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[IR] redefine 'UnsafeAlgebra' / 'reassoc' fast-math-flags and add 'trans' fast-math...
[android-x86/external-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / Reassociate.cpp
index 695e733..1f32f9f 100644 (file)
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#define DEBUG_TYPE "reassociate"
-#include "llvm/Transforms/Scalar.h"
+#include "llvm/Transforms/Scalar/Reassociate.h"
+#include "llvm/ADT/APFloat.h"
+#include "llvm/ADT/APInt.h"
 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
-#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
+#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
+#include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
+#include "llvm/IR/Argument.h"
+#include "llvm/IR/BasicBlock.h"
 #include "llvm/IR/CFG.h"
+#include "llvm/IR/Constant.h"
 #include "llvm/IR/Constants.h"
-#include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
 #include "llvm/IR/Function.h"
 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
+#include "llvm/IR/InstrTypes.h"
+#include "llvm/IR/Instruction.h"
 #include "llvm/IR/Instructions.h"
-#include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
+#include "llvm/IR/Operator.h"
+#include "llvm/IR/PassManager.h"
+#include "llvm/IR/PatternMatch.h"
+#include "llvm/IR/Type.h"
+#include "llvm/IR/User.h"
+#include "llvm/IR/Value.h"
 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
 #include "llvm/Pass.h"
+#include "llvm/Support/Casting.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
+#include "llvm/Transforms/Scalar.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
 #include <algorithm>
+#include <cassert>
+#include <utility>
+
 using namespace llvm;
+using namespace reassociate;
+
+#define DEBUG_TYPE "reassociate"
 
 STATISTIC(NumChanged, "Number of insts reassociated");
 STATISTIC(NumAnnihil, "Number of expr tree annihilated");
 STATISTIC(NumFactor , "Number of multiplies factored");
 
-namespace {
-  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.
-///
+/// Print out the expression identified in the Ops list.
 static void PrintOps(Instruction *I, const SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
-  Module *M = I->getParent()->getParent()->getParent();
+  Module *M = I->getModule();
   dbgs() << Instruction::getOpcodeName(I->getOpcode()) << " "
        << *Ops[0].Op->getType() << '\t';
   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
@@ -72,129 +82,35 @@ static void PrintOps(Instruction *I, const SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
 }
 #endif
 
