LSR: Compress a pair (and get rid of the DenseMapInfo for it).
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopStrengthReduce.cpp
index c1b881fc1c461ae0b74e6650bd9ccc4e357891ce..17a91a1e2895f71b7d86dca6cfdf5368fab31eca 100644 (file)
 #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/AddressingMode.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/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"
@@ -224,16 +224,24 @@ namespace {
 /// computing satisfying a use. It may include broken-out immediates and scaled
 /// registers.
 struct Formula {
-  /// AM - This is used to represent complex addressing, as well as other kinds
-  /// of interesting uses.
-  AddrMode AM;
+  /// Global base address used for complex addressing.
+  GlobalValue *BaseGV;
+
+  /// Base offset for complex addressing.
+  int64_t BaseOffset;
+
+  /// Whether any complex addressing has a base register.
+  bool HasBaseReg;
+
+  /// The scale of any complex addressing.
+  int64_t Scale;
 
   /// BaseRegs - The list of "base" registers for this use. When this is
-  /// non-empty, AM.HasBaseReg should be set to true.
-  SmallVector<const SCEV *, 2> BaseRegs;
+  /// non-empty,
+  SmallVector<const SCEV *, 4> BaseRegs;
 
   /// ScaledReg - The 'scaled' register for this use. This should be non-null
-  /// when AM.Scale is not zero.
+  /// when Scale is not zero.
   const SCEV *ScaledReg;
 
   /// UnfoldedOffset - An additional constant offset which added near the
@@ -241,7 +249,9 @@ struct Formula {
   /// live in an add immediate field rather than a register.
   int64_t UnfoldedOffset;
 
-  Formula() : ScaledReg(0), UnfoldedOffset(0) {}
+  Formula()
+      : BaseGV(0), BaseOffset(0), HasBaseReg(false), Scale(0), ScaledReg(0),
+        UnfoldedOffset(0) {}
 
   void InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE);
 
@@ -327,13 +337,13 @@ void Formula::InitialMatch(const SCEV *S, Loop *L, ScalarEvolution &SE) {
     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Good);
     if (!Sum->isZero())
       BaseRegs.push_back(Sum);
-    AM.HasBaseReg = true;
+    HasBaseReg = true;
   }
   if (!Bad.empty()) {
     const SCEV *Sum = SE.getAddExpr(Bad);
     if (!Sum->isZero())
       BaseRegs.push_back(Sum);
-    AM.HasBaseReg = true;
+    HasBaseReg = true;
   }
 }
 
@@ -349,7 +359,7 @@ unsigned Formula::getNumRegs() const {
 Type *Formula::getType() const {
   return !BaseRegs.empty() ? BaseRegs.front()->getType() :
          ScaledReg ? ScaledReg->getType() :
-         AM.BaseGV ? AM.BaseGV->getType() :
+         BaseGV ? BaseGV->getType() :
          0;
 }
 
@@ -382,29 +392,29 @@ bool Formula::hasRegsUsedByUsesOtherThan(size_t LUIdx,
 
 void Formula::print(raw_ostream &OS) const {
   bool First = true;
-  if (AM.BaseGV) {
+  if (BaseGV) {
     if (!First) OS << " + "; else First = false;
-    WriteAsOperand(OS, AM.BaseGV, /*PrintType=*/false);
+    BaseGV->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
   }
-  if (AM.BaseOffs != 0) {
+  if (BaseOffset != 0) {
     if (!First) OS << " + "; else First = false;
-    OS << AM.BaseOffs;
+    OS << BaseOffset;
   }
   for (SmallVectorImpl<const SCEV *>::const_iterator I = BaseRegs.begin(),
        E = BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
     if (!First) OS << " + "; else First = false;
     OS << "reg(" << **I << ')';
   }
-  if (AM.HasBaseReg && BaseRegs.empty()) {
+  if (HasBaseReg && BaseRegs.empty()) {
     if (!First) OS << " + "; else First = false;
     OS << "**error: HasBaseReg**";
-  } else if (!AM.HasBaseReg && !BaseRegs.empty()) {
+  } else if (!HasBaseReg && !BaseRegs.empty()) {
     if (!First) OS << " + "; else First = false;
     OS << "**error: !HasBaseReg**";
   }
-  if (AM.Scale != 0) {
+  if (Scale != 0) {
     if (!First) OS << " + "; else First = false;
-    OS << AM.Scale << "*reg(";
+    OS << Scale << "*reg(";
     if (ScaledReg)
       OS << *ScaledReg;
     else
@@ -713,13 +723,12 @@ 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;
           }
         }
       }
@@ -763,6 +772,16 @@ DeleteTriviallyDeadInstructions(SmallVectorImpl<WeakVH> &DeadInsts) {
   return Changed;
 }
 
+namespace {
+class LSRUse;
+}
+// Check if it is legal to fold 2 base registers.
+static bool isLegal2RegAMUse(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);
+
 namespace {
 
 /// Cost - This class is used to measure and compare candidate formulae.
@@ -775,23 +794,24 @@ 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
 
