80-col violations, trailing whitespace.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / Reassociate.cpp
index d00423edf5affd14d22c3af61780be5c14699cf5..71d787a839a73b380d514f7e33bc8de145839494 100644 (file)
@@ -2,13 +2,13 @@
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
-// the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 // This pass reassociates commutative expressions in an order that is designed
-// to promote better constant propagation, GCSE, LICM, PRE...
+// to promote better constant propagation, GCSE, LICM, PRE, etc.
 //
 // For example: 4 + (x + 5) -> x + (4 + 5)
 //
 #define DEBUG_TYPE "reassociate"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
 #include "llvm/Constants.h"
+#include "llvm/DerivedTypes.h"
 #include "llvm/Function.h"
 #include "llvm/Instructions.h"
+#include "llvm/IntrinsicInst.h"
 #include "llvm/Pass.h"
-#include "llvm/Type.h"
+#include "llvm/Assembly/Writer.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/Support/ValueHandle.h"
+#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
+#include <algorithm>
 using namespace llvm;
 
+STATISTIC(NumLinear , "Number of insts linearized");
+STATISTIC(NumChanged, "Number of insts reassociated");
+STATISTIC(NumAnnihil, "Number of expr tree annihilated");
+STATISTIC(NumFactor , "Number of multiplies factored");
+
 namespace {
-  Statistic<> NumLinear ("reassociate","Number of insts linearized");
-  Statistic<> NumChanged("reassociate","Number of insts reassociated");
-  Statistic<> NumSwapped("reassociate","Number of insts with operands swapped");
+  struct ValueEntry {
+    unsigned Rank;
+    Value *Op;
+    ValueEntry(unsigned R, Value *O) : Rank(R), Op(O) {}
+  };
+  inline bool operator<(const ValueEntry &LHS, const ValueEntry &RHS) {
+    return LHS.Rank > RHS.Rank;   // Sort so that highest rank goes to start.
+  }
+}
 
+#ifndef NDEBUG
+/// PrintOps - Print out the expression identified in the Ops list.
+///
+static void PrintOps(Instruction *I, const SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
+  Module *M = I->getParent()->getParent()->getParent();
+  errs() << Instruction::getOpcodeName(I->getOpcode()) << " "
+       << *Ops[0].Op->getType() << '\t';
+  for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
+    errs() << "[ ";
+    WriteAsOperand(errs(), Ops[i].Op, false, M);
+    errs() << ", #" << Ops[i].Rank << "] ";
+  }
+}
+#endif
+  
+namespace {
   class Reassociate : public FunctionPass {
-    std::map<BasicBlock*, unsigned> RankMap;
-    std::map<Value*, unsigned> ValueRankMap;
+    DenseMap<BasicBlock*, unsigned> RankMap;
+    DenseMap<AssertingVH<>, unsigned> ValueRankMap;
+    bool MadeChange;
   public:
+    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+    Reassociate() : FunctionPass(&ID) {}
+
     bool runOnFunction(Function &F);
 
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
@@ -50,128 +87,298 @@ namespace {
   private:
     void BuildRankMap(Function &F);
     unsigned getRank(Value *V);
-    bool ReassociateExpr(BinaryOperator *I);
-    bool ReassociateBB(BasicBlock *BB);
+    Value *ReassociateExpression(BinaryOperator *I);
+    void RewriteExprTree(BinaryOperator *I, SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops,
+                         unsigned Idx = 0);
+    Value *OptimizeExpression(BinaryOperator *I,
+                              SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops);
+    Value *OptimizeAdd(Instruction *I, SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops);
+    void LinearizeExprTree(BinaryOperator *I, SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops);
+    void LinearizeExpr(BinaryOperator *I);
+    Value *RemoveFactorFromExpression(Value *V, Value *Factor);
+    void ReassociateBB(BasicBlock *BB);
+    
+    void RemoveDeadBinaryOp(Value *V);
   };
-
-  RegisterOpt<Reassociate> X("reassociate", "Reassociate expressions");
 }
 
+char Reassociate::ID = 0;
+static RegisterPass<Reassociate> X("reassociate", "Reassociate expressions");
+
 // Public interface to the Reassociate pass
 FunctionPass *llvm::createReassociatePass() { return new Reassociate(); }
 
+void Reassociate::RemoveDeadBinaryOp(Value *V) {
+  Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(V);
+  if (!Op || !isa<BinaryOperator>(Op) || !Op->use_empty())
+    return;
+  
+  Value *LHS = Op->getOperand(0), *RHS = Op->getOperand(1);
+  
+  ValueRankMap.erase(Op);
+  Op->eraseFromParent();
+  RemoveDeadBinaryOp(LHS);
+  RemoveDeadBinaryOp(RHS);
+}
+
+
+static bool isUnmovableInstruction(Instruction *I) {
+  if (I->getOpcode() == Instruction::PHI ||
+      I->getOpcode() == Instruction::Alloca ||
+      I->getOpcode() == Instruction::Load ||
+      I->getOpcode() == Instruction::Invoke ||
+      (I->getOpcode() == Instruction::Call &&
+       !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) ||
+      I->getOpcode() == Instruction::UDiv || 
+      I->getOpcode() == Instruction::SDiv ||
+      I->getOpcode() == Instruction::FDiv ||
+      I->getOpcode() == Instruction::URem ||
+      I->getOpcode() == Instruction::SRem ||
+      I->getOpcode() == Instruction::FRem)
+    return true;
+  return false;
+}
+
 void Reassociate::BuildRankMap(Function &F) {
   unsigned i = 2;
 
   // Assign distinct ranks to function arguments
   for (Function::arg_iterator I = F.arg_begin(), E = F.arg_end(); I != E; ++I)
-    ValueRankMap[I] = ++i;
+    ValueRankMap[&*I] = ++i;
 
   ReversePostOrderTraversal<Function*> RPOT(&F);
   for (ReversePostOrderTraversal<Function*>::rpo_iterator I = RPOT.begin(),
-         E = RPOT.end(); I != E; ++I)
-    RankMap[*I] = ++i << 16;
+         E = RPOT.end(); I != E; ++I) {
+    BasicBlock *BB = *I;
+    unsigned BBRank = RankMap[BB] = ++i << 16;
+
+    // Walk the basic block, adding precomputed ranks for any instructions that
+    // we cannot move.  This ensures that the ranks for these instructions are
+    // all different in the block.
+    for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
+      if (isUnmovableInstruction(I))
+        ValueRankMap[&*I] = ++BBRank;
+  }
 }
 
 unsigned Reassociate::getRank(Value *V) {
-  if (isa<Argument>(V)) return ValueRankMap[V];   // Function argument...
-
   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
-  if (I == 0) return 0;  // Otherwise it's a global or constant, rank 0.
+  if (I == 0) {
+    if (isa<Argument>(V)) return ValueRankMap[V];   // Function argument.
+    return 0;  // Otherwise it's a global or constant, rank 0.
+  }
+
+  if (unsigned Rank = ValueRankMap[I])
+    return Rank;    // Rank already known?
 