-namespace {
-  /// \brief Utility class representing a base and exponent pair which form one
-  /// factor of some product.
-  struct Factor {
-    Value *Base;
-    unsigned Power;
-
-    Factor(Value *Base, unsigned Power) : Base(Base), Power(Power) {}
-
-    /// \brief Sort factors by their Base.
-    struct BaseSorter {
-      bool operator()(const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
-        return LHS.Base < RHS.Base;
-      }
-    };
-
-    /// \brief Compare factors for equal bases.
-    struct BaseEqual {
-      bool operator()(const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
-        return LHS.Base == RHS.Base;
-      }
-    };
-
-    /// \brief Sort factors in descending order by their power.
-    struct PowerDescendingSorter {
-      bool operator()(const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
-        return LHS.Power > RHS.Power;
-      }
-    };
-
-    /// \brief Compare factors for equal powers.
-    struct PowerEqual {
-      bool operator()(const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
-        return LHS.Power == RHS.Power;
-      }
-    };
-  };
-  
-  /// Utility class representing a non-constant Xor-operand. We classify
-  /// non-constant Xor-Operands into two categories:
-  ///  C1) The operand is in the form "X & C", where C is a constant and C != ~0
-  ///  C2)
-  ///    C2.1) The operand is in the form of "X | C", where C is a non-zero
-  ///          constant.
-  ///    C2.2) Any operand E which doesn't fall into C1 and C2.1, we view this
-  ///          operand as "E | 0"
-  class XorOpnd {
-  public:
-    XorOpnd(Value *V);
-
-    bool isInvalid() const { return SymbolicPart == 0; }
-    bool isOrExpr() const { return isOr; }
-    Value *getValue() const { return OrigVal; }
-    Value *getSymbolicPart() const { return SymbolicPart; }
-    unsigned getSymbolicRank() const { return SymbolicRank; }
-    const APInt &getConstPart() const { return ConstPart; }
-
-    void Invalidate() { SymbolicPart = OrigVal = 0; }
-    void setSymbolicRank(unsigned R) { SymbolicRank = R; }
-
-    // Sort the XorOpnd-Pointer in ascending order of symbolic-value-rank.
-    // The purpose is twofold:
-    // 1) Cluster together the operands sharing the same symbolic-value.
-    // 2) Operand having smaller symbolic-value-rank is permuted earlier, which 
-    //   could potentially shorten crital path, and expose more loop-invariants.
-    //   Note that values' rank are basically defined in RPO order (FIXME). 
-    //   So, if Rank(X) < Rank(Y) < Rank(Z), it means X is defined earlier 
-    //   than Y which is defined earlier than Z. Permute "x | 1", "Y & 2",
-    //   "z" in the order of X-Y-Z is better than any other orders.
-    struct PtrSortFunctor {
-      bool operator()(XorOpnd * const &LHS, XorOpnd * const &RHS) {
-        return LHS->getSymbolicRank() < RHS->getSymbolicRank();
-      }
-    };
-  private:
-    Value *OrigVal;
-    Value *SymbolicPart;
-    APInt ConstPart;
-    unsigned SymbolicRank;
-    bool isOr;
-  };
-}
-
-namespace {
-  class Reassociate : public FunctionPass {
-    DenseMap<BasicBlock*, unsigned> RankMap;
-    DenseMap<AssertingVH<Value>, unsigned> ValueRankMap;
-    SetVector<AssertingVH<Instruction> > RedoInsts;
-    bool MadeChange;
-  public:
-    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
-    Reassociate() : FunctionPass(ID) {
-      initializeReassociatePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
-    }
-
-    bool runOnFunction(Function &F);
-
-    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
-      AU.setPreservesCFG();
-    }
-  private:
-    void BuildRankMap(Function &F);
-    unsigned getRank(Value *V);
-    void ReassociateExpression(BinaryOperator *I);
-    void RewriteExprTree(BinaryOperator *I, SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops);
-    Value *OptimizeExpression(BinaryOperator *I,
-                              SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops);
-    Value *OptimizeAdd(Instruction *I, SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops);
-    Value *OptimizeXor(Instruction *I, SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops);
-    bool CombineXorOpnd(Instruction *I, XorOpnd *Opnd1, APInt &ConstOpnd,
-                        Value *&Res);
-    bool CombineXorOpnd(Instruction *I, XorOpnd *Opnd1, XorOpnd *Opnd2,
-                        APInt &ConstOpnd, Value *&Res);
-    bool collectMultiplyFactors(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops,
-                                SmallVectorImpl<Factor> &Factors);
-    Value *buildMinimalMultiplyDAG(IRBuilder<> &Builder,
-                                   SmallVectorImpl<Factor> &Factors);
-    Value *OptimizeMul(BinaryOperator *I, SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops);
-    Value *RemoveFactorFromExpression(Value *V, Value *Factor);
-    void EraseInst(Instruction *I);
-    void OptimizeInst(Instruction *I);
-  };
-}
+/// Utility class representing a non-constant Xor-operand. We classify
+/// non-constant Xor-Operands into two categories:
+///  C1) The operand is in the form "X & C", where C is a constant and C != ~0
+///  C2)
+///    C2.1) The operand is in the form of "X | C", where C is a non-zero
+///          constant.
+///    C2.2) Any operand E which doesn't fall into C1 and C2.1, we view this
+///          operand as "E | 0"
+class llvm::reassociate::XorOpnd {
+public:
+  XorOpnd(Value *V);
+
+  bool isInvalid() const { return SymbolicPart == nullptr; }
+  bool isOrExpr() const { return isOr; }
+  Value *getValue() const { return OrigVal; }
+  Value *getSymbolicPart() const { return SymbolicPart; }
+  unsigned getSymbolicRank() const { return SymbolicRank; }
+  const APInt &getConstPart() const { return ConstPart; }
+
+  void Invalidate() { SymbolicPart = OrigVal = nullptr; }
+  void setSymbolicRank(unsigned R) { SymbolicRank = R; }
+
+private:
+  Value *OrigVal;
+  Value *SymbolicPart;
+  APInt ConstPart;
+  unsigned SymbolicRank;
+  bool isOr;
+};
 
 XorOpnd::XorOpnd(Value *V) {
   assert(!isa<ConstantInt>(V) && "No ConstantInt");
@@ -206,11 +122,12 @@ XorOpnd::XorOpnd(Value *V) {
             I->getOpcode() == Instruction::And)) {
     Value *V0 = I->getOperand(0);
     Value *V1 = I->getOperand(1);
-    if (isa<ConstantInt>(V0))
+    const APInt *C;
+    if (match(V0, PatternMatch::m_APInt(C)))
       std::swap(V0, V1);
 
-    if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V1)) {
-      ConstPart = C->getValue();
+    if (match(V1, PatternMatch::m_APInt(C))) {
+      ConstPart = *C;
       SymbolicPart = V0;
       isOr = (I->getOpcode() == Instruction::Or);
       return;
@@ -219,72 +136,57 @@ XorOpnd::XorOpnd(Value *V) {
 
   // view the operand as "V | 0"
   SymbolicPart = V;
-  ConstPart = APInt::getNullValue(V->getType()->getIntegerBitWidth());
+  ConstPart = APInt::getNullValue(V->getType()->getScalarSizeInBits());
   isOr = true;
 }
 