@@ -800,12 +820,14 @@ public:
     return NumRegs == ~0u;
   }
 
-  void RateFormula(const Formula &F,
+  void RateFormula(const TargetTransformInfo &TTI,
+                   const Formula &F,
                    SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
                    const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
                    const Loop *L,
                    const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
                    ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
+                   const LSRUse &LU,
                    SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs = 0);
 
   void print(raw_ostream &OS) const;
@@ -841,7 +863,7 @@ 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.
@@ -880,27 +902,29 @@ void Cost::RatePrimaryRegister(const SCEV *Reg,
                                ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
                                SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs) {
   if (LoserRegs && LoserRegs->count(Reg)) {
-    Loose();
+    Lose();
     return;
   }
   if (Regs.insert(Reg)) {
     RateRegister(Reg, Regs, L, SE, DT);
-    if (isLoser())
+    if (LoserRegs && isLoser())
       LoserRegs->insert(Reg);
   }
 }
 
-void Cost::RateFormula(const Formula &F,
+void Cost::RateFormula(const TargetTransformInfo &TTI,
+                       const Formula &F,
                        SmallPtrSet<const SCEV *, 16> &Regs,
                        const DenseSet<const SCEV *> &VisitedRegs,
                        const Loop *L,
                        const SmallVectorImpl<int64_t> &Offsets,
                        ScalarEvolution &SE, DominatorTree &DT,
+                       const LSRUse &LU,
                        SmallPtrSet<const SCEV *, 16> *LoserRegs) {
   // Tally up the registers.
   if (const SCEV *ScaledReg = F.ScaledReg) {
     if (VisitedRegs.count(ScaledReg)) {
-      Loose();
+      Lose();
       return;
     }
     RatePrimaryRegister(ScaledReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
@@ -911,7 +935,7 @@ void Cost::RateFormula(const Formula &F,
        E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
     const SCEV *BaseReg = *I;
     if (VisitedRegs.count(BaseReg)) {
-      Loose();
+      Lose();
       return;
     }
     RatePrimaryRegister(BaseReg, Regs, L, SE, DT, LoserRegs);
@@ -922,13 +946,18 @@ 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);
   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 + isLegal2RegAMUse(TTI, LU, F));
+
+  // 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.AM.BaseOffs;
-    if (F.AM.BaseGV)
+    int64_t Offset = (uint64_t)*I + F.BaseOffset;
+    if (F.BaseGV)
       ImmCost += 64; // Handle symbolic values conservatively.
                      // TODO: This should probably be the pointer size.
     else if (Offset != 0)
@@ -937,31 +966,24 @@ void Cost::RateFormula(const Formula &F,
   assert(isValid() && "invalid cost");
 }
 
-/// Loose - Set this cost to a losing value.
-void Cost::Loose() {
+/// Lose - 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.
 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 {
@@ -973,6 +995,8 @@ 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)
@@ -1045,19 +1069,19 @@ 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) {
     OS << ", PostIncLoop=";
-    WriteAsOperand(OS, (*I)->getHeader(), /*PrintType=*/false);
+    (*I)->getHeader()->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
   }
 
   if (LUIdx != ~size_t(0))
@@ -1078,28 +1102,24 @@ namespace {
 /// UniquifierDenseMapInfo - A DenseMapInfo implementation for holding
 /// DenseMaps and DenseSets of sorted SmallVectors of const SCEV*.
 struct UniquifierDenseMapInfo {
-  static SmallVector<const SCEV *, 2> getEmptyKey() {
-    SmallVector<const SCEV *, 2> V;
+  static SmallVector<const SCEV *, 4> getEmptyKey() {
+    SmallVector<const SCEV *, 4>  V;
     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-1));
     return V;
   }
 
-  static SmallVector<const SCEV *, 2> getTombstoneKey() {
-    SmallVector<const SCEV *, 2> V;
+  static SmallVector<const SCEV *, 4> getTombstoneKey() {
+    SmallVector<const SCEV *, 4> V;
     V.push_back(reinterpret_cast<const SCEV *>(-2));
     return V;
   }
 
-  static unsigned getHashValue(const SmallVector<const SCEV *, 2> &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;
+  static unsigned getHashValue(const SmallVector<const SCEV *, 4> &V) {
+    return static_cast<unsigned>(hash_combine_range(V.begin(), V.end()));
   }
 
-  static bool isEqual(const SmallVector<const SCEV *, 2> &LHS,
-                      const SmallVector<const SCEV *, 2> &RHS) {
+  static bool isEqual(const SmallVector<const SCEV *, 4> &LHS,
+                      const SmallVector<const SCEV *, 4> &RHS) {
     return LHS == RHS;
   }
 };
@@ -1110,7 +1130,7 @@ struct UniquifierDenseMapInfo {
 /// 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 *, 2>, UniquifierDenseMapInfo> Uniquifier;
+  DenseSet<SmallVector<const SCEV *, 4>, UniquifierDenseMapInfo> Uniquifier;
 
 public:
   /// KindType - An enum for a kind of use, indicating what types of
@@ -1123,6 +1143,8 @@ public:
     // TODO: Add a generic icmp too?
   };
 
+  typedef PointerIntPair<const SCEV *, 2, KindType> SCEVUseKindPair;
+
   KindType Kind;
   Type *AccessTy;
 
@@ -1135,6 +1157,13 @@ public:
   /// may be used.
   bool AllFixupsOutsideLoop;
 