-  unsigned &CachedRank = ValueRankMap[I];
-  if (CachedRank) return CachedRank;    // Rank already known?
-  
   // If this is an expression, return the 1+MAX(rank(LHS), rank(RHS)) so that
   // we can reassociate expressions for code motion!  Since we do not recurse
   // for PHI nodes, we cannot have infinite recursion here, because there
   // cannot be loops in the value graph that do not go through PHI nodes.
-  //
-  if (I->getOpcode() == Instruction::PHI ||
-      I->getOpcode() == Instruction::Alloca ||
-      I->getOpcode() == Instruction::Malloc || isa<TerminatorInst>(I) ||
-      I->mayWriteToMemory())  // Cannot move inst if it writes to memory!
-    return RankMap[I->getParent()];
-  
-  // If not, compute it!
   unsigned Rank = 0, MaxRank = RankMap[I->getParent()];
   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands();
        i != e && Rank != MaxRank; ++i)
     Rank = std::max(Rank, getRank(I->getOperand(i)));
-  
-  DEBUG(std::cerr << "Calculated Rank[" << V->getName() << "] = "
-        << Rank+1 << "\n");
-  
-  return CachedRank = Rank+1;
+
+  // If this is a not or neg instruction, do not count it for rank.  This
+  // assures us that X and ~X will have the same rank.
+  if (!I->getType()->isInteger() ||
+      (!BinaryOperator::isNot(I) && !BinaryOperator::isNeg(I)))
+    ++Rank;
+
+  //DEBUG(errs() << "Calculated Rank[" << V->getName() << "] = "
+  //     << Rank << "\n");
+
+  return ValueRankMap[I] = Rank;
 }
 
+/// isReassociableOp - Return true if V is an instruction of the specified
+/// opcode and if it only has one use.
+static BinaryOperator *isReassociableOp(Value *V, unsigned Opcode) {
+  if ((V->hasOneUse() || V->use_empty()) && isa<Instruction>(V) &&
+      cast<Instruction>(V)->getOpcode() == Opcode)
+    return cast<BinaryOperator>(V);
+  return 0;
+}
 
-bool Reassociate::ReassociateExpr(BinaryOperator *I) {
-  Value *LHS = I->getOperand(0);
-  Value *RHS = I->getOperand(1);
-  unsigned LHSRank = getRank(LHS);
-  unsigned RHSRank = getRank(RHS);
+/// LowerNegateToMultiply - Replace 0-X with X*-1.
+///
+static Instruction *LowerNegateToMultiply(Instruction *Neg,
+                              DenseMap<AssertingVH<>, unsigned> &ValueRankMap) {
+  Constant *Cst = Constant::getAllOnesValue(Neg->getType());
 
-  bool Changed = false;
+  Instruction *Res = BinaryOperator::CreateMul(Neg->getOperand(1), Cst, "",Neg);
+  ValueRankMap.erase(Neg);
+  Res->takeName(Neg);
+  Neg->replaceAllUsesWith(Res);
+  Neg->eraseFromParent();
+  return Res;
+}
 
-  // Make sure the LHS of the operand always has the greater rank...
-  if (LHSRank < RHSRank) {
-    bool Success = !I->swapOperands();
-    assert(Success && "swapOperands failed");
+// Given an expression of the form '(A+B)+(D+C)', turn it into '(((A+B)+C)+D)'.
+// Note that if D is also part of the expression tree that we recurse to
+// linearize it as well.  Besides that case, this does not recurse into A,B, or
+// C.
+void Reassociate::LinearizeExpr(BinaryOperator *I) {
+  BinaryOperator *LHS = cast<BinaryOperator>(I->getOperand(0));
+  BinaryOperator *RHS = cast<BinaryOperator>(I->getOperand(1));
+  assert(isReassociableOp(LHS, I->getOpcode()) &&
+         isReassociableOp(RHS, I->getOpcode()) &&
+         "Not an expression that needs linearization?");
+
+  DEBUG(errs() << "Linear" << *LHS << '\n' << *RHS << '\n' << *I << '\n');
+
+  // Move the RHS instruction to live immediately before I, avoiding breaking
+  // dominator properties.
+  RHS->moveBefore(I);
+
+  // Move operands around to do the linearization.
+  I->setOperand(1, RHS->getOperand(0));
+  RHS->setOperand(0, LHS);
+  I->setOperand(0, RHS);
 