-char Reassociate::ID = 0;
-INITIALIZE_PASS(Reassociate, "reassociate",
-                "Reassociate expressions", false, false)
-
-// Public interface to the Reassociate pass
-FunctionPass *llvm::createReassociatePass() { return new Reassociate(); }
-
-/// isReassociableOp - Return true if V is an instruction of the specified
-/// opcode and if it only has one use.
+/// 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() && isa<Instruction>(V) &&
-      cast<Instruction>(V)->getOpcode() == Opcode)
+      cast<Instruction>(V)->getOpcode() == Opcode &&
+      (!isa<FPMathOperator>(V) || cast<Instruction>(V)->isFast()))
     return cast<BinaryOperator>(V);
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
 
-static bool isUnmovableInstruction(Instruction *I) {
-  switch (I->getOpcode()) {
-  case Instruction::PHI:
-  case Instruction::LandingPad:
-  case Instruction::Alloca:
-  case Instruction::Load:
-  case Instruction::Invoke:
-  case Instruction::UDiv:
-  case Instruction::SDiv:
-  case Instruction::FDiv:
-  case Instruction::URem:
-  case Instruction::SRem:
-  case Instruction::FRem:
-    return true;
-  case Instruction::Call:
-    return !isa<DbgInfoIntrinsic>(I);
-  default:
-    return false;
-  }
+static BinaryOperator *isReassociableOp(Value *V, unsigned Opcode1,
+                                        unsigned Opcode2) {
+  if (V->hasOneUse() && isa<Instruction>(V) &&
+      (cast<Instruction>(V)->getOpcode() == Opcode1 ||
+       cast<Instruction>(V)->getOpcode() == Opcode2) &&
+      (!isa<FPMathOperator>(V) || cast<Instruction>(V)->isFast()))
+    return cast<BinaryOperator>(V);
+  return nullptr;
 }
 
-void Reassociate::BuildRankMap(Function &F) {
-  unsigned i = 2;
+void ReassociatePass::BuildRankMap(Function &F,
+                                   ReversePostOrderTraversal<Function*> &RPOT) {
+  unsigned Rank = 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;
+  // Assign distinct ranks to function arguments.
+  for (auto &Arg : F.args()) {
+    ValueRankMap[&Arg] = ++Rank;
+    DEBUG(dbgs() << "Calculated Rank[" << Arg.getName() << "] = " << Rank
+                 << "\n");
+  }
 
-  ReversePostOrderTraversal<Function*> RPOT(&F);
-  for (ReversePostOrderTraversal<Function*>::rpo_iterator I = RPOT.begin(),
-         E = RPOT.end(); I != E; ++I) {
-    BasicBlock *BB = *I;
-    unsigned BBRank = RankMap[BB] = ++i << 16;
+  // Traverse basic blocks in ReversePostOrder
+  for (BasicBlock *BB : RPOT) {
+    unsigned BBRank = RankMap[BB] = ++Rank << 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;
+    for (Instruction &I : *BB)
+      if (mayBeMemoryDependent(I))
+        ValueRankMap[&I] = ++BBRank;
   }
 }
 
-unsigned Reassociate::getRank(Value *V) {
+unsigned ReassociatePass::getRank(Value *V) {
   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
-  if (I == 0) {
+  if (!I) {
     if (isa<Argument>(V)) return ValueRankMap[V];   // Function argument.
     return 0;  // Otherwise it's a global or constant, rank 0.
   }
@@ -303,32 +205,79 @@ unsigned Reassociate::getRank(Value *V) {
 
   // 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()->isIntegerTy() ||
-      (!BinaryOperator::isNot(I) && !BinaryOperator::isNeg(I)))
+  if  (!BinaryOperator::isNot(I) && !BinaryOperator::isNeg(I) &&
+       !BinaryOperator::isFNeg(I))
     ++Rank;
 
-  //DEBUG(dbgs() << "Calculated Rank[" << V->getName() << "] = "
-  //     << Rank << "\n");
+  DEBUG(dbgs() << "Calculated Rank[" << V->getName() << "] = " << Rank << "\n");
 
