.BaseOffset + Imm;
+  if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
+    return;
+  if (IsScaledReg)
+    F.ScaledReg = G;
+  else
+    F.BaseRegs[Idx] = G;
+  (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
 }
 
 /// GenerateConstantOffsets - Generate reuse formulae using symbolic offsets.
@@ -3229,42 +3456,15 @@ void LSRInstance::GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
   if (LU.MaxOffset != LU.MinOffset)
     Worklist.push_back(LU.MaxOffset);
 
-  for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
-    const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
-
-    for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Worklist.begin(),
-         E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
-      Formula F = Base;
-      F.BaseOffset = (uint64_t)Base.BaseOffset - *I;
-      if (isLegalUse(TTI, LU.MinOffset - *I, LU.MaxOffset - *I, LU.Kind,
-                     LU.AccessTy, F)) {
-        // Add the offset to the base register.
-        const SCEV *NewG = SE.getAddExpr(SE.getConstant(G->getType(), *I), G);
-        // If it cancelled out, drop the base register, otherwise update it.
-        if (NewG->isZero()) {
-          std::swap(F.BaseRegs[i], F.BaseRegs.back());
-          F.BaseRegs.pop_back();
-        } else
-          F.BaseRegs[i] = NewG;
-
-        (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
-      }
-    }
-
-    int64_t Imm = ExtractImmediate(G, SE);
-    if (G->isZero() || Imm == 0)
-      continue;
-    Formula F = Base;
-    F.BaseOffset = (uint64_t)F.BaseOffset + Imm;
-    if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
-      continue;
-    F.BaseRegs[i] = G;
-    (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
-  }
+  for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
+    GenerateConstantOffsetsImpl(LU, LUIdx, Base, Worklist, i);
+  if (Base.Scale == 1)
+    GenerateConstantOffsetsImpl(LU, LUIdx, Base, Worklist, /* Idx */ -1,
+                                /* IsScaledReg */ true);
 }
 
-/// GenerateICmpZeroScales - For ICmpZero, check to see if we can scale up
-/// the comparison. For example, x == y -> x*c == y*c.
+/// For ICmpZero, check to see if we can scale up the comparison. For example, x
+/// == y -> x*c == y*c.
 void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
                                          Formula Base) {
   if (LU.Kind != LSRUse::ICmpZero) return;
@@ -3280,16 +3480,17 @@ void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
   assert(!Base.BaseGV && "ICmpZero use is not legal!");
 
   // Check each interesting stride.
-  for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
-       I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
-    int64_t Factor = *I;
-
+  for (int64_t Factor : Factors) {
     // Check that the multiplication doesn't overflow.
     if (Base.BaseOffset == INT64_MIN && Factor == -1)
       continue;
     int64_t NewBaseOffset = (uint64_t)Base.BaseOffset * Factor;
     if (NewBaseOffset / Factor != Base.BaseOffset)
       continue;
+    // If the offset will be truncated at this use, check that it is in bounds.
+    if (!IntTy->isPointerTy() &&
+        !ConstantInt::isValueValidForType(IntTy, NewBaseOffset))
+      continue;
 
     // Check that multiplying with the use offset doesn't overflow.
     int64_t Offset = LU.MinOffset;
@@ -3298,6 +3499,10 @@ void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
     Offset = (uint64_t)Offset * Factor;
     if (Offset / Factor != LU.MinOffset)
       continue;
+    // If the offset will be truncated at this use, check that it is in bounds.
+    if (!IntTy->isPointerTy() &&
+        !ConstantInt::isValueValidForType(IntTy, Offset))
+      continue;
 
     Formula F = Base;
     F.BaseOffset = NewBaseOffset;
@@ -3332,6 +3537,10 @@ void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
       F.UnfoldedOffset = (uint64_t)F.UnfoldedOffset * Factor;
       if (F.UnfoldedOffset / Factor != Base.UnfoldedOffset)
         continue;
+      // If the offset will be truncated, check that it is in bounds.
+      if (!IntTy->isPointerTy() &&
+          !ConstantInt::isValueValidForType(IntTy, F.UnfoldedOffset))
+        continue;
     }
 
     // If we make it here and it's legal, add it.
@@ -3340,21 +3549,22 @@ void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
   }
 }
 
-/// GenerateScales - Generate stride factor reuse formulae by making use of
-/// scaled-offset address modes, for example.
+/// Generate stride factor reuse formulae by making use of scaled-offset address
+/// modes, for example.
 void LSRInstance::GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
   // Determine the integer type for the base formula.
   Type *IntTy = Base.getType();
   if (!IntTy) return;
 
   // If this Formula already has a scaled register, we can't add another one.
-  if (Base.Scale != 0) return;
+  // Try to unscale the formula to generate a better scale.
+  if (Base.Scale != 0 && !Base.unscale())
+    return;
 
-  // Check each interesting stride.
-  for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
-       I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
-    int64_t Factor = *I;
+  assert(Base.Scale == 0 && "unscale did not did its job!");
 
+  // Check each interesting stride.
+  for (int64_t Factor : Factors) {
     Base.Scale = Factor;
     Base.HasBaseReg = Base.BaseRegs.size() > 1;
     // Check whether this scale is going to be legal.
@@ -3388,14 +3598,19 @@ void LSRInstance::GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
           // TODO: This could be optimized to avoid all the copying.
           Formula F = Base;
           F.ScaledReg = Quotient;
-          F.DeleteBaseReg(F.BaseRegs[i]);
+          F.deleteBaseReg(F.BaseRegs[i]);
+          // The canonical representation of 1*reg is reg, which is already in
+          // Base. In that case, do not try to insert the formula, it will be
+          // rejected anyway.
+          if (F.Scale == 1 && F.BaseRegs.empty())
+            continue;
           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, F);
         }
       }
   }
 }
 
-/// GenerateTruncates - Generate reuse formulae from different IV types.
+/// Generate reuse formulae from different IV types.
 void LSRInstance::GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
   // Don't bother truncating symbolic values.
   if (Base.BaseGV) return;
@@ -3405,16 +3620,13 @@ void LSRInstance::GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
   if (!DstTy) return;
   DstTy = SE.getEffectiveSCEVType(DstTy);
 