+  ++NumLinear;
+  MadeChange = true;
+  DEBUG(errs() << "Linearized: " << *I << '\n');
+
+  // If D is part of this expression tree, tail recurse.
+  if (isReassociableOp(I->getOperand(1), I->getOpcode()))
+    LinearizeExpr(I);
+}
+
+
+/// LinearizeExprTree - Given an associative binary expression tree, traverse
+/// all of the uses putting it into canonical form.  This forces a left-linear
+/// form of the the expression (((a+b)+c)+d), and collects information about the
+/// rank of the non-tree operands.
+///
+/// NOTE: These intentionally destroys the expression tree operands (turning
+/// them into undef values) to reduce #uses of the values.  This means that the
+/// caller MUST use something like RewriteExprTree to put the values back in.
+///
+void Reassociate::LinearizeExprTree(BinaryOperator *I,
+                                    SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
+  Value *LHS = I->getOperand(0), *RHS = I->getOperand(1);
+  unsigned Opcode = I->getOpcode();
+
+  // First step, linearize the expression if it is in ((A+B)+(C+D)) form.
+  BinaryOperator *LHSBO = isReassociableOp(LHS, Opcode);
+  BinaryOperator *RHSBO = isReassociableOp(RHS, Opcode);
+
+  // If this is a multiply expression tree and it contains internal negations,
+  // transform them into multiplies by -1 so they can be reassociated.
+  if (I->getOpcode() == Instruction::Mul) {
+    if (!LHSBO && LHS->hasOneUse() && BinaryOperator::isNeg(LHS)) {
+      LHS = LowerNegateToMultiply(cast<Instruction>(LHS), ValueRankMap);
+      LHSBO = isReassociableOp(LHS, Opcode);
+    }
+    if (!RHSBO && RHS->hasOneUse() && BinaryOperator::isNeg(RHS)) {
+      RHS = LowerNegateToMultiply(cast<Instruction>(RHS), ValueRankMap);
+      RHSBO = isReassociableOp(RHS, Opcode);
+    }
+  }
+
+  if (!LHSBO) {
+    if (!RHSBO) {
+      // Neither the LHS or RHS as part of the tree, thus this is a leaf.  As
+      // such, just remember these operands and their rank.
+      Ops.push_back(ValueEntry(getRank(LHS), LHS));
+      Ops.push_back(ValueEntry(getRank(RHS), RHS));
+      
+      // Clear the leaves out.
+      I->setOperand(0, UndefValue::get(I->getType()));
+      I->setOperand(1, UndefValue::get(I->getType()));
+      return;
+    }
+    
+    // Turn X+(Y+Z) -> (Y+Z)+X
+    std::swap(LHSBO, RHSBO);
     std::swap(LHS, RHS);
-    std::swap(LHSRank, RHSRank);
-    Changed = true;
-    ++NumSwapped;
-    DEBUG(std::cerr << "Transposed: " << *I
-          /* << " Result BB: " << I->getParent()*/);
+    bool Success = !I->swapOperands();
+    assert(Success && "swapOperands failed");
+    Success = false;
+    MadeChange = true;
+  } else if (RHSBO) {
+    // Turn (A+B)+(C+D) -> (((A+B)+C)+D).  This guarantees the the RHS is not
+    // part of the expression tree.
+    LinearizeExpr(I);
+    LHS = LHSBO = cast<BinaryOperator>(I->getOperand(0));
+    RHS = I->getOperand(1);
+    RHSBO = 0;
   }
 
-  // If the LHS is the same operator as the current one is, and if we are the
-  // only expression using it...
-  //
-  if (BinaryOperator *LHSI = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS))
-    if (LHSI->getOpcode() == I->getOpcode() && LHSI->hasOneUse()) {
-      // If the rank of our current RHS is less than the rank of the LHS's LHS,
-      // then we reassociate the two instructions...
-
-      unsigned TakeOp = 0;
-      if (BinaryOperator *IOp = dyn_cast<BinaryOperator>(LHSI->getOperand(0)))
-        if (IOp->getOpcode() == LHSI->getOpcode())
-          TakeOp = 1;   // Hoist out non-tree portion
-
-      if (RHSRank < getRank(LHSI->getOperand(TakeOp))) {
-        // Convert ((a + 12) + 10) into (a + (12 + 10))
-        I->setOperand(0, LHSI->getOperand(TakeOp));
-        LHSI->setOperand(TakeOp, RHS);
-        I->setOperand(1, LHSI);
-
-        // Move the LHS expression forward, to ensure that it is dominated by
-        // its operands.
-        LHSI->getParent()->getInstList().remove(LHSI);
-        I->getParent()->getInstList().insert(I, LHSI);
-
-        ++NumChanged;
-        DEBUG(std::cerr << "Reassociated: " << *I/* << " Result BB: "
-                                                   << I->getParent()*/);
-
-        // Since we modified the RHS instruction, make sure that we recheck it.
-        ReassociateExpr(LHSI);
-        ReassociateExpr(I);
-        return true;
-      }
+  // Okay, now we know that the LHS is a nested expression and that the RHS is
+  // not.  Perform reassociation.
+  assert(!isReassociableOp(RHS, Opcode) && "LinearizeExpr failed!");
+
+  // Move LHS right before I to make sure that the tree expression dominates all
+  // values.
+  LHSBO->moveBefore(I);
+
+  // Linearize the expression tree on the LHS.
+  LinearizeExprTree(LHSBO, Ops);
+
+  // Remember the RHS operand and its rank.
+  Ops.push_back(ValueEntry(getRank(RHS), RHS));
+  
+  // Clear the RHS leaf out.
+  I->setOperand(1, UndefValue::get(I->getType()));
+}
+
+// RewriteExprTree - Now that the operands for this expression tree are
+// linearized and optimized, emit them in-order.  This function is written to be
+// tail recursive.
+void Reassociate::RewriteExprTree(BinaryOperator *I,
+                                  SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops,
+                                  unsigned i) {
+  if (i+2 == Ops.size()) {
+    if (I->getOperand(0) != Ops[i].Op ||
+        I->getOperand(1) != Ops[i+1].Op) {
+      Value *OldLHS = I->getOperand(0);
+      DEBUG(errs() << "RA: " << *I << '\n');
+      I->setOperand(0, Ops[i].Op);
+      I->setOperand(1, Ops[i+1].Op);
+      DEBUG(errs() << "TO: " << *I << '\n');
+      MadeChange = true;
+      ++NumChanged;
+      
+      // If we reassociated a tree to fewer operands (e.g. (1+a+2) -> (a+3)
+      // delete the extra, now dead, nodes.
+      RemoveDeadBinaryOp(OldLHS);
     }
+    return;
+  }
+  assert(i+2 < Ops.size() && "Ops index out of range!");
 
-  return Changed;
+  if (I->getOperand(1) != Ops[i].Op) {
+    DEBUG(errs() << "RA: " << *I << '\n');
+    I->setOperand(1, Ops[i].Op);
+    DEBUG(errs() << "TO: " << *I << '\n');
+    MadeChange = true;
+    ++NumChanged;
+  }
+  
+  BinaryOperator *LHS = cast<BinaryOperator>(I->getOperand(0));
+  assert(LHS->getOpcode() == I->getOpcode() &&
+         "Improper expression tree!");
+  
+  // Compactify the tree instructions together with each other to guarantee
+  // that the expression tree is dominated by all of Ops.
+  LHS->moveBefore(I);
+  RewriteExprTree(LHS, Ops, i+1);
 }
 