+  /// 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;
+
   /// 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
@@ -1153,6 +1182,7 @@ public:
                                       MinOffset(INT64_MAX),
                                       MaxOffset(INT64_MIN),
                                       AllFixupsOutsideLoop(true),
+                                      RigidFormula(false),
                                       WidestFixupType(0) {}
 
   bool HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const;
@@ -1169,7 +1199,7 @@ public:
 /// HasFormula - 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 *, 2> Key = F.BaseRegs;
+  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.
   std::sort(Key.begin(), Key.end());
@@ -1179,7 +1209,10 @@ bool LSRUse::HasFormulaWithSameRegs(const Formula &F) const {
 /// InsertFormula - If the given formula has not yet been inserted, add it to
 /// the list, and return true. Return false otherwise.
 bool LSRUse::InsertFormula(const Formula &F) {
-  SmallVector<const SCEV *, 2> Key = F.BaseRegs;
+  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.
   std::sort(Key.begin(), Key.end());
@@ -1249,7 +1282,7 @@ void LSRUse::print(raw_ostream &OS) const {
   for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Offsets.begin(),
        E = Offsets.end(); I != E; ++I) {
     OS << *I;
-    if (llvm::next(I) != E)
+    if (std::next(I) != E)
       OS << ',';
   }
   OS << '}';
@@ -1345,8 +1378,68 @@ static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, int64_t MinOffset,
 static bool isLegalUse(const TargetTransformInfo &TTI, int64_t MinOffset,
                        int64_t MaxOffset, LSRUse::KindType Kind, Type *AccessTy,
                        const Formula &F) {
-  return isLegalUse(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, F.AM.BaseGV,
-                    F.AM.BaseOffs, F.AM.HasBaseReg, F.AM.Scale);
+  return isLegalUse(TTI, MinOffset, MaxOffset, Kind, AccessTy, F.BaseGV,
+                    F.BaseOffset, F.HasBaseReg, F.Scale);
+}
+
+static bool isLegal2RegAMUse(const TargetTransformInfo &TTI, const LSRUse &LU,
+                             const Formula &F) {
+  // If F is used as an Addressing Mode, it may fold one Base plus one
+  // scaled register. If the scaled register is nil, do as if another
+  // element of the base regs is a 1-scaled register.
+  // This is possible if BaseRegs has at least 2 registers.
+
+  // If this is not an address calculation, this is not an addressing mode
+  // use.
+  if (LU.Kind !=  LSRUse::Address)
+    return false;
+
+  // F is already scaled.
+  if (F.Scale != 0)
+    return false;
+
+  // We need to keep one register for the base and one to scale.
+  if (F.BaseRegs.size() < 2)
+    return false;
+
+  return isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
+                    F.BaseGV, F.BaseOffset, F.HasBaseReg, 1);
+ }
+
+static unsigned getScalingFactorCost(const TargetTransformInfo &TTI,
+                                     const LSRUse &LU, const Formula &F) {
+  if (!F.Scale)
+    return 0;
+  assert(isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind,
+                    LU.AccessTy, F) && "Illegal formula in use.");
+
+  switch (LU.Kind) {
+  case LSRUse::Address: {
+    // Check the scaling factor cost with both the min and max offsets.
+    int ScaleCostMinOffset =
+      TTI.getScalingFactorCost(LU.AccessTy, F.BaseGV,
+                               F.BaseOffset + LU.MinOffset,
+                               F.HasBaseReg, F.Scale);
+    int ScaleCostMaxOffset =
+      TTI.getScalingFactorCost(LU.AccessTy, F.BaseGV,
+                               F.BaseOffset + LU.MaxOffset,
+                               F.HasBaseReg, F.Scale);
+
+    assert(ScaleCostMinOffset >= 0 && ScaleCostMaxOffset >= 0 &&
+           "Legal addressing mode has an illegal cost!");
+    return std::max(ScaleCostMinOffset, ScaleCostMaxOffset);
+  }
+  case LSRUse::ICmpZero:
+    // ICmpZero BaseReg + -1*ScaleReg => ICmp BaseReg, ScaleReg.
+    // Therefore, return 0 in case F.Scale == -1.
+    return F.Scale != -1;
+
+  case LSRUse::Basic:
+  case LSRUse::Special:
+    return 0;
+  }
+
+  llvm_unreachable("Invalid LSRUse Kind!");
 }
 
 static bool isAlwaysFoldable(const TargetTransformInfo &TTI,
@@ -1398,30 +1491,6 @@ static bool isAlwaysFoldable(const TargetTransformInfo &TTI,
 
 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.
@@ -1456,7 +1525,7 @@ struct IVChain {
   // begin - 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();
@@ -1550,9 +1619,7 @@ 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,
@@ -1654,7 +1721,7 @@ void LSRInstance::OptimizeShadowIV() {
     IVUsers::const_iterator CandidateUI = UI;
     ++UI;
     Instruction *ShadowUse = CandidateUI->getUser();
-    Type *DestTy = NULL;
+    Type *DestTy = 0;
     bool IsSigned = false;
 
     /* If shadow use is a int->float cast then insert a second IV
@@ -1716,7 +1783,7 @@ void LSRInstance::OptimizeShadowIV() {
       continue;
 