-  for (SmallSetVector<Type *, 4>::const_iterator
-       I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
-    Type *SrcTy = *I;
+  for (Type *SrcTy : Types) {
     if (SrcTy != DstTy && TTI.isTruncateFree(SrcTy, DstTy)) {
       Formula F = Base;
 
-      if (F.ScaledReg) F.ScaledReg = SE.getAnyExtendExpr(F.ScaledReg, *I);
-      for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::iterator J = F.BaseRegs.begin(),
-           JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J)
-        *J = SE.getAnyExtendExpr(*J, SrcTy);
+      if (F.ScaledReg) F.ScaledReg = SE.getAnyExtendExpr(F.ScaledReg, SrcTy);
+      for (const SCEV *&BaseReg : F.BaseRegs)
+        BaseReg = SE.getAnyExtendExpr(BaseReg, SrcTy);
 
       // TODO: This assumes we've done basic processing on all uses and
       // have an idea what the register usage is.
@@ -3428,9 +3640,9 @@ void LSRInstance::GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
 
 namespace {
 
-/// WorkItem - Helper class for GenerateCrossUseConstantOffsets. It's used to
-/// defer modifications so that the search phase doesn't have to worry about
-/// the data structures moving underneath it.
+/// Helper class for GenerateCrossUseConstantOffsets. It's used to defer
+/// modifications so that the search phase doesn't have to worry about the data
+/// structures moving underneath it.
 struct WorkItem {
   size_t LUIdx;
   int64_t Imm;
@@ -3456,25 +3668,22 @@ void WorkItem::dump() const {
 }
 #endif
 
-/// GenerateCrossUseConstantOffsets - Look for registers which are a constant
-/// distance apart and try to form reuse opportunities between them.
+/// Look for registers which are a constant distance apart and try to form reuse
+/// opportunities between them.
 void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
   // Group the registers by their value without any added constant offset.
   typedef std::map<int64_t, const SCEV *> ImmMapTy;
-  typedef DenseMap<const SCEV *, ImmMapTy> RegMapTy;
-  RegMapTy Map;
+  DenseMap<const SCEV *, ImmMapTy> Map;
   DenseMap<const SCEV *, SmallBitVector> UsedByIndicesMap;
   SmallVector<const SCEV *, 8> Sequence;
-  for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
-       I != E; ++I) {
-    const SCEV *Reg = *I;
+  for (const SCEV *Use : RegUses) {
+    const SCEV *Reg = Use; // Make a copy for ExtractImmediate to modify.
     int64_t Imm = ExtractImmediate(Reg, SE);
-    std::pair<RegMapTy::iterator, bool> Pair =
-      Map.insert(std::make_pair(Reg, ImmMapTy()));
+    auto Pair = Map.insert(std::make_pair(Reg, ImmMapTy()));
     if (Pair.second)
       Sequence.push_back(Reg);
-    Pair.first->second.insert(std::make_pair(Imm, *I));
-    UsedByIndicesMap[Reg] |= RegUses.getUsedByIndices(*I);
+    Pair.first->second.insert(std::make_pair(Imm, Use));
+    UsedByIndicesMap[Reg] |= RegUses.getUsedByIndices(Use);
   }
 
   // Now examine each set of registers with the same base value. Build up
@@ -3482,9 +3691,7 @@ void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
   // not adding formulae and register counts while we're searching.
   SmallVector<WorkItem, 32> WorkItems;
   SmallSet<std::pair<size_t, int64_t>, 32> UniqueItems;
-  for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = Sequence.begin(),
-       E = Sequence.end(); I != E; ++I) {
-    const SCEV *Reg = *I;
+  for (const SCEV *Reg : Sequence) {
     const ImmMapTy &Imms = Map.find(Reg)->second;
 
     // It's not worthwhile looking for reuse if there's only one offset.
@@ -3492,9 +3699,8 @@ void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
       continue;
 
     DEBUG(dbgs() << "Generating cross-use offsets for " << *Reg << ':';
-          for (ImmMapTy::const_iterator J = Imms.begin(), JE = Imms.end();
-               J != JE; ++J)
-            dbgs() << ' ' << J->first;
+          for (const auto &Entry : Imms)
+            dbgs() << ' ' << Entry.first;
           dbgs() << '\n');
 
     // Examine each offset.
@@ -3514,8 +3720,9 @@ void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
       // Conservatively examine offsets between this orig reg a few selected
       // other orig regs.
       ImmMapTy::const_iterator OtherImms[] = {
-        Imms.begin(), prior(Imms.end()),
-        Imms.lower_bound((Imms.begin()->first + prior(Imms.end())->first) / 2)
+        Imms.begin(), std::prev(Imms.end()),
+        Imms.lower_bound((Imms.begin()->first + std::prev(Imms.end())->first) /
+                         2)
       };
       for (size_t i = 0, e = array_lengthof(OtherImms); i != e; ++i) {
         ImmMapTy::const_iterator M = OtherImms[i];
@@ -3526,7 +3733,7 @@ void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
         for (int LUIdx = UsedByIndices.find_first(); LUIdx != -1;
              LUIdx = UsedByIndices.find_next(LUIdx))
           // Make a memo of this use, offset, and register tuple.
-          if (UniqueItems.insert(std::make_pair(LUIdx, Imm)))
+          if (UniqueItems.insert(std::make_pair(LUIdx, Imm)).second)
             WorkItems.push_back(WorkItem(LUIdx, Imm, OrigReg));
       }
     }
@@ -3538,9 +3745,7 @@ void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
   UniqueItems.clear();
 
   // Now iterate through the worklist and add new formulae.
-  for (SmallVectorImpl<WorkItem>::const_iterator I = WorkItems.begin(),
-       E = WorkItems.end(); I != E; ++I) {
-    const WorkItem &WI = *I;
+  for (const WorkItem &WI : WorkItems) {
     size_t LUIdx = WI.LUIdx;
     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
     int64_t Imm = WI.Imm;
@@ -3552,7 +3757,12 @@ void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
 