 
+
 // NegateValue - Insert instructions before the instruction pointed to by BI,
 // that computes the negative version of the value specified.  The negative
 // version of the value is returned, and BI is left pointing at the instruction
 // that should be processed next by the reassociation pass.
 //
 static Value *NegateValue(Value *V, Instruction *BI) {
+  if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
+    return ConstantExpr::getNeg(C);
+  
   // We are trying to expose opportunity for reassociation.  One of the things
   // that we want to do to achieve this is to push a negation as deep into an
   // expression chain as possible, to expose the add instructions.  In practice,
@@ -179,149 +386,639 @@ static Value *NegateValue(Value *V, Instruction *BI) {
   //   X = -(A+12+C+D)   into    X = -A + -12 + -C + -D = -12 + -A + -C + -D
   // so that later, a: Y = 12+X could get reassociated with the -12 to eliminate
   // the constants.  We assume that instcombine will clean up the mess later if
-  // we introduce tons of unnecessary negation instructions...
+  // we introduce tons of unnecessary negation instructions.
   //
   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
     if (I->getOpcode() == Instruction::Add && I->hasOneUse()) {
-      Value *RHS = NegateValue(I->getOperand(1), BI);
-      Value *LHS = NegateValue(I->getOperand(0), BI);
+      // Push the negates through the add.
+      I->setOperand(0, NegateValue(I->getOperand(0), BI));
+      I->setOperand(1, NegateValue(I->getOperand(1), BI));
 
-      // We must actually insert a new add instruction here, because the neg
-      // instructions do not dominate the old add instruction in general.  By
-      // adding it now, we are assured that the neg instructions we just
-      // inserted dominate the instruction we are about to insert after them.
+      // We must move the add instruction here, because the neg instructions do
+      // not dominate the old add instruction in general.  By moving it, we are
+      // assured that the neg instructions we just inserted dominate the 
+      // instruction we are about to insert after them.
       //
-      return BinaryOperator::create(Instruction::Add, LHS, RHS,
-                                    I->getName()+".neg", BI);
+      I->moveBefore(BI);
+      I->setName(I->getName()+".neg");
+      return I;
     }
+  
+  // Okay, we need to materialize a negated version of V with an instruction.
+  // Scan the use lists of V to see if we have one already.
+  for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;++UI){
+    if (!BinaryOperator::isNeg(*UI)) continue;
+
+    // We found one!  Now we have to make sure that the definition dominates
+    // this use.  We do this by moving it to the entry block (if it is a
+    // non-instruction value) or right after the definition.  These negates will
+    // be zapped by reassociate later, so we don't need much finesse here.
+    BinaryOperator *TheNeg = cast<BinaryOperator>(*UI);
+
+    // Verify that the negate is in this function, V might be a constant expr.
+    if (TheNeg->getParent()->getParent() != BI->getParent()->getParent())
+      continue;
+    
+    BasicBlock::iterator InsertPt;
+    if (Instruction *InstInput = dyn_cast<Instruction>(V)) {
+      if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InstInput)) {
+        InsertPt = II->getNormalDest()->begin();
+      } else {
+        InsertPt = InstInput;
+        ++InsertPt;
+      }
+      while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
+    } else {
+      InsertPt = TheNeg->getParent()->getParent()->getEntryBlock().begin();
+    }
+    TheNeg->moveBefore(InsertPt);
+    return TheNeg;
+  }
 
   // Insert a 'neg' instruction that subtracts the value from zero to get the
   // negation.
-  //
-  return BinaryOperator::createNeg(V, V->getName() + ".neg", BI);
+  return BinaryOperator::CreateNeg(V, V->getName() + ".neg", BI);
 }
 
-/// isReassociableOp - Return true if V is an instruction of the specified
-/// opcode and if it only has one use.
-static bool isReassociableOp(Value *V, unsigned Opcode) {
-  return V->hasOneUse() && isa<Instruction>(V) &&
-         cast<Instruction>(V)->getOpcode() == Opcode;
+/// ShouldBreakUpSubtract - Return true if we should break up this subtract of
+/// X-Y into (X + -Y).
+static bool ShouldBreakUpSubtract(Instruction *Sub) {
+  // If this is a negation, we can't split it up!
+  if (BinaryOperator::isNeg(Sub))
+    return false;
+  
+  // Don't bother to break this up unless either the LHS is an associable add or
+  // subtract or if this is only used by one.
+  if (isReassociableOp(Sub->getOperand(0), Instruction::Add) ||
+      isReassociableOp(Sub->getOperand(0), Instruction::Sub))
+    return true;
+  if (isReassociableOp(Sub->getOperand(1), Instruction::Add) ||
+      isReassociableOp(Sub->getOperand(1), Instruction::Sub))
+    return true;
+  if (Sub->hasOneUse() && 
+      (isReassociableOp(Sub->use_back(), Instruction::Add) ||
+       isReassociableOp(Sub->use_back(), Instruction::Sub)))
+    return true;
+    
+  return false;
 }
 
 /// BreakUpSubtract - If we have (X-Y), and if either X is an add, or if this is
 /// only used by an add, transform this into (X+(0-Y)) to promote better
 /// reassociation.
-static Instruction *BreakUpSubtract(Instruction *Sub) {
-  // Reject cases where it is pointless to do this.
-  if (Sub->getType()->isFloatingPoint())
-    return 0;  // Floating point adds are not associative.
-
-  // Don't bother to break this up unless either the LHS is an associable add or
-  // if this is only used by one.
-  if (!isReassociableOp(Sub->getOperand(0), Instruction::Add) &&
-      !isReassociableOp(Sub->getOperand(1), Instruction::Add) &&
-      !(Sub->hasOneUse() &&isReassociableOp(Sub->use_back(), Instruction::Add)))
-    return 0;
-
-  // Convert a subtract into an add and a neg instruction... so that sub
-  // instructions can be commuted with other add instructions...
+static Instruction *BreakUpSubtract(Instruction *Sub,
+                              DenseMap<AssertingVH<>, unsigned> &ValueRankMap) {
+  // Convert a subtract into an add and a neg instruction. This allows sub
+  // instructions to be commuted with other add instructions.
   //
-  // Calculate the negative value of Operand 1 of the sub instruction...
-  // and set it as the RHS of the add instruction we just made...
+  // Calculate the negative value of Operand 1 of the sub instruction,
+  // and set it as the RHS of the add instruction we just made.
   //
-  std::string Name = Sub->getName();
-  Sub->setName("");
   Value *NegVal = NegateValue(Sub->getOperand(1), Sub);
   Instruction *New =
-    BinaryOperator::createAdd(Sub->getOperand(0), NegVal, Name, Sub);
+    BinaryOperator::CreateAdd(Sub->getOperand(0), NegVal, "", Sub);
+  New->takeName(Sub);
 
   // Everyone now refers to the add instruction.
+  ValueRankMap.erase(Sub);
   Sub->replaceAllUsesWith(New);
   Sub->eraseFromParent();
-  
-  DEBUG(std::cerr << "Negated: " << *New);
+
+  DEBUG(errs() << "Negated: " << *New << '\n');
   return New;
 }
 