   return ValueRankMap[I] = Rank;
 }
 
-/// LowerNegateToMultiply - Replace 0-X with X*-1.
-///
+// Canonicalize constants to RHS.  Otherwise, sort the operands by rank.
+void ReassociatePass::canonicalizeOperands(Instruction *I) {
+  assert(isa<BinaryOperator>(I) && "Expected binary operator.");
+  assert(I->isCommutative() && "Expected commutative operator.");
+
+  Value *LHS = I->getOperand(0);
+  Value *RHS = I->getOperand(1);
+  if (LHS == RHS || isa<Constant>(RHS))
+    return;
+  if (isa<Constant>(LHS) || getRank(RHS) < getRank(LHS))
+    cast<BinaryOperator>(I)->swapOperands();
+}
+
+static BinaryOperator *CreateAdd(Value *S1, Value *S2, const Twine &Name,
+                                 Instruction *InsertBefore, Value *FlagsOp) {
+  if (S1->getType()->isIntOrIntVectorTy())
+    return BinaryOperator::CreateAdd(S1, S2, Name, InsertBefore);
+  else {
+    BinaryOperator *Res =
+        BinaryOperator::CreateFAdd(S1, S2, Name, InsertBefore);
+    Res->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(FlagsOp)->getFastMathFlags());
+    return Res;
+  }
+}
+
+static BinaryOperator *CreateMul(Value *S1, Value *S2, const Twine &Name,
+                                 Instruction *InsertBefore, Value *FlagsOp) {
+  if (S1->getType()->isIntOrIntVectorTy())
+    return BinaryOperator::CreateMul(S1, S2, Name, InsertBefore);
+  else {
+    BinaryOperator *Res =
+      BinaryOperator::CreateFMul(S1, S2, Name, InsertBefore);
+    Res->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(FlagsOp)->getFastMathFlags());
+    return Res;
+  }
+}
+
+static BinaryOperator *CreateNeg(Value *S1, const Twine &Name,
+                                 Instruction *InsertBefore, Value *FlagsOp) {
+  if (S1->getType()->isIntOrIntVectorTy())
+    return BinaryOperator::CreateNeg(S1, Name, InsertBefore);
+  else {
+    BinaryOperator *Res = BinaryOperator::CreateFNeg(S1, Name, InsertBefore);
+    Res->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(FlagsOp)->getFastMathFlags());
+    return Res;
+  }
+}
+
+/// Replace 0-X with X*-1.
 static BinaryOperator *LowerNegateToMultiply(Instruction *Neg) {
-  Constant *Cst = Constant::getAllOnesValue(Neg->getType());
+  Type *Ty = Neg->getType();
+  Constant *NegOne = Ty->isIntOrIntVectorTy() ?
+    ConstantInt::getAllOnesValue(Ty) : ConstantFP::get(Ty, -1.0);
 
-  BinaryOperator *Res =
-    BinaryOperator::CreateMul(Neg->getOperand(1), Cst, "",Neg);
-  Neg->setOperand(1, Constant::getNullValue(Neg->getType())); // Drop use of op.
+  BinaryOperator *Res = CreateMul(Neg->getOperand(1), NegOne, "", Neg, Neg);
+  Neg->setOperand(1, Constant::getNullValue(Ty)); // Drop use of op.
   Res->takeName(Neg);
   Neg->replaceAllUsesWith(Res);
   Res->setDebugLoc(Neg->getDebugLoc());
   return Res;
 }
 
-/// CarmichaelShift - Returns k such that lambda(2^Bitwidth) = 2^k, where lambda
-/// is the Carmichael function. This means that x^(2^k) === 1 mod 2^Bitwidth for
+/// Returns k such that lambda(2^Bitwidth) = 2^k, where lambda is the Carmichael
+/// function. This means that x^(2^k) === 1 mod 2^Bitwidth for
 /// every odd x, i.e. x^(2^k) = 1 for every odd x in Bitwidth-bit arithmetic.
 /// Note that 0 <= k < Bitwidth, and if Bitwidth > 3 then x^(2^k) = 0 for every
 /// even x in Bitwidth-bit arithmetic.
@@ -338,7 +287,7 @@ static unsigned CarmichaelShift(unsigned Bitwidth) {
   return Bitwidth - 2;
 }
 
-/// IncorporateWeight - Add the extra weight 'RHS' to the existing weight 'LHS',
+/// Add the extra weight 'RHS' to the existing weight 'LHS',
 /// reducing the combined weight using any special properties of the operation.
 /// The existing weight LHS represents the computation X op X op ... op X where
 /// X occurs LHS times.  The combined weight represents  X op X op ... op X with
@@ -376,13 +325,14 @@ static void IncorporateWeight(APInt &LHS, const APInt &RHS, unsigned Opcode) {
     LHS = 0; // 1 + 1 === 0 modulo 2.
     return;
   }
-  if (Opcode == Instruction::Add) {
+  if (Opcode == Instruction::Add || Opcode == Instruction::FAdd) {
     // TODO: Reduce the weight by exploiting nsw/nuw?
     LHS += RHS;
     return;
   }
 
-  assert(Opcode == Instruction::Mul && "Unknown associative operation!");
+  assert((Opcode == Instruction::Mul || Opcode == Instruction::FMul) &&
+         "Unknown associative operation!");
   unsigned Bitwidth = LHS.getBitWidth();
   // If CM is the Carmichael number then a weight W satisfying W >= CM+Bitwidth
   // can be replaced with W-CM.  That's because x^W=x^(W-CM) for every Bitwidth
@@ -417,9 +367,9 @@ static void IncorporateWeight(APInt &LHS, const APInt &RHS, unsigned Opcode) {
   }
 }
 
-typedef std::pair<Value*, APInt> RepeatedValue;
+using RepeatedValue = std::pair<Value*, APInt>;
 