     // TODO: Use a more targeted data structure.
     for (size_t L = 0, LE = LU.Formulae.size(); L != LE; ++L) {
-      const Formula &F = LU.Formulae[L];
+      Formula F = LU.Formulae[L];
+      // FIXME: The code for the scaled and unscaled registers looks
+      // very similar but slightly different. Investigate if they
+      // could be merged. That way, we would not have to unscale the
+      // Formula.
+      F.unscale();
       // Use the immediate in the scaled register.
       if (F.ScaledReg == OrigReg) {
         int64_t Offset = (uint64_t)F.BaseOffset + Imm * (uint64_t)F.Scale;
@@ -3574,10 +3784,11 @@ void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
           if (C->getValue()->isNegative() !=
                 (NewF.BaseOffset < 0) &&
               (C->getValue()->getValue().abs() * APInt(BitWidth, F.Scale))
-                .ule(abs64(NewF.BaseOffset)))
+                .ule(std::abs(NewF.BaseOffset)))
             continue;
 
         // OK, looks good.
+        NewF.canonicalize();
         (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
       } else {
         // Use the immediate in a base register.
@@ -3599,18 +3810,17 @@ void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
           // If the new formula has a constant in a register, and adding the
           // constant value to the immediate would produce a value closer to
           // zero than the immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
-          for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator
-               J = NewF.BaseRegs.begin(), JE = NewF.BaseRegs.end();
-               J != JE; ++J)
-            if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*J))
+          for (const SCEV *NewReg : NewF.BaseRegs)
+            if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(NewReg))
               if ((C->getValue()->getValue() + NewF.BaseOffset).abs().slt(
-                   abs64(NewF.BaseOffset)) &&
+                   std::abs(NewF.BaseOffset)) &&
                   (C->getValue()->getValue() +
                    NewF.BaseOffset).countTrailingZeros() >=
                    countTrailingZeros<uint64_t>(NewF.BaseOffset))
                 goto skip_formula;
 
           // Ok, looks good.
+          NewF.canonicalize();
           (void)InsertFormula(LU, LUIdx, NewF);
           break;
         skip_formula:;
@@ -3620,7 +3830,7 @@ void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
   }
 }
 
-/// GenerateAllReuseFormulae - Generate formulae for each use.
+/// Generate formulae for each use.
 void
 LSRInstance::GenerateAllReuseFormulae() {
   // This is split into multiple loops so that hasRegsUsedByUsesOtherThan
@@ -3690,7 +3900,7 @@ void LSRInstance::FilterOutUndesirableDedicatedRegisters() {
       // the corresponding bad register from the Regs set.
       Cost CostF;
       Regs.clear();
-      CostF.RateFormula(F, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT,
+      CostF.RateFormula(TTI, F, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT, LU,
                         &LoserRegs);
       if (CostF.isLoser()) {
         // During initial formula generation, undesirable formulae are generated
@@ -3704,9 +3914,7 @@ void LSRInstance::FilterOutUndesirableDedicatedRegisters() {
       }
       else {
         SmallVector<const SCEV *, 4> Key;
-        for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator J = F.BaseRegs.begin(),
-               JE = F.BaseRegs.end(); J != JE; ++J) {
-          const SCEV *Reg = *J;
+        for (const SCEV *Reg : F.BaseRegs) {
           if (RegUses.isRegUsedByUsesOtherThan(Reg, LUIdx))
             Key.push_back(Reg);
         }
@@ -3726,7 +3934,8 @@ void LSRInstance::FilterOutUndesirableDedicatedRegisters() {
 
         Cost CostBest;
         Regs.clear();
-        CostBest.RateFormula(Best, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT);
+        CostBest.RateFormula(TTI, Best, Regs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE,
+                             DT, LU);
         if (CostF < CostBest)
           std::swap(F, Best);
         DEBUG(dbgs() << "  Filtering out formula "; F.print(dbgs());
@@ -3761,15 +3970,13 @@ void LSRInstance::FilterOutUndesirableDedicatedRegisters() {
 // This is a rough guess that seems to work fairly well.
 static const size_t ComplexityLimit = UINT16_MAX;
 
-/// EstimateSearchSpaceComplexity - Estimate the worst-case number of
-/// solutions the solver might have to consider. It almost never considers
-/// this many solutions because it prune the search space, but the pruning
-/// isn't always sufficient.
+/// Estimate the worst-case number of solutions the solver might have to
+/// consider. It almost never considers this many solutions because it prune the
+/// search space, but the pruning isn't always sufficient.
 size_t LSRInstance::EstimateSearchSpaceComplexity() const {
   size_t Power = 1;
-  for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
-       E = Uses.end(); I != E; ++I) {
-    size_t FSize = I->Formulae.size();
+  for (const LSRUse &LU : Uses) {
+    size_t FSize = LU.Formulae.size();
     if (FSize >= ComplexityLimit) {
       Power = ComplexityLimit;
       break;
@@ -3781,10 +3988,9 @@ size_t LSRInstance::EstimateSearchSpaceComplexity() const {
   return Power;
 }
 
-/// NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets - When one formula uses a superset
-/// of the registers of another formula, it won't help reduce register
-/// pressure (though it may not necessarily hurt register pressure); remove
-/// it to simplify the system.
+/// When one formula uses a superset of the registers of another formula, it
+/// won't help reduce register pressure (though it may not necessarily hurt
+/// register pressure); remove it to simplify the system.
 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets() {
   if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
     DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
@@ -3845,9 +4051,8 @@ void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets() {
   }
 }
 