     /* Initialize new IV, double d = 0.0 in above example. */
-    ConstantInt *C = NULL;
+    ConstantInt *C = 0;
     if (Incr->getOperand(0) == PH)
       C = dyn_cast<ConstantInt>(Incr->getOperand(1));
     else if (Incr->getOperand(1) == PH)
@@ -1885,15 +1952,13 @@ ICmpInst *LSRInstance::OptimizeMax(ICmpInst *Cond, IVStrideUse* &CondUse) {
   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred)) {
     // Look for n+1, and grab n.
     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(1)))
-      if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)) &&
-          cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->isOne() &&
-          SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
-        NewRHS = BO->getOperand(0);
+      if (ConstantInt *BO1 = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
+         if (BO1->isOne() && SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
+           NewRHS = BO->getOperand(0);
     if (AddOperator *BO = dyn_cast<AddOperator>(Sel->getOperand(2)))
-      if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)) &&
-          cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->isOne() &&
-          SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
-        NewRHS = BO->getOperand(0);
+      if (ConstantInt *BO1 = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
+        if (BO1->isOne() && SE.getSCEV(BO->getOperand(0)) == MaxRHS)
+          NewRHS = BO->getOperand(0);
     if (!NewRHS)
       return Cond;
   } else if (SE.getSCEV(Sel->getOperand(1)) == MaxRHS)
@@ -2125,7 +2190,7 @@ LSRInstance::getUse(const SCEV *&Expr,
   }
 
   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;
@@ -2187,10 +2252,10 @@ LSRInstance::FindUseWithSimilarFormula(const Formula &OrigF,
         // as OrigF.
         if (F.BaseRegs == OrigF.BaseRegs &&
             F.ScaledReg == OrigF.ScaledReg &&
-            F.AM.BaseGV == OrigF.AM.BaseGV &&
-            F.AM.Scale == OrigF.AM.Scale &&
+            F.BaseGV == OrigF.BaseGV &&
+            F.Scale == OrigF.Scale &&
             F.UnfoldedOffset == OrigF.UnfoldedOffset) {
-          if (F.AM.BaseOffs == 0)
+          if (F.BaseOffset == 0)
             return &LU;
           // This is the formula where all the registers and symbols matched;
           // there aren't going to be any others. Since we declined it, we
@@ -2234,7 +2299,7 @@ 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;
 
@@ -2527,6 +2592,7 @@ void LSRInstance::ChainInstruction(Instruction *UserInst, Instruction *IVOper,
     // Add this IV user to the end of the chain.
     IVChainVec[ChainIdx].add(IVInc(UserInst, IVOper, LastIncExpr));
   }
+  IVChain &Chain = IVChainVec[ChainIdx];
 
   SmallPtrSet<Instruction*,4> &NearUsers = ChainUsersVec[ChainIdx].NearUsers;
   // This chain's NearUsers become FarUsers.
@@ -2541,11 +2607,21 @@ 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);
-    if (!OtherUse || OtherUse == UserInst)
+  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.
+    // Include the head of the chain in this iteration (not Chain.begin()).
+    IVChain::const_iterator IncIter = Chain.Incs.begin();
+    IVChain::const_iterator IncEnd = Chain.Incs.end();
+    for( ; IncIter != IncEnd; ++IncIter) {
+      if (IncIter->UserInst == OtherUse)
+        break;
+    }
+    if (IncIter != IncEnd)
       continue;
+
     if (SE.isSCEVable(OtherUse->getType())
         && !isa<SCEVUnknown>(SE.getSCEV(OtherUse))
         && IU.isIVUserOrOperand(OtherUse)) {
@@ -2622,7 +2698,7 @@ void LSRInstance::CollectChains() {
         Instruction *IVOpInst = cast<Instruction>(*IVOpIter);
         if (UniqueOperands.insert(IVOpInst))
           ChainInstruction(I, IVOpInst, ChainUsersVec);
-        IVOpIter = findIVOperand(llvm::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
+        IVOpIter = findIVOperand(std::next(IVOpIter), IVOpEnd, L, SE);
       }
     } // Continue walking down the instructions.
   } // Continue walking down the domtree.
@@ -2694,6 +2770,7 @@ void LSRInstance::GenerateIVChain(const IVChain &Chain, SCEVExpander &Rewriter,
   // by LSR.
   const IVInc &Head = Chain.Incs[0];
   User::op_iterator IVOpEnd = Head.UserInst->op_end();
+  // 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;
@@ -2712,7 +2789,7 @@ 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.
@@ -2837,7 +2914,7 @@ 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,
@@ -2880,6 +2957,10 @@ void LSRInstance::CollectFixupsAndInitialFormulae() {
 /// 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);
   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
@@ -2893,7 +2974,7 @@ LSRInstance::InsertSupplementalFormula(const SCEV *S,
                                        LSRUse &LU, size_t LUIdx) {
   Formula F;
   F.BaseRegs.push_back(S);
-  F.AM.HasBaseReg = true;
+  F.HasBaseReg = true;
   bool Inserted = InsertFormula(LU, LUIdx, F);
   assert(Inserted && "Supplemental formula already exists!"); (void)Inserted;
 }
@@ -2938,18 +3019,17 @@ 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)) {
+      if (!Inserted.insert(US)) continue;
+      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;
@@ -2961,7 +3041,7 @@ 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;
         // Ignore uses which are part of other SCEV expressions, to avoid
@@ -2971,7 +3051,7 @@ 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;
@@ -2979,7 +3059,7 @@ 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;
@@ -2987,7 +3067,7 @@ LSRInstance::CollectLoopInvariantFixupsAndFormulae() {
 