 /// ConvertShiftToMul - If this is a shift of a reassociable multiply or is used
 /// by one, change this into a multiply by a constant to assist with further
 /// reassociation.
-static Instruction *ConvertShiftToMul(Instruction *Shl) {
-  if (!isReassociableOp(Shl->getOperand(0), Instruction::Mul) &&
-      !(Shl->hasOneUse() && isReassociableOp(Shl->use_back(),Instruction::Mul)))
+static Instruction *ConvertShiftToMul(Instruction *Shl, 
+                              DenseMap<AssertingVH<>, unsigned> &ValueRankMap) {
+  // If an operand of this shift is a reassociable multiply, or if the shift
+  // is used by a reassociable multiply or add, turn into a multiply.
+  if (isReassociableOp(Shl->getOperand(0), Instruction::Mul) ||
+      (Shl->hasOneUse() && 
+       (isReassociableOp(Shl->use_back(), Instruction::Mul) ||
+        isReassociableOp(Shl->use_back(), Instruction::Add)))) {
+    Constant *MulCst = ConstantInt::get(Shl->getType(), 1);
+    MulCst = ConstantExpr::getShl(MulCst, cast<Constant>(Shl->getOperand(1)));
+    
+    Instruction *Mul =
+      BinaryOperator::CreateMul(Shl->getOperand(0), MulCst, "", Shl);
+    ValueRankMap.erase(Shl);
+    Mul->takeName(Shl);
+    Shl->replaceAllUsesWith(Mul);
+    Shl->eraseFromParent();
+    return Mul;
+  }
+  return 0;
+}
+
+// Scan backwards and forwards among values with the same rank as element i to
+// see if X exists.  If X does not exist, return i.  This is useful when
+// scanning for 'x' when we see '-x' because they both get the same rank.
+static unsigned FindInOperandList(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops, unsigned i,
+                                  Value *X) {
+  unsigned XRank = Ops[i].Rank;
+  unsigned e = Ops.size();
+  for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j].Rank == XRank; ++j)
+    if (Ops[j].Op == X)
+      return j;
+  // Scan backwards.
+  for (unsigned j = i-1; j != ~0U && Ops[j].Rank == XRank; --j)
+    if (Ops[j].Op == X)
+      return j;
+  return i;
+}
+
+/// EmitAddTreeOfValues - Emit a tree of add instructions, summing Ops together
+/// and returning the result.  Insert the tree before I.
+static Value *EmitAddTreeOfValues(Instruction *I, SmallVectorImpl<Value*> &Ops){
+  if (Ops.size() == 1) return Ops.back();
+  
+  Value *V1 = Ops.back();
+  Ops.pop_back();
+  Value *V2 = EmitAddTreeOfValues(I, Ops);
+  return BinaryOperator::CreateAdd(V2, V1, "tmp", I);
+}
+
+/// RemoveFactorFromExpression - If V is an expression tree that is a 
+/// multiplication sequence, and if this sequence contains a multiply by Factor,
+/// remove Factor from the tree and return the new tree.
+Value *Reassociate::RemoveFactorFromExpression(Value *V, Value *Factor) {
+  BinaryOperator *BO = isReassociableOp(V, Instruction::Mul);
+  if (!BO) return 0;
+  
+  SmallVector<ValueEntry, 8> Factors;
+  LinearizeExprTree(BO, Factors);
+
+  bool FoundFactor = false;
+  bool NeedsNegate = false;
+  for (unsigned i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i) {
+    if (Factors[i].Op == Factor) {
+      FoundFactor = true;
+      Factors.erase(Factors.begin()+i);
+      break;
+    }
+    
+    // If this is a negative version of this factor, remove it.
+    if (ConstantInt *FC1 = dyn_cast<ConstantInt>(Factor))
+      if (ConstantInt *FC2 = dyn_cast<ConstantInt>(Factors[i].Op))
+        if (FC1->getValue() == -FC2->getValue()) {
+          FoundFactor = NeedsNegate = true;
+          Factors.erase(Factors.begin()+i);
+          break;
+        }
+  }
+  
+  if (!FoundFactor) {
+    // Make sure to restore the operands to the expression tree.
+    RewriteExprTree(BO, Factors);
     return 0;
+  }
+  
+  BasicBlock::iterator InsertPt = BO; ++InsertPt;
+  
+  // If this was just a single multiply, remove the multiply and return the only
+  // remaining operand.
+  if (Factors.size() == 1) {
+    ValueRankMap.erase(BO);
+    BO->eraseFromParent();
+    V = Factors[0].Op;
+  } else {
+    RewriteExprTree(BO, Factors);
+    V = BO;
+  }
+  
+  if (NeedsNegate)
+    V = BinaryOperator::CreateNeg(V, "neg", InsertPt);
+  
+  return V;
+}
 
-  Constant *MulCst = ConstantInt::get(Shl->getType(), 1);
-  MulCst = ConstantExpr::getShl(MulCst, cast<Constant>(Shl->getOperand(1)));
+/// FindSingleUseMultiplyFactors - If V is a single-use multiply, recursively
+/// add its operands as factors, otherwise add V to the list of factors.
+static void FindSingleUseMultiplyFactors(Value *V,
+                                         SmallVectorImpl<Value*> &Factors) {
+  BinaryOperator *BO;
+  if ((!V->hasOneUse() && !V->use_empty()) ||
+      !(BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V)) ||
+      BO->getOpcode() != Instruction::Mul) {
+    Factors.push_back(V);
+    return;
+  }
+  
+  // Otherwise, add the LHS and RHS to the list of factors.
+  FindSingleUseMultiplyFactors(BO->getOperand(1), Factors);
+  FindSingleUseMultiplyFactors(BO->getOperand(0), Factors);
+}
 