-/// LinearizeExprTree - Given an associative binary expression, return the leaf
+/// Given an associative binary expression, return the leaf
 /// nodes in Ops along with their weights (how many times the leaf occurs).  The
 /// original expression is the same as
 ///   (Ops[0].first op Ops[0].first op ... Ops[0].first)  <- Ops[0].second times
@@ -492,14 +442,12 @@ typedef std::pair<Value*, APInt> RepeatedValue;
 /// that have all uses inside the expression (i.e. only used by non-leaf nodes
 /// of the expression) if it can turn them into binary operators of the right
 /// type and thus make the expression bigger.
-
 static bool LinearizeExprTree(BinaryOperator *I,
                               SmallVectorImpl<RepeatedValue> &Ops) {
   DEBUG(dbgs() << "LINEARIZE: " << *I << '\n');
   unsigned Bitwidth = I->getType()->getScalarType()->getPrimitiveSizeInBits();
   unsigned Opcode = I->getOpcode();
-  assert(Instruction::isAssociative(Opcode) &&
-         Instruction::isCommutative(Opcode) &&
+  assert(I->isAssociative() && I->isCommutative() &&
          "Expected an associative and commutative operation!");
 
   // Visit all operands of the expression, keeping track of their weight (the
@@ -514,7 +462,7 @@ static bool LinearizeExprTree(BinaryOperator *I,
   // ways to get to it.
   SmallVector<std::pair<BinaryOperator*, APInt>, 8> Worklist; // (Op, Weight)
   Worklist.push_back(std::make_pair(I, APInt(Bitwidth, 1)));
-  bool MadeChange = false;
+  bool Changed = false;
 
   // Leaves of the expression are values that either aren't the right kind of
   // operation (eg: a constant, or a multiply in an add tree), or are, but have
@@ -531,12 +479,12 @@ static bool LinearizeExprTree(BinaryOperator *I,
 
   // Leaves - Keeps track of the set of putative leaves as well as the number of
   // paths to each leaf seen so far.
-  typedef DenseMap<Value*, APInt> LeafMap;
+  using LeafMap = DenseMap<Value *, APInt>;
   LeafMap Leaves; // Leaf -> Total weight so far.
-  SmallVector<Value*, 8> LeafOrder; // Ensure deterministic leaf output order.
+  SmallVector<Value *, 8> LeafOrder; // Ensure deterministic leaf output order.
 
 #ifndef NDEBUG
-  SmallPtrSet<Value*, 8> Visited; // For sanity checking the iteration scheme.
+  SmallPtrSet<Value *, 8> Visited; // For sanity checking the iteration scheme.
 #endif
   while (!Worklist.empty()) {
     std::pair<BinaryOperator*, APInt> P = Worklist.pop_back_val();
@@ -551,7 +499,7 @@ static bool LinearizeExprTree(BinaryOperator *I,
       // If this is a binary operation of the right kind with only one use then
       // add its operands to the expression.
       if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op, Opcode)) {
-        assert(Visited.insert(Op) && "Not first visit!");
+        assert(Visited.insert(Op).second && "Not first visit!");
         DEBUG(dbgs() << "DIRECT ADD: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
         Worklist.push_back(std::make_pair(BO, Weight));
         continue;
@@ -561,7 +509,7 @@ static bool LinearizeExprTree(BinaryOperator *I,
       LeafMap::iterator It = Leaves.find(Op);
       if (It == Leaves.end()) {
         // Not in the leaf map.  Must be the first time we saw this operand.
-        assert(Visited.insert(Op) && "Not first visit!");
+        assert(Visited.insert(Op).second && "Not first visit!");
         if (!Op->hasOneUse()) {
           // This value has uses not accounted for by the expression, so it is
           // not safe to modify.  Mark it as being a leaf.
@@ -571,9 +519,10 @@ static bool LinearizeExprTree(BinaryOperator *I,
           continue;
         }
         // No uses outside the expression, try morphing it.
-      } else if (It != Leaves.end()) {
+      } else {
         // Already in the leaf map.
-        assert(Visited.count(Op) && "In leaf map but not visited!");
+        assert(It != Leaves.end() && Visited.count(Op) &&
+               "In leaf map but not visited!");
 
         // Update the number of paths to the leaf.
         IncorporateWeight(It->second, Weight, Opcode);
@@ -583,7 +532,7 @@ static bool LinearizeExprTree(BinaryOperator *I,
         // exactly one such use, drop this new use of the leaf.
         assert(!Op->hasOneUse() && "Only one use, but we got here twice!");
         I->setOperand(OpIdx, UndefValue::get(I->getType()));
-        MadeChange = true;
+        Changed = true;
 