         LSRFixup &LF = getNewFixup();
         LF.UserInst = const_cast<Instruction *>(UserInst);
-        LF.OperandValToReplace = UI.getUse();
+        LF.OperandValToReplace = U;
         std::pair<size_t, int64_t> P = getUse(S, LSRUse::Basic, 0);
         LF.LUIdx = P.first;
         LF.Offset = P.second;
@@ -2997,7 +3077,7 @@ 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;
       }
@@ -3027,7 +3107,7 @@ static const SCEV *CollectSubexprs(const SCEV *S, const SCEVConstant *C,
       if (Remainder)
         Ops.push_back(C ? SE.getMulExpr(C, Remainder) : Remainder);
     }
-    return NULL;
+    return 0;
   } else if (const SCEVAddRecExpr *AR = dyn_cast<SCEVAddRecExpr>(S)) {
     // Split a non-zero base out of an addrec.
     if (AR->getStart()->isZero())
@@ -3039,7 +3119,7 @@ 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 = 0;
     }
     if (Remainder != AR->getStart()) {
       if (!Remainder)
@@ -3061,7 +3141,7 @@ 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 0;
     }
   }
   return S;
@@ -3100,10 +3180,10 @@ void LSRInstance::GenerateReassociations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
         continue;
 
       // 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());
+      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.
@@ -3182,7 +3262,7 @@ void LSRInstance::GenerateCombinations(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
 void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
                                           Formula Base) {
   // We can't add a symbolic offset if the address already contains one.
-  if (Base.AM.BaseGV) return;
+  if (Base.BaseGV) return;
 
   for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i) {
     const SCEV *G = Base.BaseRegs[i];
@@ -3190,7 +3270,7 @@ void LSRInstance::GenerateSymbolicOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
     if (G->isZero() || !GV)
       continue;
     Formula F = Base;
-    F.AM.BaseGV = GV;
+    F.BaseGV = GV;
     if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
       continue;
     F.BaseRegs[i] = G;
@@ -3214,7 +3294,7 @@ void LSRInstance::GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
     for (SmallVectorImpl<int64_t>::const_iterator I = Worklist.begin(),
          E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
       Formula F = Base;
-      F.AM.BaseOffs = (uint64_t)Base.AM.BaseOffs - *I;
+      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.
@@ -3234,7 +3314,7 @@ void LSRInstance::GenerateConstantOffsets(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
     if (G->isZero() || Imm == 0)
       continue;
     Formula F = Base;
-    F.AM.BaseOffs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + Imm;
+    F.BaseOffset = (uint64_t)F.BaseOffset + Imm;
     if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
       continue;
     F.BaseRegs[i] = G;
@@ -3256,7 +3336,7 @@ void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
   // Don't do this if there is more than one offset.
   if (LU.MinOffset != LU.MaxOffset) return;
 
-  assert(!Base.AM.BaseGV && "ICmpZero use is not legal!");
+  assert(!Base.BaseGV && "ICmpZero use is not legal!");
 
   // Check each interesting stride.
   for (SmallSetVector<int64_t, 8>::const_iterator
@@ -3264,10 +3344,14 @@ void LSRInstance::GenerateICmpZeroScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx,
     int64_t Factor = *I;
 
     // Check that the multiplication doesn't overflow.
-    if (Base.AM.BaseOffs == INT64_MIN && Factor == -1)
+    if (Base.BaseOffset == INT64_MIN && Factor == -1)
       continue;
-    int64_t NewBaseOffs = (uint64_t)Base.AM.BaseOffs * Factor;
-    if (NewBaseOffs / Factor != Base.AM.BaseOffs)
+    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.
@@ -3277,16 +3361,20 @@ 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.AM.BaseOffs = NewBaseOffs;
+    F.BaseOffset = NewBaseOffset;
 
     // Check that this scale is legal.
     if (!isLegalUse(TTI, Offset, Offset, LU.Kind, LU.AccessTy, F))
       continue;
 
     // Compensate for the use having MinOffset built into it.
-    F.AM.BaseOffs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + Offset - LU.MinOffset;
+    F.BaseOffset = (uint64_t)F.BaseOffset + Offset - LU.MinOffset;
 
     const SCEV *FactorS = SE.getConstant(IntTy, Factor);
 
@@ -3311,6 +3399,10 @@ 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.
@@ -3327,15 +3419,15 @@ void LSRInstance::GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
   if (!IntTy) return;
 
   // If this Formula already has a scaled register, we can't add another one.
-  if (Base.AM.Scale != 0) return;
+  if (Base.Scale != 0) 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;
 
-    Base.AM.Scale = Factor;
-    Base.AM.HasBaseReg = Base.BaseRegs.size() > 1;
+    Base.Scale = Factor;
+    Base.HasBaseReg = Base.BaseRegs.size() > 1;
     // Check whether this scale is going to be legal.
     if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
                     Base)) {
@@ -3352,7 +3444,7 @@ void LSRInstance::GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
     // For an ICmpZero, negating a solitary base register won't lead to
     // new solutions.
     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero &&
-        !Base.AM.HasBaseReg && Base.AM.BaseOffs == 0 && !Base.AM.BaseGV)
+        !Base.HasBaseReg && Base.BaseOffset == 0 && !Base.BaseGV)
       continue;
     // For each addrec base reg, apply the scale, if possible.
     for (size_t i = 0, e = Base.BaseRegs.size(); i != e; ++i)
@@ -3377,7 +3469,7 @@ void LSRInstance::GenerateScales(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
 /// GenerateTruncates - Generate reuse formulae from different IV types.
 void LSRInstance::GenerateTruncates(LSRUse &LU, unsigned LUIdx, Formula Base) {
   // Don't bother truncating symbolic values.
-  if (Base.AM.BaseGV) return;
+  if (Base.BaseGV) return;
 