-  std::string Name = Shl->getName();  Shl->setName("");
-  Instruction *Mul = BinaryOperator::createMul(Shl->getOperand(0), MulCst,
-                                               Name, Shl);
-  Shl->replaceAllUsesWith(Mul);
-  Shl->eraseFromParent();
-  return Mul;
+/// OptimizeAndOrXor - Optimize a series of operands to an 'and', 'or', or 'xor'
+/// instruction.  This optimizes based on identities.  If it can be reduced to
+/// a single Value, it is returned, otherwise the Ops list is mutated as
+/// necessary.
+static Value *OptimizeAndOrXor(unsigned Opcode,
+                               SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
+  // Scan the operand lists looking for X and ~X pairs, along with X,X pairs.
+  // If we find any, we can simplify the expression. X&~X == 0, X|~X == -1.
+  for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
+    // First, check for X and ~X in the operand list.
+    assert(i < Ops.size());
+    if (BinaryOperator::isNot(Ops[i].Op)) {    // Cannot occur for ^.
+      Value *X = BinaryOperator::getNotArgument(Ops[i].Op);
+      unsigned FoundX = FindInOperandList(Ops, i, X);
+      if (FoundX != i) {
+        if (Opcode == Instruction::And)   // ...&X&~X = 0
+          return Constant::getNullValue(X->getType());
+        
+        if (Opcode == Instruction::Or)    // ...|X|~X = -1
+          return Constant::getAllOnesValue(X->getType());
+      }
+    }
+    
+    // Next, check for duplicate pairs of values, which we assume are next to
+    // each other, due to our sorting criteria.
+    assert(i < Ops.size());
+    if (i+1 != Ops.size() && Ops[i+1].Op == Ops[i].Op) {
+      if (Opcode == Instruction::And || Opcode == Instruction::Or) {
+        // Drop duplicate values for And and Or.
+        Ops.erase(Ops.begin()+i);
+        --i; --e;
+        ++NumAnnihil;
+        continue;
+      }
+      
+      // Drop pairs of values for Xor.
+      assert(Opcode == Instruction::Xor);
+      if (e == 2)
+        return Constant::getNullValue(Ops[0].Op->getType());
+      
+      // Y ^ X^X -> Y
+      Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
+      i -= 1; e -= 2;
+      ++NumAnnihil;
+    }
+  }
+  return 0;
+}
+
+/// OptimizeAdd - Optimize a series of operands to an 'add' instruction.  This
+/// optimizes based on identities.  If it can be reduced to a single Value, it
+/// is returned, otherwise the Ops list is mutated as necessary.
+Value *Reassociate::OptimizeAdd(Instruction *I,
+                                SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
+  // Scan the operand lists looking for X and -X pairs.  If we find any, we
+  // can simplify the expression. X+-X == 0.  While we're at it, scan for any
+  // duplicates.  We want to canonicalize Y+Y+Y+Z -> 3*Y+Z.
+  //
+  // TODO: We could handle "X + ~X" -> "-1" if we wanted, since "-X = ~X+1".
+  //
+  for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
+    Value *TheOp = Ops[i].Op;
+    // Check to see if we've seen this operand before.  If so, we factor all
+    // instances of the operand together.  Due to our sorting criteria, we know
+    // that these need to be next to each other in the vector.
+    if (i+1 != Ops.size() && Ops[i+1].Op == TheOp) {
+      // Rescan the list, remove all instances of this operand from the expr.
+      unsigned NumFound = 0;
+      do {
+        Ops.erase(Ops.begin()+i);
+        ++NumFound;
+      } while (i != Ops.size() && Ops[i].Op == TheOp);
+      
+      DEBUG(errs() << "\nFACTORING [" << NumFound << "]: " << *TheOp << '\n');
+      ++NumFactor;
+      
+      // Insert a new multiply.
+      Value *Mul = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(I->getType()), NumFound);
+      Mul = BinaryOperator::CreateMul(TheOp, Mul, "factor", I);
+      
+      // Now that we have inserted a multiply, optimize it. This allows us to
+      // handle cases that require multiple factoring steps, such as this:
+      // (X*2) + (X*2) + (X*2) -> (X*2)*3 -> X*6
+      Mul = ReassociateExpression(cast<BinaryOperator>(Mul));
+      
+      // If every add operand was a duplicate, return the multiply.
+      if (Ops.empty())
+        return Mul;
+      
+      // Otherwise, we had some input that didn't have the dupe, such as
+      // "A + A + B" -> "A*2 + B".  Add the new multiply to the list of
+      // things being added by this operation.
+      Ops.insert(Ops.begin(), ValueEntry(getRank(Mul), Mul));
+      
+      --i;
+      e = Ops.size();
+      continue;
+    }
+    
+    // Check for X and -X in the operand list.
+    if (!BinaryOperator::isNeg(TheOp))
+      continue;
+    
+    Value *X = BinaryOperator::getNegArgument(TheOp);
+    unsigned FoundX = FindInOperandList(Ops, i, X);
+    if (FoundX == i)
+      continue;
+    
+    // Remove X and -X from the operand list.
+    if (Ops.size() == 2)
+      return Constant::getNullValue(X->getType());
+    
+    Ops.erase(Ops.begin()+i);
+    if (i < FoundX)
+      --FoundX;
+    else
+      --i;   // Need to back up an extra one.
+    Ops.erase(Ops.begin()+FoundX);
+    ++NumAnnihil;
+    --i;     // Revisit element.
+    e -= 2;  // Removed two elements.
+  }
+  
+  // Scan the operand list, checking to see if there are any common factors
+  // between operands.  Consider something like A*A+A*B*C+D.  We would like to
+  // reassociate this to A*(A+B*C)+D, which reduces the number of multiplies.
+  // To efficiently find this, we count the number of times a factor occurs
+  // for any ADD operands that are MULs.
+  DenseMap<Value*, unsigned> FactorOccurrences;
+  
+  // Keep track of each multiply we see, to avoid triggering on (X*4)+(X*4)
+  // where they are actually the same multiply.
+  unsigned MaxOcc = 0;
+  Value *MaxOccVal = 0;
+  for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
+    BinaryOperator *BOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Ops[i].Op);
+    if (BOp == 0 || BOp->getOpcode() != Instruction::Mul || !BOp->use_empty())