         // If the leaf is a binary operation of the right kind and we now see
         // that its multiple original uses were in fact all by nodes belonging
@@ -612,21 +561,24 @@ static bool LinearizeExprTree(BinaryOperator *I,
       // expression.  This means that it can safely be modified.  See if we
       // can usefully morph it into an expression of the right kind.
       assert((!isa<Instruction>(Op) ||
-              cast<Instruction>(Op)->getOpcode() != Opcode) &&
+              cast<Instruction>(Op)->getOpcode() != Opcode
+              || (isa<FPMathOperator>(Op) &&
+                  !cast<Instruction>(Op)->isFast())) &&
              "Should have been handled above!");
       assert(Op->hasOneUse() && "Has uses outside the expression tree!");
 
       // If this is a multiply expression, turn any internal negations into
       // multiplies by -1 so they can be reassociated.
-      BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op);
-      if (Opcode == Instruction::Mul && BO && BinaryOperator::isNeg(BO)) {
-        DEBUG(dbgs() << "MORPH LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ") TO ");
-        BO = LowerNegateToMultiply(BO);
-        DEBUG(dbgs() << *BO << 'n');
-        Worklist.push_back(std::make_pair(BO, Weight));
-        MadeChange = true;
-        continue;
-      }
+      if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op))
+        if ((Opcode == Instruction::Mul && BinaryOperator::isNeg(BO)) ||
+            (Opcode == Instruction::FMul && BinaryOperator::isFNeg(BO))) {
+          DEBUG(dbgs() << "MORPH LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ") TO ");
+          BO = LowerNegateToMultiply(BO);
+          DEBUG(dbgs() << *BO << '\n');
+          Worklist.push_back(std::make_pair(BO, Weight));
+          Changed = true;
+          continue;
+        }
 
       // Failed to morph into an expression of the right type.  This really is
       // a leaf.
@@ -661,16 +613,16 @@ static bool LinearizeExprTree(BinaryOperator *I,
   if (Ops.empty()) {
     Constant *Identity = ConstantExpr::getBinOpIdentity(Opcode, I->getType());
     assert(Identity && "Associative operation without identity!");
-    Ops.push_back(std::make_pair(Identity, APInt(Bitwidth, 1)));
+    Ops.emplace_back(Identity, APInt(Bitwidth, 1));
   }
 
-  return MadeChange;
+  return Changed;
 }
 
-// RewriteExprTree - Now that the operands for this expression tree are
-// linearized and optimized, emit them in-order.
-void Reassociate::RewriteExprTree(BinaryOperator *I,
-                                  SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
+/// Now that the operands for this expression tree are
+/// linearized and optimized, emit them in-order.
+void ReassociatePass::RewriteExprTree(BinaryOperator *I,
+                                      SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
   assert(Ops.size() > 1 && "Single values should be used directly!");
 
   // Since our optimizations should never increase the number of operations, the
@@ -705,7 +657,7 @@ void Reassociate::RewriteExprTree(BinaryOperator *I,
   // ExpressionChanged - Non-null if the rewritten expression differs from the
   // original in some non-trivial way, requiring the clearing of optional flags.
   // Flags are cleared from the operator in ExpressionChanged up to I inclusive.
-  BinaryOperator *ExpressionChanged = 0;
+  BinaryOperator *ExpressionChanged = nullptr;
   for (unsigned i = 0; ; ++i) {
     // The last operation (which comes earliest in the IR) is special as both
     // operands will come from Ops, rather than just one with the other being
@@ -797,6 +749,8 @@ void Reassociate::RewriteExprTree(BinaryOperator *I,
       Constant *Undef = UndefValue::get(I->getType());
       NewOp = BinaryOperator::Create(Instruction::BinaryOps(Opcode),
                                      Undef, Undef, "", I);
+      if (NewOp->getType()->isFPOrFPVectorTy())
+        NewOp->setFastMathFlags(I->getFastMathFlags());
     } else {
       NewOp = NodesToRewrite.pop_back_val();
     }
@@ -816,25 +770,40 @@ void Reassociate::RewriteExprTree(BinaryOperator *I,
   // expression tree is dominated by all of Ops.
   if (ExpressionChanged)
     do {
-      ExpressionChanged->clearSubclassOptionalData();
+      // Preserve FastMathFlags.
+      if (isa<FPMathOperator>(I)) {
+        FastMathFlags Flags = I->getFastMathFlags();
+        ExpressionChanged->clearSubclassOptionalData();
+        ExpressionChanged->setFastMathFlags(Flags);
+      } else
+        ExpressionChanged->clearSubclassOptionalData();
+
       if (ExpressionChanged == I)
         break;
       ExpressionChanged->moveBefore(I);
-      ExpressionChanged = cast<BinaryOperator>(*ExpressionChanged->use_begin());
-    } while (1);
+      ExpressionChanged = cast<BinaryOperator>(*ExpressionChanged->user_begin());
+    } while (true);
 
   // Throw away any left over nodes from the original expression.
   for (unsigned i = 0, e = NodesToRewrite.size(); i != e; ++i)
     RedoInsts.insert(NodesToRewrite[i]);
 }
 