-/// NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode - When there are many registers
-/// for expressions like A, A+1, A+2, etc., allocate a single register for
-/// them.
+/// When there are many registers for expressions like A, A+1, A+2, etc.,
+/// allocate a single register for them.
 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode() {
   if (EstimateSearchSpaceComplexity() < ComplexityLimit)
     return;
@@ -3860,10 +4065,8 @@ void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode() {
 
   for (size_t LUIdx = 0, NumUses = Uses.size(); LUIdx != NumUses; ++LUIdx) {
     LSRUse &LU = Uses[LUIdx];
-    for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
-         E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
-      const Formula &F = *I;
-      if (F.BaseOffset == 0 || F.Scale != 0)
+    for (const Formula &F : LU.Formulae) {
+      if (F.BaseOffset == 0 || (F.Scale != 0 && F.Scale != 1))
         continue;
 
       LSRUse *LUThatHas = FindUseWithSimilarFormula(F, LU);
@@ -3879,9 +4082,7 @@ void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode() {
       LUThatHas->AllFixupsOutsideLoop &= LU.AllFixupsOutsideLoop;
 
       // Update the relocs to reference the new use.
-      for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::iterator I = Fixups.begin(),
-           E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
-        LSRFixup &Fixup = *I;
+      for (LSRFixup &Fixup : Fixups) {
         if (Fixup.LUIdx == LUIdx) {
           Fixup.LUIdx = LUThatHas - &Uses.front();
           Fixup.Offset += F.BaseOffset;
@@ -3928,8 +4129,7 @@ void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode() {
   DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n"; print_uses(dbgs()));
 }
 
-/// NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters - Call
-/// FilterOutUndesirableDedicatedRegisters again, if necessary, now that
+/// Call FilterOutUndesirableDedicatedRegisters again, if necessary, now that
 /// we've done more filtering, as it may be able to find more formulae to
 /// eliminate.
 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters(){
@@ -3946,9 +4146,9 @@ void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters(){
   }
 }
 
-/// NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs - Pick a register which seems likely
-/// to be profitable, and then in any use which has any reference to that
-/// register, delete all formulae which do not reference that register.
+/// Pick a register which seems likely to be profitable, and then in any use
+/// which has any reference to that register, delete all formulae which do not
+/// reference that register.
 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs() {
   // With all other options exhausted, loop until the system is simple
   // enough to handle.
@@ -3960,11 +4160,9 @@ void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs() {
 
     // Pick the register which is used by the most LSRUses, which is likely
     // to be a good reuse register candidate.
-    const SCEV *Best = 0;
+    const SCEV *Best = nullptr;
     unsigned BestNum = 0;
-    for (RegUseTracker::const_iterator I = RegUses.begin(), E = RegUses.end();
-         I != E; ++I) {
-      const SCEV *Reg = *I;
+    for (const SCEV *Reg : RegUses) {
       if (Taken.count(Reg))
         continue;
       if (!Best)
@@ -4011,10 +4209,10 @@ void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs() {
   }
 }
 
-/// NarrowSearchSpaceUsingHeuristics - If there are an extraordinary number of
-/// formulae to choose from, use some rough heuristics to prune down the number
-/// of formulae. This keeps the main solver from taking an extraordinary amount
-/// of time in some worst-case scenarios.
+/// If there are an extraordinary number of formulae to choose from, use some
+/// rough heuristics to prune down the number of formulae. This keeps the main
+/// solver from taking an extraordinary amount of time in some worst-case
+/// scenarios.
 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceUsingHeuristics() {
   NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets();
   NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode();
@@ -4022,7 +4220,7 @@ void LSRInstance::NarrowSearchSpaceUsingHeuristics() {
   NarrowSearchSpaceByPickingWinnerRegs();
 }
 
-/// SolveRecurse - This is the recursive solver.
+/// This is the recursive solver.
 void LSRInstance::SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
                                Cost &SolutionCost,
                                SmallVectorImpl<const Formula *> &Workspace,
@@ -4046,30 +4244,27 @@ void LSRInstance::SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
   // reference that register in order to be considered. This prunes out
   // unprofitable searching.
   SmallSetVector<const SCEV *, 4> ReqRegs;
-  for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator I = CurRegs.begin(),
-       E = CurRegs.end(); I != E; ++I)
-    if (LU.Regs.count(*I))
-      ReqRegs.insert(*I);
+  for (const SCEV *S : CurRegs)
+    if (LU.Regs.count(S))
+      ReqRegs.insert(S);
 
   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> NewRegs;
   Cost NewCost;
-  for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator I = LU.Formulae.begin(),
-       E = LU.Formulae.end(); I != E; ++I) {
-    const Formula &F = *I;
-
-    // Ignore formulae which do not use any of the required registers.
-    bool SatisfiedReqReg = true;
-    for (SmallSetVector<const SCEV *, 4>::const_iterator J = ReqRegs.begin(),
-         JE = ReqRegs.end(); J != JE; ++J) {
-      const SCEV *Reg = *J;
-      if ((!F.ScaledReg || F.ScaledReg != Reg) &&
-          std::find(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end(), Reg) ==
+  for (const Formula &F : LU.Formulae) {
+    // Ignore formulae which may not be ideal in terms of register reuse of
+    // ReqRegs.  The formula should use all required registers before
+    // introducing new ones.
+    int NumReqRegsToFind = std::min(F.getNumRegs(), ReqRegs.size());
+    for (const SCEV *Reg : ReqRegs) {
+      if ((F.ScaledReg && F.ScaledReg == Reg) ||
+          std::find(F.BaseRegs.begin(), F.BaseRegs.end(), Reg) !=
           F.BaseRegs.end()) {
-        SatisfiedReqReg = false;
-        break;
+        --NumReqRegsToFind;
+        if (NumReqRegsToFind == 0)
+          break;
       }
     }
-    if (!SatisfiedReqReg) {
+    if (NumReqRegsToFind != 0) {
       // If none of the formulae satisfied the required registers, then we could
       // clear ReqRegs and try again. Currently, we simply give up in this case.
       continue;
@@ -4079,7 +4274,8 @@ void LSRInstance::SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
     // the current best, prune the search at that point.
     NewCost = CurCost;
     NewRegs = CurRegs;
-    NewCost.RateFormula(F, NewRegs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT);
+    NewCost.RateFormula(TTI, F, NewRegs, VisitedRegs, L, LU.Offsets, SE, DT,
+                        LU);
     if (NewCost < SolutionCost) {
       Workspace.push_back(&F);
       if (Workspace.size() != Uses.size()) {
@@ -4090,9 +4286,8 @@ void LSRInstance::SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
       } else {
         DEBUG(dbgs() << "New best at "; NewCost.print(dbgs());
               dbgs() << ".\n Regs:";
-              for (SmallPtrSet<const SCEV *, 16>::const_iterator
-                   I = NewRegs.begin(), E = NewRegs.end(); I != E; ++I)
-                dbgs() << ' ' << **I;
+              for (const SCEV *S : NewRegs)
+                dbgs() << ' ' << *S;
               dbgs() << '\n');
 