+      continue;
+    
+    // Compute all of the factors of this added value.
+    SmallVector<Value*, 8> Factors;
+    FindSingleUseMultiplyFactors(BOp, Factors);
+    assert(Factors.size() > 1 && "Bad linearize!");
+    
+    // Add one to FactorOccurrences for each unique factor in this op.
+    SmallPtrSet<Value*, 8> Duplicates;
+    for (unsigned i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i) {
+      Value *Factor = Factors[i];
+      if (!Duplicates.insert(Factor)) continue;
+      
+      unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
+      if (Occ > MaxOcc) { MaxOcc = Occ; MaxOccVal = Factor; }
+      
+      // If Factor is a negative constant, add the negated value as a factor
+      // because we can percolate the negate out.  Watch for minint, which
+      // cannot be positivified.
+      if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Factor))
+        if (CI->getValue().isNegative() && !CI->getValue().isMinSignedValue()) {
+          Factor = ConstantInt::get(CI->getContext(), -CI->getValue());
+          assert(!Duplicates.count(Factor) &&
+                 "Shouldn't have two constant factors, missed a canonicalize");
+          
+          unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
+          if (Occ > MaxOcc) { MaxOcc = Occ; MaxOccVal = Factor; }
+        }
+    }
+  }
+  
+  // If any factor occurred more than one time, we can pull it out.
+  if (MaxOcc > 1) {
+    DEBUG(errs() << "\nFACTORING [" << MaxOcc << "]: " << *MaxOccVal << '\n');
+    ++NumFactor;
+
+    // Create a new instruction that uses the MaxOccVal twice.  If we don't do
+    // this, we could otherwise run into situations where removing a factor
+    // from an expression will drop a use of maxocc, and this can cause 
+    // RemoveFactorFromExpression on successive values to behave differently.
+    Instruction *DummyInst = BinaryOperator::CreateAdd(MaxOccVal, MaxOccVal);
+    SmallVector<Value*, 4> NewMulOps;
+    for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
+      if (Value *V = RemoveFactorFromExpression(Ops[i].Op, MaxOccVal)) {
+        NewMulOps.push_back(V);
+        Ops.erase(Ops.begin()+i);
+        --i; --e;
+      }
+    }
+    
+    // No need for extra uses anymore.
+    delete DummyInst;
+    
+    unsigned NumAddedValues = NewMulOps.size();
+    Value *V = EmitAddTreeOfValues(I, NewMulOps);
+    
+    // Now that we have inserted the add tree, optimize it. This allows us to
+    // handle cases that require multiple factoring steps, such as this:
+    // A*A*B + A*A*C   -->   A*(A*B+A*C)   -->   A*(A*(B+C))
+    assert(NumAddedValues > 1 && "Each occurrence should contribute a value");
+    V = ReassociateExpression(cast<BinaryOperator>(V));
+
+    // Create the multiply.
+    Value *V2 = BinaryOperator::CreateMul(V, MaxOccVal, "tmp", I);
+
+    // Rerun associate on the multiply in case the inner expression turned into
+    // a multiply.  We want to make sure that we keep things in canonical form.
+    V2 = ReassociateExpression(cast<BinaryOperator>(V2));
+    
+    // If every add operand included the factor (e.g. "A*B + A*C"), then the
+    // entire result expression is just the multiply "A*(B+C)".
+    if (Ops.empty())
+      return V2;
+    
+    // Otherwise, we had some input that didn't have the factor, such as
+    // "A*B + A*C + D" -> "A*(B+C) + D".  Add the new multiply to the list of
+    // things being added by this operation.
+    Ops.insert(Ops.begin(), ValueEntry(getRank(V2), V2));
+  }
+  
+  return 0;
+}
+
+Value *Reassociate::OptimizeExpression(BinaryOperator *I,
+                                       SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
+  // Now that we have the linearized expression tree, try to optimize it.
+  // Start by folding any constants that we found.
+  bool IterateOptimization = false;
+  if (Ops.size() == 1) return Ops[0].Op;
+
+  unsigned Opcode = I->getOpcode();
+  
+  if (Constant *V1 = dyn_cast<Constant>(Ops[Ops.size()-2].Op))
+    if (Constant *V2 = dyn_cast<Constant>(Ops.back().Op)) {
+      Ops.pop_back();
+      Ops.back().Op = ConstantExpr::get(Opcode, V1, V2);
+      return OptimizeExpression(I, Ops);
+    }
+
+  // Check for destructive annihilation due to a constant being used.
+  if (ConstantInt *CstVal = dyn_cast<ConstantInt>(Ops.back().Op))
+    switch (Opcode) {
+    default: break;
+    case Instruction::And:
+      if (CstVal->isZero())                  // X & 0 -> 0
+        return CstVal;
+      if (CstVal->isAllOnesValue())          // X & -1 -> X
+        Ops.pop_back();
+      break;
+    case Instruction::Mul:
+      if (CstVal->isZero()) {                // X * 0 -> 0
+        ++NumAnnihil;
+        return CstVal;
+      }
+        
+      if (cast<ConstantInt>(CstVal)->isOne())
+        Ops.pop_back();                      // X * 1 -> X
+      break;
+    case Instruction::Or:
+      if (CstVal->isAllOnesValue())          // X | -1 -> -1
+        return CstVal;
+      // FALLTHROUGH!
+    case Instruction::Add:
+    case Instruction::Xor:
+      if (CstVal->isZero())                  // X [|^+] 0 -> X
+        Ops.pop_back();
+      break;
+    }
+  if (Ops.size() == 1) return Ops[0].Op;
+
+  // Handle destructive annihilation due to identities between elements in the
+  // argument list here.
+  switch (Opcode) {
+  default: break;
+  case Instruction::And:
+  case Instruction::Or:
+  case Instruction::Xor: {
+    unsigned NumOps = Ops.size();
+    if (Value *Result = OptimizeAndOrXor(Opcode, Ops))
+      return Result;
+    IterateOptimization |= Ops.size() != NumOps;
+    break;
+  }
+
+  case Instruction::Add: {
+    unsigned NumOps = Ops.size();
+    if (Value *Result = OptimizeAdd(I, Ops))
+      return Result;
+    IterateOptimization |= Ops.size() != NumOps;
+  }
+
+    break;
+  //case Instruction::Mul:
+  }
+
+  if (IterateOptimization)
+    return OptimizeExpression(I, Ops);
+  return 0;
 }
 