   // Determine the integer type for the base formula.
   Type *DstTy = Base.getType();
@@ -3493,8 +3585,9 @@ 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];
@@ -3534,14 +3627,13 @@ void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
       const Formula &F = LU.Formulae[L];
       // Use the immediate in the scaled register.
       if (F.ScaledReg == OrigReg) {
-        int64_t Offs = (uint64_t)F.AM.BaseOffs +
-                       Imm * (uint64_t)F.AM.Scale;
+        int64_t Offset = (uint64_t)F.BaseOffset + Imm * (uint64_t)F.Scale;
         // Don't create 50 + reg(-50).
         if (F.referencesReg(SE.getSCEV(
-                   ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offs))))
+                   ConstantInt::get(IntTy, -(uint64_t)Offset))))
           continue;
         Formula NewF = F;
-        NewF.AM.BaseOffs = Offs;
+        NewF.BaseOffset = Offset;
         if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset, LU.Kind, LU.AccessTy,
                         NewF))
           continue;
@@ -3552,9 +3644,9 @@ void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
         // immediate itself, then the formula isn't worthwhile.
         if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(NewF.ScaledReg))
           if (C->getValue()->isNegative() !=
-                (NewF.AM.BaseOffs < 0) &&
-              (C->getValue()->getValue().abs() * APInt(BitWidth, F.AM.Scale))
-                .ule(abs64(NewF.AM.BaseOffs)))
+                (NewF.BaseOffset < 0) &&
+              (C->getValue()->getValue().abs() * APInt(BitWidth, F.Scale))
+                .ule(abs64(NewF.BaseOffset)))
             continue;
 
         // OK, looks good.
@@ -3566,7 +3658,7 @@ void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
           if (BaseReg != OrigReg)
             continue;
           Formula NewF = F;
-          NewF.AM.BaseOffs = (uint64_t)NewF.AM.BaseOffs + Imm;
+          NewF.BaseOffset = (uint64_t)NewF.BaseOffset + Imm;
           if (!isLegalUse(TTI, LU.MinOffset, LU.MaxOffset,
                           LU.Kind, LU.AccessTy, NewF)) {
             if (!TTI.isLegalAddImmediate((uint64_t)NewF.UnfoldedOffset + Imm))
@@ -3583,11 +3675,11 @@ void LSRInstance::GenerateCrossUseConstantOffsets() {
                J = NewF.BaseRegs.begin(), JE = NewF.BaseRegs.end();
                J != JE; ++J)
             if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*J))
-              if ((C->getValue()->getValue() + NewF.AM.BaseOffs).abs().slt(
-                   abs64(NewF.AM.BaseOffs)) &&
+              if ((C->getValue()->getValue() + NewF.BaseOffset).abs().slt(
+                   abs64(NewF.BaseOffset)) &&
                   (C->getValue()->getValue() +
-                   NewF.AM.BaseOffs).countTrailingZeros() >=
-                   CountTrailingZeros_64(NewF.AM.BaseOffs))
+                   NewF.BaseOffset).countTrailingZeros() >=
+                   countTrailingZeros<uint64_t>(NewF.BaseOffset))
                 goto skip_formula;
 
           // Ok, looks good.
@@ -3648,7 +3740,7 @@ void LSRInstance::FilterOutUndesirableDedicatedRegisters() {
 
   // Collect the best formula for each unique set of shared registers. This
   // is reset for each use.
-  typedef DenseMap<SmallVector<const SCEV *, 2>, size_t, UniquifierDenseMapInfo>
+  typedef DenseMap<SmallVector<const SCEV *, 4>, size_t, UniquifierDenseMapInfo>
     BestFormulaeTy;
   BestFormulaeTy BestFormulae;
 
@@ -3670,7 +3762,7 @@ 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
@@ -3683,7 +3775,7 @@ void LSRInstance::FilterOutUndesirableDedicatedRegisters() {
               dbgs() << "\n");
       }
       else {
-        SmallVector<const SCEV *, 2> Key;
+        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;
@@ -3706,7 +3798,8 @@ 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());
@@ -3785,7 +3878,7 @@ void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets() {
              I = F.BaseRegs.begin(), E = F.BaseRegs.end(); I != E; ++I) {
           if (const SCEVConstant *C = dyn_cast<SCEVConstant>(*I)) {
             Formula NewF = F;
-            NewF.AM.BaseOffs += C->getValue()->getSExtValue();
+            NewF.BaseOffset += C->getValue()->getSExtValue();
             NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
                                 (I - F.BaseRegs.begin()));
             if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
@@ -3798,9 +3891,9 @@ void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets() {
             }
           } else if (const SCEVUnknown *U = dyn_cast<SCEVUnknown>(*I)) {
             if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(U->getValue()))
-              if (!F.AM.BaseGV) {
+              if (!F.BaseGV) {
                 Formula NewF = F;
-                NewF.AM.BaseGV = GV;
+                NewF.BaseGV = GV;
                 NewF.BaseRegs.erase(NewF.BaseRegs.begin() +
                                     (I - F.BaseRegs.begin()));
                 if (LU.HasFormulaWithSameRegs(NewF)) {
@@ -3829,83 +3922,83 @@ void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByDetectingSupersets() {
 /// for expressions like A, A+1, A+2, etc., allocate a single register for
 /// them.
 void LSRInstance::NarrowSearchSpaceByCollapsingUnrolledCode() {
-  if (EstimateSearchSpaceComplexity() >= ComplexityLimit) {
-    DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n");
+  if (EstimateSearchSpaceComplexity() < ComplexityLimit)
+    return;
 