-/// NegateValue - Insert instructions before the instruction pointed to by BI,
+/// 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))
+/// Also add intermediate instructions to the redo list that are modified while
+/// pushing the negates through adds.  These will be revisited to see if
+/// additional opportunities have been exposed.
+static Value *NegateValue(Value *V, Instruction *BI,
+                          SetVector<AssertingVH<Instruction>> &ToRedo) {
+  if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
+    if (C->getType()->isFPOrFPVectorTy()) {
+      return ConstantExpr::getFNeg(C);
+    }
     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
@@ -845,10 +814,15 @@ static Value *NegateValue(Value *V, Instruction *BI) {
   // the constants.  We assume that instcombine will clean up the mess later if
   // we introduce tons of unnecessary negation instructions.
   //
-  if (BinaryOperator *I = isReassociableOp(V, Instruction::Add)) {
+  if (BinaryOperator *I =
+          isReassociableOp(V, Instruction::Add, Instruction::FAdd)) {
     // Push the negates through the add.
-    I->setOperand(0, NegateValue(I->getOperand(0), BI));
-    I->setOperand(1, NegateValue(I->getOperand(1), BI));
+    I->setOperand(0, NegateValue(I->getOperand(0), BI, ToRedo));
+    I->setOperand(1, NegateValue(I->getOperand(1), BI, ToRedo));
+    if (I->getOpcode() == Instruction::Add) {
+      I->setHasNoUnsignedWrap(false);
+      I->setHasNoSignedWrap(false);
+    }
 
     // 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
@@ -857,14 +831,18 @@ static Value *NegateValue(Value *V, Instruction *BI) {
     //
     I->moveBefore(BI);
     I->setName(I->getName()+".neg");
+
+    // Add the intermediate negates to the redo list as processing them later
+    // could expose more reassociating opportunities.
+    ToRedo.insert(I);
     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){
-    User *U = *UI;
-    if (!BinaryOperator::isNeg(U)) continue;
+  for (User *U : V->users()) {
+    if (!BinaryOperator::isNeg(U) && !BinaryOperator::isFNeg(U))
+      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
@@ -881,58 +859,70 @@ static Value *NegateValue(Value *V, Instruction *BI) {
       if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InstInput)) {
         InsertPt = II->getNormalDest()->begin();
       } else {
-        InsertPt = InstInput;
-        ++InsertPt;
+        InsertPt = ++InstInput->getIterator();
       }
       while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
     } else {
       InsertPt = TheNeg->getParent()->getParent()->getEntryBlock().begin();
     }
-    TheNeg->moveBefore(InsertPt);
+    TheNeg->moveBefore(&*InsertPt);
+    if (TheNeg->getOpcode() == Instruction::Sub) {
+      TheNeg->setHasNoUnsignedWrap(false);
+      TheNeg->setHasNoSignedWrap(false);
+    } else {
+      TheNeg->andIRFlags(BI);
+    }
+    ToRedo.insert(TheNeg);
     return TheNeg;
   }
 
   // Insert a 'neg' instruction that subtracts the value from zero to get the
   // negation.
-  return BinaryOperator::CreateNeg(V, V->getName() + ".neg", BI);
+  BinaryOperator *NewNeg = CreateNeg(V, V->getName() + ".neg", BI, BI);
+  ToRedo.insert(NewNeg);
+  return NewNeg;
 }
 