         SolutionCost = NewCost;
@@ -4103,12 +4298,12 @@ void LSRInstance::SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
   }
 }
 
-/// Solve - Choose one formula from each use. Return the results in the given
-/// Solution vector.
+/// Choose one formula from each use. Return the results in the given Solution
+/// vector.
 void LSRInstance::Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const {
   SmallVector<const Formula *, 8> Workspace;
   Cost SolutionCost;
-  SolutionCost.Loose();
+  SolutionCost.Lose();
   Cost CurCost;
   SmallPtrSet<const SCEV *, 16> CurRegs;
   DenseSet<const SCEV *> VisitedRegs;
@@ -4138,10 +4333,9 @@ void LSRInstance::Solve(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution) const {
   assert(Solution.size() == Uses.size() && "Malformed solution!");
 }
 
-/// HoistInsertPosition - Helper for AdjustInsertPositionForExpand. Climb up
-/// the dominator tree far as we can go while still being dominated by the
-/// input positions. This helps canonicalize the insert position, which
-/// encourages sharing.
+/// Helper for AdjustInsertPositionForExpand. Climb up the dominator tree far as
+/// we can go while still being dominated by the input positions. This helps
+/// canonicalize the insert position, which encourages sharing.
 BasicBlock::iterator
 LSRInstance::HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
                                  const SmallVectorImpl<Instruction *> &Inputs)
@@ -4166,11 +4360,9 @@ LSRInstance::HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
     }
 
     bool AllDominate = true;
-    Instruction *BetterPos = 0;
+    Instruction *BetterPos = nullptr;
     Instruction *Tentative = IDom->getTerminator();
-    for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator I = Inputs.begin(),
-         E = Inputs.end(); I != E; ++I) {
-      Instruction *Inst = *I;
+    for (Instruction *Inst : Inputs) {
       if (Inst == Tentative || !DT.dominates(Inst, Tentative)) {
         AllDominate = false;
         break;
@@ -4179,21 +4371,21 @@ LSRInstance::HoistInsertPosition(BasicBlock::iterator IP,
       // instead of at the end, so that it can be used for other expansions.
       if (IDom == Inst->getParent() &&
           (!BetterPos || !DT.dominates(Inst, BetterPos)))
-        BetterPos = llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst));
+        BetterPos = &*std::next(BasicBlock::iterator(Inst));
     }
     if (!AllDominate)
       break;
     if (BetterPos)
-      IP = BetterPos;
+      IP = BetterPos->getIterator();
     else
-      IP = Tentative;
+      IP = Tentative->getIterator();
   }
 
   return IP;
 }
 
-/// AdjustInsertPositionForExpand - Determine an input position which will be
-/// dominated by the operands and which will dominate the result.
+/// Determine an input position which will be dominated by the operands and
+/// which will dominate the result.
 BasicBlock::iterator
 LSRInstance::AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator LowestIP,
                                            const LSRFixup &LF,
@@ -4217,9 +4409,7 @@ LSRInstance::AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator LowestIP,
   }
   // The expansion must also be dominated by the increment positions of any
   // loops it for which it is using post-inc mode.
-  for (PostIncLoopSet::const_iterator I = LF.PostIncLoops.begin(),
-       E = LF.PostIncLoops.end(); I != E; ++I) {
-    const Loop *PIL = *I;
+  for (const Loop *PIL : LF.PostIncLoops) {
     if (PIL == L) continue;
 
     // Be dominated by the loop exit.
@@ -4233,7 +4423,7 @@ LSRInstance::AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator LowestIP,
     }
   }
 
-  assert(!isa<PHINode>(LowestIP) && !isa<LandingPadInst>(LowestIP)
+  assert(!isa<PHINode>(LowestIP) && !LowestIP->isEHPad()
          && !isa<DbgInfoIntrinsic>(LowestIP) &&
          "Insertion point must be a normal instruction");
 
@@ -4245,7 +4435,7 @@ LSRInstance::AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator LowestIP,
   while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
 
   // Ignore landingpad instructions.
-  while (isa<LandingPadInst>(IP)) ++IP;
+  while (IP->isEHPad()) ++IP;
 
   // Ignore debug intrinsics.
   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(IP)) ++IP;
@@ -4253,19 +4443,22 @@ LSRInstance::AdjustInsertPositionForExpand(BasicBlock::iterator LowestIP,
   // Set IP below instructions recently inserted by SCEVExpander. This keeps the
   // IP consistent across expansions and allows the previously inserted
   // instructions to be reused by subsequent expansion.
-  while (Rewriter.isInsertedInstruction(IP) && IP != LowestIP) ++IP;
+  while (Rewriter.isInsertedInstruction(&*IP) && IP != LowestIP)
+    ++IP;
 
   return IP;
 }
 
-/// Expand - Emit instructions for the leading candidate expression for this
-/// LSRUse (this is called "expanding").
+/// Emit instructions for the leading candidate expression for this LSRUse (this
+/// is called "expanding").
 Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
                            const Formula &F,
                            BasicBlock::iterator IP,
                            SCEVExpander &Rewriter,
                            SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) const {
   const LSRUse &LU = Uses[LF.LUIdx];
+  if (LU.RigidFormula)
+    return LF.OperandValToReplace;
 
   // Determine an input position which will be dominated by the operands and
   // which will dominate the result.
@@ -4292,9 +4485,7 @@ Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
   SmallVector<const SCEV *, 8> Ops;
 