 
 /// ReassociateBB - Inspect all of the instructions in this basic block,
 /// reassociating them as we go.
-bool Reassociate::ReassociateBB(BasicBlock *BB) {
-  bool Changed = false;
-  for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(); BI != BB->end(); ++BI) {
-    // If this is a subtract instruction which is not already in negate form,
-    // see if we can convert it to X+-Y.
-    if (BI->getOpcode() == Instruction::Sub && !BinaryOperator::isNeg(BI))
-      if (Instruction *NI = BreakUpSubtract(BI)) {
-        Changed = true;
-        BI = NI;
-      }
+void Reassociate::ReassociateBB(BasicBlock *BB) {
+  for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); BBI != BB->end(); ) {
+    Instruction *BI = BBI++;
     if (BI->getOpcode() == Instruction::Shl &&
         isa<ConstantInt>(BI->getOperand(1)))
-      if (Instruction *NI = ConvertShiftToMul(BI)) {
-        Changed = true;
+      if (Instruction *NI = ConvertShiftToMul(BI, ValueRankMap)) {
+        MadeChange = true;
         BI = NI;
       }
 
-    // If this instruction is a commutative binary operator, and the ranks of
-    // the two operands are sorted incorrectly, fix it now.
-    //
-    if (BI->isAssociative()) {
-      DEBUG(std::cerr << "Reassociating: " << *BI);
-      BinaryOperator *I = cast<BinaryOperator>(BI);
-      if (!I->use_empty()) {
-        // Make sure that we don't have a tree-shaped computation.  If we do,
-        // linearize it.  Convert (A+B)+(C+D) into ((A+B)+C)+D
-        //
-        Instruction *LHSI = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
-        Instruction *RHSI = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(1));
-        if (LHSI && (int)LHSI->getOpcode() == I->getOpcode() &&
-            RHSI && (int)RHSI->getOpcode() == I->getOpcode() &&
-            RHSI->hasOneUse()) {
-          // Insert a new temporary instruction... (A+B)+C
-          BinaryOperator *Tmp = BinaryOperator::create(I->getOpcode(), LHSI,
-                                                       RHSI->getOperand(0),
-                                                       RHSI->getName()+".ra",
-                                                       BI);
-          BI = Tmp;
-          I->setOperand(0, Tmp);
-          I->setOperand(1, RHSI->getOperand(1));
-
-          // Process the temporary instruction for reassociation now.
-          I = Tmp;
-          ++NumLinear;
-          Changed = true;
-          DEBUG(std::cerr << "Linearized: " << *I/* << " Result BB: " << BB*/);
-        }
+    // Reject cases where it is pointless to do this.
+    if (!isa<BinaryOperator>(BI) || BI->getType()->isFloatingPoint() || 
+        isa<VectorType>(BI->getType()))
+      continue;  // Floating point ops are not associative.
 
-        // Make sure that this expression is correctly reassociated with respect
-        // to it's used values...
-        //
-        Changed |= ReassociateExpr(I);
+    // If this is a subtract instruction which is not already in negate form,
+    // see if we can convert it to X+-Y.
+    if (BI->getOpcode() == Instruction::Sub) {
+      if (ShouldBreakUpSubtract(BI)) {
+        BI = BreakUpSubtract(BI, ValueRankMap);
+        MadeChange = true;
+      } else if (BinaryOperator::isNeg(BI)) {
+        // Otherwise, this is a negation.  See if the operand is a multiply tree
+        // and if this is not an inner node of a multiply tree.
+        if (isReassociableOp(BI->getOperand(1), Instruction::Mul) &&
+            (!BI->hasOneUse() ||
+             !isReassociableOp(BI->use_back(), Instruction::Mul))) {
+          BI = LowerNegateToMultiply(BI, ValueRankMap);
+          MadeChange = true;
+        }
       }
     }
+
+    // If this instruction is a commutative binary operator, process it.
+    if (!BI->isAssociative()) continue;
+    BinaryOperator *I = cast<BinaryOperator>(BI);
+
+    // If this is an interior node of a reassociable tree, ignore it until we
+    // get to the root of the tree, to avoid N^2 analysis.
+    if (I->hasOneUse() && isReassociableOp(I->use_back(), I->getOpcode()))
+      continue;
+
+    // If this is an add tree that is used by a sub instruction, ignore it 
+    // until we process the subtract.
+    if (I->hasOneUse() && I->getOpcode() == Instruction::Add &&
+        cast<Instruction>(I->use_back())->getOpcode() == Instruction::Sub)
+      continue;
+
+    ReassociateExpression(I);
   }
+}
 
-  return Changed;
+Value *Reassociate::ReassociateExpression(BinaryOperator *I) {
+  
+  // First, walk the expression tree, linearizing the tree, collecting the
+  // operand information.
+  SmallVector<ValueEntry, 8> Ops;
+  LinearizeExprTree(I, Ops);
+  
+  DEBUG(errs() << "RAIn:\t"; PrintOps(I, Ops); errs() << '\n');
+  
+  // Now that we have linearized the tree to a list and have gathered all of
+  // the operands and their ranks, sort the operands by their rank.  Use a
+  // stable_sort so that values with equal ranks will have their relative
+  // positions maintained (and so the compiler is deterministic).  Note that
+  // this sorts so that the highest ranking values end up at the beginning of
+  // the vector.
+  std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end());
+  
+  // OptimizeExpression - Now that we have the expression tree in a convenient
+  // sorted form, optimize it globally if possible.
+  if (Value *V = OptimizeExpression(I, Ops)) {
+    // This expression tree simplified to something that isn't a tree,
+    // eliminate it.
+    DEBUG(errs() << "Reassoc to scalar: " << *V << '\n');
+    I->replaceAllUsesWith(V);
+    RemoveDeadBinaryOp(I);
+    ++NumAnnihil;
+    return V;
+  }
+  
+  // We want to sink immediates as deeply as possible except in the case where
+  // this is a multiply tree used only by an add, and the immediate is a -1.
+  // In this case we reassociate to put the negation on the outside so that we
+  // can fold the negation into the add: (-X)*Y + Z -> Z-X*Y
+  if (I->getOpcode() == Instruction::Mul && I->hasOneUse() &&
+      cast<Instruction>(I->use_back())->getOpcode() == Instruction::Add &&
+      isa<ConstantInt>(Ops.back().Op) &&
+      cast<ConstantInt>(Ops.back().Op)->isAllOnesValue()) {
+    ValueEntry Tmp = Ops.pop_back_val();
+    Ops.insert(Ops.begin(), Tmp);
+  }
+  
+  DEBUG(errs() << "RAOut:\t"; PrintOps(I, Ops); errs() << '\n');
+  
+  if (Ops.size() == 1) {
+    // This expression tree simplified to something that isn't a tree,
+    // eliminate it.
+    I->replaceAllUsesWith(Ops[0].Op);
+    RemoveDeadBinaryOp(I);
+    return Ops[0].Op;
+  }
+  
+  // Now that we ordered and optimized the expressions, splat them back into
+  // the expression tree, removing any unneeded nodes.
+  RewriteExprTree(I, Ops);
+  return I;
 }
 
 
@@ -329,13 +1026,13 @@ bool Reassociate::runOnFunction(Function &F) {
   // Recalculate the rank map for F
   BuildRankMap(F);
 
-  bool Changed = false;
+  MadeChange = false;
   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI)
-    Changed |= ReassociateBB(FI);
+    ReassociateBB(FI);
 
-  // We are done with the rank map...
+  // We are done with the rank map.
   RankMap.clear();
   ValueRankMap.clear();
-  return Changed;
+  return MadeChange;
 }