-    DEBUG(dbgs() << "Narrowing the search space by assuming that uses "
-                    "separated by a constant offset will use the same "
-                    "registers.\n");
+  DEBUG(dbgs() << "The search space is too complex.\n"
+                  "Narrowing the search space by assuming that uses separated "
+                  "by a constant offset will use the same registers.\n");
 
-    // This is especially useful for unrolled loops.
+  // This is especially useful for unrolled loops.
 
-    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.AM.BaseOffs != 0 && F.AM.Scale == 0) {
-          if (LSRUse *LUThatHas = FindUseWithSimilarFormula(F, LU)) {
-            if (reconcileNewOffset(*LUThatHas, F.AM.BaseOffs,
-                                   /*HasBaseReg=*/false,
-                                   LU.Kind, LU.AccessTy)) {
-              DEBUG(dbgs() << "  Deleting use "; LU.print(dbgs());
-                    dbgs() << '\n');
-
-              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;
-                if (Fixup.LUIdx == LUIdx) {
-                  Fixup.LUIdx = LUThatHas - &Uses.front();
-                  Fixup.Offset += F.AM.BaseOffs;
-                  // Add the new offset to LUThatHas' offset list.
-                  if (LUThatHas->Offsets.back() != Fixup.Offset) {
-                    LUThatHas->Offsets.push_back(Fixup.Offset);
-                    if (Fixup.Offset > LUThatHas->MaxOffset)
-                      LUThatHas->MaxOffset = Fixup.Offset;
-                    if (Fixup.Offset < LUThatHas->MinOffset)
-                      LUThatHas->MinOffset = Fixup.Offset;
-                  }
-                  DEBUG(dbgs() << "New fixup has offset "
-                               << Fixup.Offset << '\n');
-                }
-                if (Fixup.LUIdx == NumUses-1)
-                  Fixup.LUIdx = LUIdx;
-              }
+  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)
+        continue;
 
-              // Delete formulae from the new use which are no longer legal.
-              bool Any = false;
-              for (size_t i = 0, e = LUThatHas->Formulae.size(); i != e; ++i) {
-                Formula &F = LUThatHas->Formulae[i];
-                if (!isLegalUse(TTI, LUThatHas->MinOffset, LUThatHas->MaxOffset,
-                                LUThatHas->Kind, LUThatHas->AccessTy, F)) {
-                  DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
-                        dbgs() << '\n');
-                  LUThatHas->DeleteFormula(F);
-                  --i;
-                  --e;
-                  Any = true;
-                }
-              }
-              if (Any)
-                LUThatHas->RecomputeRegs(LUThatHas - &Uses.front(), RegUses);
+      LSRUse *LUThatHas = FindUseWithSimilarFormula(F, LU);
+      if (!LUThatHas)
+        continue;
 
-              // Delete the old use.
-              DeleteUse(LU, LUIdx);
-              --LUIdx;
-              --NumUses;
-              break;
-            }
+      if (!reconcileNewOffset(*LUThatHas, F.BaseOffset, /*HasBaseReg=*/ false,
+                              LU.Kind, LU.AccessTy))
+        continue;
+
+      DEBUG(dbgs() << "  Deleting use "; LU.print(dbgs()); dbgs() << '\n');
+
+      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;
+        if (Fixup.LUIdx == LUIdx) {
+          Fixup.LUIdx = LUThatHas - &Uses.front();
+          Fixup.Offset += F.BaseOffset;
+          // Add the new offset to LUThatHas' offset list.
+          if (LUThatHas->Offsets.back() != Fixup.Offset) {
+            LUThatHas->Offsets.push_back(Fixup.Offset);
+            if (Fixup.Offset > LUThatHas->MaxOffset)
+              LUThatHas->MaxOffset = Fixup.Offset;
+            if (Fixup.Offset < LUThatHas->MinOffset)
+              LUThatHas->MinOffset = Fixup.Offset;
           }
+          DEBUG(dbgs() << "New fixup has offset " << Fixup.Offset << '\n');
         }
+        if (Fixup.LUIdx == NumUses-1)
+          Fixup.LUIdx = LUIdx;
       }
-    }
 
-    DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n";
-          print_uses(dbgs()));
+      // Delete formulae from the new use which are no longer legal.
+      bool Any = false;
+      for (size_t i = 0, e = LUThatHas->Formulae.size(); i != e; ++i) {
+        Formula &F = LUThatHas->Formulae[i];
+        if (!isLegalUse(TTI, LUThatHas->MinOffset, LUThatHas->MaxOffset,
+                        LUThatHas->Kind, LUThatHas->AccessTy, F)) {
+          DEBUG(dbgs() << "  Deleting "; F.print(dbgs());
+                dbgs() << '\n');
+          LUThatHas->DeleteFormula(F);
+          --i;
+          --e;
+          Any = true;
+        }
+      }
+
+      if (Any)
+        LUThatHas->RecomputeRegs(LUThatHas - &Uses.front(), RegUses);
+
+      // Delete the old use.
+      DeleteUse(LU, LUIdx);
+      --LUIdx;
+      --NumUses;
+      break;
+    }
   }
+
+  DEBUG(dbgs() << "After pre-selection:\n"; print_uses(dbgs()));
 }
 