   // Expand the BaseRegs portion.
-  for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = F.BaseRegs.begin(),
-       E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
-    const SCEV *Reg = *I;
+  for (const SCEV *Reg : F.BaseRegs) {
     assert(!Reg->isZero() && "Zero allocated in a base register!");
 
     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
@@ -4303,11 +4494,11 @@ Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
                                  LF.UserInst, LF.OperandValToReplace,
                                  Loops, SE, DT);
 
-    Ops.push_back(SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(Reg, 0, IP)));
+    Ops.push_back(SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(Reg, nullptr, &*IP)));
   }
 
   // Expand the ScaledReg portion.
-  Value *ICmpScaledV = 0;
+  Value *ICmpScaledV = nullptr;
   if (F.Scale != 0) {
     const SCEV *ScaledS = F.ScaledReg;
 
@@ -4318,25 +4509,34 @@ Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
                                      Loops, SE, DT);
 
     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
-      // An interesting way of "folding" with an icmp is to use a negated
-      // scale, which we'll implement by inserting it into the other operand
-      // of the icmp.
-      assert(F.Scale == -1 &&
-             "The only scale supported by ICmpZero uses is -1!");
-      ICmpScaledV = Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP);
+      // Expand ScaleReg as if it was part of the base regs.
+      if (F.Scale == 1)
+        Ops.push_back(
+            SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, nullptr, &*IP)));
+      else {
+        // An interesting way of "folding" with an icmp is to use a negated
+        // scale, which we'll implement by inserting it into the other operand
+        // of the icmp.
+        assert(F.Scale == -1 &&
+               "The only scale supported by ICmpZero uses is -1!");
+        ICmpScaledV = Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, nullptr, &*IP);
+      }
     } else {
       // Otherwise just expand the scaled register and an explicit scale,
       // which is expected to be matched as part of the address.
 
       // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting address modes.
-      if (!Ops.empty() && LU.Kind == LSRUse::Address) {
-        Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
+      // Unless the addressing mode will not be folded.
+      if (!Ops.empty() && LU.Kind == LSRUse::Address &&
+          isAMCompletelyFolded(TTI, LU, F)) {
+        Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, &*IP);
         Ops.clear();
         Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
       }
-      ScaledS = SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP));
-      ScaledS = SE.getMulExpr(ScaledS,
-                              SE.getConstant(ScaledS->getType(), F.Scale));
+      ScaledS = SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, nullptr, &*IP));
+      if (F.Scale != 1)
+        ScaledS =
+            SE.getMulExpr(ScaledS, SE.getConstant(ScaledS->getType(), F.Scale));
       Ops.push_back(ScaledS);
     }
   }
@@ -4345,7 +4545,7 @@ Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
   if (F.BaseGV) {
     // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
     if (!Ops.empty()) {
-      Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
+      Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, &*IP);
       Ops.clear();
       Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
     }
@@ -4355,7 +4555,7 @@ Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
   // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting of both folded and
   // unfolded offsets. LSR assumes they both live next to their uses.
   if (!Ops.empty()) {
-    Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
+    Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, &*IP);
     Ops.clear();
     Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
   }
@@ -4391,7 +4591,7 @@ Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
   const SCEV *FullS = Ops.empty() ?
                       SE.getConstant(IntTy, 0) :
                       SE.getAddExpr(Ops);
-  Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(FullS, Ty, IP);
+  Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(FullS, Ty, &*IP);
 
   // We're done expanding now, so reset the rewriter.
   Rewriter.clearPostInc();
@@ -4401,7 +4601,7 @@ Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
   // form, update the ICmp's other operand.
   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
     ICmpInst *CI = cast<ICmpInst>(LF.UserInst);
-    DeadInsts.push_back(CI->getOperand(1));
+    DeadInsts.emplace_back(CI->getOperand(1));
     assert(!F.BaseGV && "ICmp does not support folding a global value and "
                            "a scale at the same time!");
     if (F.Scale == -1) {
@@ -4414,7 +4614,9 @@ Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
       }
       CI->setOperand(1, ICmpScaledV);
     } else {
-      assert(F.Scale == 0 &&
+      // A scale of 1 means that the scale has been expanded as part of the
+      // base regs.
+      assert((F.Scale == 0 || F.Scale == 1) &&
              "ICmp does not support folding a global value and "
              "a scale at the same time!");
       Constant *C = ConstantInt::getSigned(SE.getEffectiveSCEVType(OpTy),
@@ -4431,9 +4633,9 @@ Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
   return FullV;
 }
 
-/// RewriteForPHI - Helper for Rewrite. PHI nodes are special because the use
-/// of their operands effectively happens in their predecessor blocks, so the
-/// expression may need to be expanded in multiple places.
+/// Helper for Rewrite. PHI nodes are special because the use of their operands
+/// effectively happens in their predecessor blocks, so the expression may need
+/// to be expanded in multiple places.
 void LSRInstance::RewriteForPHI(PHINode *PN,
                                 const LSRFixup &LF,
                                 const Formula &F,
@@ -4455,14 +4657,15 @@ void LSRInstance::RewriteForPHI(PHINode *PN,
         Loop *PNLoop = LI.getLoopFor(Parent);
         if (!PNLoop || Parent != PNLoop->getHeader()) {
           // Split the critical edge.
-          BasicBlock *NewBB = 0;
+          BasicBlock *NewBB = nullptr;
           if (!Parent->isLandingPad()) {
-            NewBB = SplitCriticalEdge(BB, Parent, P,
-                                      /*MergeIdenticalEdges=*/true,
-                                      /*DontDeleteUselessPhis=*/true);
+            NewBB = SplitCriticalEdge(BB, Parent,
+                                      CriticalEdgeSplittingOptions(&DT, &LI)
+                                          .setMergeIdenticalEdges()
+                                          .setDontDeleteUselessPHIs());
           } else {
             SmallVector<BasicBlock*, 2> NewBBs;
-            SplitLandingPadPredecessors(Parent, BB, "", "", P, NewBBs);
+            SplitLandingPadPredecessors(Parent, BB, "", "", NewBBs, &DT, &LI);
             NewBB = NewBBs[0];
           }
           // If NewBB==NULL, then SplitCriticalEdge refused to split because all
@@ -4484,11 +4687,12 @@ void LSRInstance::RewriteForPHI(PHINode *PN,
       }
 
       std::pair<DenseMap<BasicBlock *, Value *>::iterator, bool> Pair =
-        Inserted.insert(std::make_pair(BB, static_cast<Value *>(0)));
+        Inserted.insert(std::make_pair(BB, static_cast<Value *>(nullptr)));
       if (!Pair.second)
         PN->setIncomingValue(i, Pair.first->second);
       else {
-        Value *FullV = Expand(LF, F, BB->getTerminator(), Rewriter, DeadInsts);
+        Value *FullV = Expand(LF, F, BB->getTerminator()->getIterator(),
+                              Rewriter, DeadInsts);
 
         // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
         Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
@@ -4505,9 +4709,9 @@ void LSRInstance::RewriteForPHI(PHINode *PN,
     }
 }
 
-/// Rewrite - Emit instructions for the leading candidate expression for this
-/// LSRUse (this is called "expanding"), and update the UserInst to reference
-/// the newly expanded value.
+/// Emit instructions for the leading candidate expression for this LSRUse (this
+/// is called "expanding"), and update the UserInst to reference the newly
+/// expanded value.
 void LSRInstance::Rewrite(const LSRFixup &LF,
                           const Formula &F,
                           SCEVExpander &Rewriter,
@@ -4518,7 +4722,8 @@ void LSRInstance::Rewrite(const LSRFixup &LF,
   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(LF.UserInst)) {
     RewriteForPHI(PN, LF, F, Rewriter, DeadInsts, P);
   } else {
-    Value *FullV = Expand(LF, F, LF.UserInst, Rewriter, DeadInsts);
+    Value *FullV =
+        Expand(LF, F, LF.UserInst->getIterator(), Rewriter, DeadInsts);
 
     // If this is reuse-by-noop-cast, insert the noop cast.
     Type *OpTy = LF.OperandValToReplace->getType();
@@ -4540,11 +4745,11 @@ void LSRInstance::Rewrite(const LSRFixup &LF,
       LF.UserInst->replaceUsesOfWith(LF.OperandValToReplace, FullV);
   }
 
-  DeadInsts.push_back(LF.OperandValToReplace);
+  DeadInsts.emplace_back(LF.OperandValToReplace);
 }
 
-/// ImplementSolution - Rewrite all the fixup locations with new values,
-/// following the chosen solution.
+/// Rewrite all the fixup locations with new values, following the chosen
+/// solution.
 void
 LSRInstance::ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
                                Pass *P) {
@@ -4552,7 +4757,8 @@ LSRInstance::ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
   // we can remove them after we are done working.
   SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
 
-  SCEVExpander Rewriter(SE, "lsr");
+  SCEVExpander Rewriter(SE, L->getHeader()->getModule()->getDataLayout(),
+                        "lsr");
 #ifndef NDEBUG
   Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
 #endif
@@ -4561,25 +4767,20 @@ LSRInstance::ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
   Rewriter.setIVIncInsertPos(L, IVIncInsertPos);
 
   // Mark phi nodes that terminate chains so the expander tries to reuse them.
-  for (SmallVectorImpl<IVChain>::const_iterator ChainI = IVChainVec.begin(),
-         ChainE = IVChainVec.end(); ChainI != ChainE; ++ChainI) {
-    if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(ChainI->tailUserInst()))
+  for (const IVChain &Chain : IVChainVec) {
+    if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Chain.tailUserInst()))
       Rewriter.setChainedPhi(PN);
   }
 
   // Expand the new value definitions and update the users.
-  for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
-       E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
-    const LSRFixup &Fixup = *I;
-
+  for (const LSRFixup &Fixup : Fixups) {
     Rewrite(Fixup, *Solution[Fixup.LUIdx], Rewriter, DeadInsts, P);
 
     Changed = true;
   }
 
-  for (SmallVectorImpl<IVChain>::const_iterator ChainI = IVChainVec.begin(),
-         ChainE = IVChainVec.end(); ChainI != ChainE; ++ChainI) {
-    GenerateIVChain(*ChainI, Rewriter, DeadInsts);
+  for (const IVChain &Chain : IVChainVec) {
+    GenerateIVChain(Chain, Rewriter, DeadInsts);
     Changed = true;
   }
   // Clean up after ourselves. This must be done before deleting any
@@ -4590,10 +4791,13 @@ LSRInstance::ImplementSolution(const SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
 }
 
 LSRInstance::LSRInstance(Loop *L, Pass *P)
-    : IU(P->getAnalysis<IVUsers>()), SE(P->getAnalysis<ScalarEvolution>()),
-      DT(P->getAnalysis<DominatorTree>()), LI(P->getAnalysis<LoopInfo>()),
-      TTI(P->getAnalysis<TargetTransformInfo>()), L(L), Changed(false),
-      IVIncInsertPos(0) {
+    : IU(P->getAnalysis<IVUsers>()),
+      SE(P->getAnalysis<ScalarEvolutionWrapperPass>().getSE()),
+      DT(P->getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree()),
+      LI(P->getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo()),
+      TTI(P->getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(
+          *L->getHeader()->getParent())),
+      L(L), Changed(false), IVIncInsertPos(nullptr) {
   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
   if (!L->isLoopSimplifyForm())
     return;
@@ -4604,10 +4808,10 @@ LSRInstance::LSRInstance(Loop *L, Pass *P)
   // If there's too much analysis to be done, bail early. We won't be able to
   // model the problem anyway.
   unsigned NumUsers = 0;
-  for (IVUsers::const_iterator UI = IU.begin(), E = IU.end(); UI != E; ++UI) {
+  for (const IVStrideUse &U : IU) {
     if (++NumUsers > MaxIVUsers) {
-      DEBUG(dbgs() << "LSR skipping loop, too many IV Users in " << *L
-            << "\n");
+      (void)U;
+      DEBUG(dbgs() << "LSR skipping loop, too many IV Users in " << U << "\n");
       return;
     }
   }
@@ -4630,7 +4834,7 @@ LSRInstance::LSRInstance(Loop *L, Pass *P)
 #endif // DEBUG
 
   DEBUG(dbgs() << "\nLSR on loop ";
-        WriteAsOperand(dbgs(), L->getHeader(), /*PrintType=*/false);
+        L->getHeader()->printAsOperand(dbgs(), /*PrintType=*/false);
         dbgs() << ":\n");
 
   // First, perform some low-level loop optimizations.
@@ -4676,14 +4880,10 @@ LSRInstance::LSRInstance(Loop *L, Pass *P)
 
 #ifndef NDEBUG
   // Formulae should be legal.
-  for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(), E = Uses.end();
-       I != E; ++I) {
-    const LSRUse &LU = *I;
-    for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
-                                                  JE = LU.Formulae.end();
-         J != JE; ++J)
+  for (const LSRUse &LU : Uses) {
+    for (const Formula &F : LU.Formulae)
       assert(isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
-                        *J) && "Illegal formula generated!");
+                        F) && "Illegal formula generated!");
   };
 #endif
 
@@ -4697,44 +4897,38 @@ void LSRInstance::print_factors_and_types(raw_ostream &OS) const {
   OS << "LSR has identified the following interesting factors and types: ";
   bool First = true;
 
-  for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
-       I = Factors.begin(), E = Factors.end(); I != E; ++I) {
+  for (int64_t Factor : Factors) {
     if (!First) OS << ", ";
     First = false;
-    OS << '*' << *I;
+    OS << '*' << Factor;
   }
 
-  for (SmallSetVector<Type *, 4>::const_iterator
-       I = Types.begin(), E = Types.end(); I != E; ++I) {
+  for (Type *Ty : Types) {
     if (!First) OS << ", ";
     First = false;
-    OS << '(' << **I << ')';
+    OS << '(' << *Ty << ')';
   }
   OS << '\n';
 }
 
 void LSRInstance::print_fixups(raw_ostream &OS) const {
   OS << "LSR is examining the following fixup sites:\n";
-  for (SmallVectorImpl<LSRFixup>::const_iterator I = Fixups.begin(),
-       E = Fixups.end(); I != E; ++I) {
+  for (const LSRFixup &LF : Fixups) {
     dbgs() << "  ";
-    I->print(OS);
+    LF.print(OS);
     OS << '\n';
   }
 }
 
 void LSRInstance::print_uses(raw_ostream &OS) const {
   OS << "LSR is examining the following uses:\n";
-  for (SmallVectorImpl<LSRUse>::const_iterator I = Uses.begin(),
-       E = Uses.end(); I != E; ++I) {
-    const LSRUse &LU = *I;
+  for (const LSRUse &LU : Uses) {
     dbgs() << "  ";
     LU.print(OS);
     OS << '\n';
-    for (SmallVectorImpl<Formula>::const_iterator J = LU.Formulae.begin(),
-         JE = LU.Formulae.end(); J != JE; ++J) {
+    for (const Formula &F : LU.Formulae) {
       OS << "    ";
-      J->print(OS);
+      F.print(OS);
       OS << '\n';
     }
   }
@@ -4760,8 +4954,8 @@ public:
   LoopStrengthReduce();
 
 private:
-  bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
-  void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
+  bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) override;
+  void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
 };
 
 }
@@ -4769,11 +4963,11 @@ private:
 char LoopStrengthReduce::ID = 0;
 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
                 "Loop Strength Reduction", false, false)
-INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(TargetTransformInfo)
-INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
-INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolutionWrapperPass)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(IVUsers)
-INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
 INITIALIZE_PASS_END(LoopStrengthReduce, "loop-reduce",
                 "Loop Strength Reduction", false, false)
@@ -4792,22 +4986,25 @@ void LoopStrengthReduce::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
   // many analyses if they are around.
   AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
 
-  AU.addRequired<LoopInfo>();
-  AU.addPreserved<LoopInfo>();
+  AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
+  AU.addPreserved<LoopInfoWrapperPass>();
   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
-  AU.addRequired<DominatorTree>();
-  AU.addPreserved<DominatorTree>();
-  AU.addRequired<ScalarEvolution>();
-  AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
+  AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
+  AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
+  AU.addRequired<ScalarEvolutionWrapperPass>();
+  AU.addPreserved<ScalarEvolutionWrapperPass>();
   // Requiring LoopSimplify a second time here prevents IVUsers from running
   // twice, since LoopSimplify was invalidated by running ScalarEvolution.
   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
   AU.addRequired<IVUsers>();
   AU.addPreserved<IVUsers>();
-  AU.addRequired<TargetTransformInfo>();
+  AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
 }
 
 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager & /*LPM*/) {
+  if (skipOptnoneFunction(L))
+    return false;
+
   bool Changed = false;
 
   // Run the main LSR transformation.
@@ -4817,14 +5014,16 @@ bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager & /*LPM*/) {
   Changed |= DeleteDeadPHIs(L->getHeader());
   if (EnablePhiElim && L->isLoopSimplifyForm()) {
     SmallVector<WeakVH, 16> DeadInsts;
-    SCEVExpander Rewriter(getAnalysis<ScalarEvolution>(), "lsr");
+    const DataLayout &DL = L->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
+    SCEVExpander Rewriter(getAnalysis<ScalarEvolutionWrapperPass>().getSE(), DL,
+                          "lsr");
 #ifndef NDEBUG
     Rewriter.setDebugType(DEBUG_TYPE);
 #endif
-    unsigned numFolded =
-        Rewriter.replaceCongruentIVs(L, &getAnalysis<DominatorTree>(),
-                                     DeadInsts,
-                                     &getAnalysis<TargetTransformInfo>());
+    unsigned numFolded = Rewriter.replaceCongruentIVs(
+        L, &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree(), DeadInsts,
+        &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(
+            *L->getHeader()->getParent()));
     if (numFolded) {
       Changed = true;
       DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);