 /// NarrowSearchSpaceByRefilteringUndesirableDedicatedRegisters - Call
@@ -4059,7 +4152,8 @@ 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()) {
@@ -4088,7 +4182,7 @@ void LSRInstance::SolveRecurse(SmallVectorImpl<const Formula *> &Solution,
 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;
@@ -4159,7 +4253,7 @@ 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;
@@ -4246,6 +4340,8 @@ Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
                            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.
@@ -4288,7 +4384,7 @@ Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
 
   // Expand the ScaledReg portion.
   Value *ICmpScaledV = 0;
-  if (F.AM.Scale != 0) {
+  if (F.Scale != 0) {
     const SCEV *ScaledS = F.ScaledReg;
 
     // If we're expanding for a post-inc user, make the post-inc adjustment.
@@ -4301,7 +4397,7 @@ Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
       // 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.AM.Scale == -1 &&
+      assert(F.Scale == -1 &&
              "The only scale supported by ICmpZero uses is -1!");
       ICmpScaledV = Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP);
     } else {
@@ -4316,20 +4412,20 @@ Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
       }
       ScaledS = SE.getUnknown(Rewriter.expandCodeFor(ScaledS, 0, IP));
       ScaledS = SE.getMulExpr(ScaledS,
-                              SE.getConstant(ScaledS->getType(), F.AM.Scale));
+                              SE.getConstant(ScaledS->getType(), F.Scale));
       Ops.push_back(ScaledS);
     }
   }
 
   // Expand the GV portion.
-  if (F.AM.BaseGV) {
+  if (F.BaseGV) {
     // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting.
     if (!Ops.empty()) {
       Value *FullV = Rewriter.expandCodeFor(SE.getAddExpr(Ops), Ty, IP);
       Ops.clear();
       Ops.push_back(SE.getUnknown(FullV));
     }
-    Ops.push_back(SE.getUnknown(F.AM.BaseGV));
+    Ops.push_back(SE.getUnknown(F.BaseGV));
   }
 
   // Flush the operand list to suppress SCEVExpander hoisting of both folded and
@@ -4341,7 +4437,7 @@ Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
   }
 
   // Expand the immediate portion.
-  int64_t Offset = (uint64_t)F.AM.BaseOffs + LF.Offset;
+  int64_t Offset = (uint64_t)F.BaseOffset + LF.Offset;
   if (Offset != 0) {
     if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
       // The other interesting way of "folding" with an ICmpZero is to use a
@@ -4382,9 +4478,9 @@ Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
   if (LU.Kind == LSRUse::ICmpZero) {
     ICmpInst *CI = cast<ICmpInst>(LF.UserInst);
     DeadInsts.push_back(CI->getOperand(1));
-    assert(!F.AM.BaseGV && "ICmp does not support folding a global value and "
+    assert(!F.BaseGV && "ICmp does not support folding a global value and "
                            "a scale at the same time!");
-    if (F.AM.Scale == -1) {
+    if (F.Scale == -1) {
       if (ICmpScaledV->getType() != OpTy) {
         Instruction *Cast =
           CastInst::Create(CastInst::getCastOpcode(ICmpScaledV, false,
@@ -4394,7 +4490,7 @@ Value *LSRInstance::Expand(const LSRFixup &LF,
       }
       CI->setOperand(1, ICmpScaledV);
     } else {
-      assert(F.AM.Scale == 0 &&
+      assert(F.Scale == 0 &&
              "ICmp does not support folding a global value and "
              "a scale at the same time!");
       Constant *C = ConstantInt::getSigned(SE.getEffectiveSCEVType(OpTy),
@@ -4571,7 +4667,8 @@ 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>()),
+      DT(P->getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree()),
+      LI(P->getAnalysis<LoopInfo>()),
       TTI(P->getAnalysis<TargetTransformInfo>()), L(L), Changed(false),
       IVIncInsertPos(0) {
   // If LoopSimplify form is not available, stay out of trouble.
@@ -4610,7 +4707,7 @@ 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.
@@ -4740,8 +4837,8 @@ 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;
 };
 
 }
@@ -4750,7 +4847,7 @@ 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(DominatorTreeWrapperPass)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(IVUsers)
 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfo)
@@ -4775,8 +4872,8 @@ void LoopStrengthReduce::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
   AU.addRequired<LoopInfo>();
   AU.addPreserved<LoopInfo>();
   AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
-  AU.addRequired<DominatorTree>();
-  AU.addPreserved<DominatorTree>();
+  AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
+  AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
   AU.addRequired<ScalarEvolution>();
   AU.addPreserved<ScalarEvolution>();
   // Requiring LoopSimplify a second time here prevents IVUsers from running
@@ -4788,6 +4885,9 @@ void LoopStrengthReduce::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 }
 
 bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager & /*LPM*/) {
+  if (skipOptnoneFunction(L))
+    return false;
+
   bool Changed = false;
 
   // Run the main LSR transformation.
@@ -4801,10 +4901,9 @@ bool LoopStrengthReduce::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager & /*LPM*/) {
 #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<TargetTransformInfo>());
     if (numFolded) {
       Changed = true;
       DeleteTriviallyDeadInstructions(DeadInsts);