-/// ShouldBreakUpSubtract - Return true if we should break up this subtract of
-/// X-Y into (X + -Y).
+/// 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))
+  if (BinaryOperator::isNeg(Sub) || BinaryOperator::isFNeg(Sub))
+    return false;
+
+  // Don't breakup X - undef.
+  if (isa<UndefValue>(Sub->getOperand(1)))
     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))
+  Value *V0 = Sub->getOperand(0);
+  if (isReassociableOp(V0, Instruction::Add, Instruction::FAdd) ||
+      isReassociableOp(V0, Instruction::Sub, Instruction::FSub))
     return true;
-  if (isReassociableOp(Sub->getOperand(1), Instruction::Add) ||
-      isReassociableOp(Sub->getOperand(1), Instruction::Sub))
+  Value *V1 = Sub->getOperand(1);
+  if (isReassociableOp(V1, Instruction::Add, Instruction::FAdd) ||
+      isReassociableOp(V1, Instruction::Sub, Instruction::FSub))
     return true;
+  Value *VB = Sub->user_back();
   if (Sub->hasOneUse() &&
-      (isReassociableOp(Sub->use_back(), Instruction::Add) ||
-       isReassociableOp(Sub->use_back(), Instruction::Sub)))
+      (isReassociableOp(VB, Instruction::Add, Instruction::FAdd) ||
+       isReassociableOp(VB, Instruction::Sub, Instruction::FSub)))
     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 BinaryOperator *BreakUpSubtract(Instruction *Sub) {
+/// 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 BinaryOperator *
+BreakUpSubtract(Instruction *Sub, SetVector<AssertingVH<Instruction>> &ToRedo) {
   // 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.
-  //
-  Value *NegVal = NegateValue(Sub->getOperand(1), Sub);
-  BinaryOperator *New =
-    BinaryOperator::CreateAdd(Sub->getOperand(0), NegVal, "", Sub);
+  Value *NegVal = NegateValue(Sub->getOperand(1), Sub, ToRedo);
+  BinaryOperator *New = CreateAdd(Sub->getOperand(0), NegVal, "", Sub, Sub);
   Sub->setOperand(0, Constant::getNullValue(Sub->getType())); // Drop use of op.
   Sub->setOperand(1, Constant::getNullValue(Sub->getType())); // Drop use of op.
   New->takeName(Sub);
@@ -945,9 +935,8 @@ static BinaryOperator *BreakUpSubtract(Instruction *Sub) {
   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.
+/// 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 BinaryOperator *ConvertShiftToMul(Instruction *Shl) {
   Constant *MulCst = ConstantInt::get(Shl->getType(), 1);
   MulCst = ConstantExpr::getShl(MulCst, cast<Constant>(Shl->getOperand(1)));
@@ -956,47 +945,68 @@ static BinaryOperator *ConvertShiftToMul(Instruction *Shl) {
     BinaryOperator::CreateMul(Shl->getOperand(0), MulCst, "", Shl);
   Shl->setOperand(0, UndefValue::get(Shl->getType())); // Drop use of op.
   Mul->takeName(Shl);
+
+  // Everyone now refers to the mul instruction.
   Shl->replaceAllUsesWith(Mul);
   Mul->setDebugLoc(Shl->getDebugLoc());
+
+  // We can safely preserve the nuw flag in all cases.  It's also safe to turn a
+  // nuw nsw shl into a nuw nsw mul.  However, nsw in isolation requires special
+  // handling.
+  bool NSW = cast<BinaryOperator>(Shl)->hasNoSignedWrap();
+  bool NUW = cast<BinaryOperator>(Shl)->hasNoUnsignedWrap();
+  if (NSW && NUW)
+    Mul->setHasNoSignedWrap(true);
+  Mul->setHasNoUnsignedWrap(NUW);
   return Mul;
 }
 
-/// FindInOperandList - 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) {
+/// 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(const 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)
+  for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j].Rank == XRank; ++j) {
     if (Ops[j].Op == X)
       return j;
+    if (Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(Ops[j].Op))
+      if (Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(X))
+        if (I1->isIdenticalTo(I2))
+          return j;
+  }
   // Scan backwards.
-  for (unsigned j = i-1; j != ~0U && Ops[j].Rank == XRank; --j)
+  for (unsigned j = i-1; j != ~0U && Ops[j].Rank == XRank; --j) {
     if (Ops[j].Op == X)
       return j;
+    if (Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(Ops[j].Op))
+      if (Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(X))
+        if (I1->isIdenticalTo(I2))
+          return j;
+  }
   return i;
 }
 
-/// EmitAddTreeOfValues - Emit a tree of add instructions, summing Ops together
+/// Emit a tree of add instructions, summing Ops together
 /// and returning the result.  Insert the tree before I.
 static Value *EmitAddTreeOfValues(Instruction *I,
-                                  SmallVectorImpl<WeakVH> &Ops){
+                                  SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &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);
+  return CreateAdd(V2, V1, "tmp", I, I);
 }
 
-/// RemoveFactorFromExpression - If V is an expression tree that is a
-/// multiplication sequence, and if this sequence contains a multiply by Factor,
+/// 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;
+Value *ReassociatePass::RemoveFactorFromExpression(Value *V, Value *Factor) {
+  BinaryOperator *BO = isReassociableOp(V, Instruction::Mul, Instruction::FMul);
+  if (!BO)
+    return nullptr;
 
   SmallVector<RepeatedValue, 8> Tree;
   MadeChange |= LinearizeExprTree(BO, Tree);
@@ -1018,22 +1028,34 @@ Value *Reassociate::RemoveFactorFromExpression(Value *V, Value *Factor) {
     }
 
     // If this is a negative version of this factor, remove it.
-    if (ConstantInt *FC1 = dyn_cast<ConstantInt>(Factor))
+    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;
         }
+    } else if (ConstantFP *FC1 = dyn_cast<ConstantFP>(Factor)) {
+      if (ConstantFP *FC2 = dyn_cast<ConstantFP>(Factors[i].Op)) {
+        const APFloat &F1 = FC1->getValueAPF();
+        APFloat F2(FC2->getValueAPF());
+        F2.changeSign();
+        if (F1.compare(F2) == APFloat::cmpEqual) {
+          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;
+    return nullptr;
   }
 
-  BasicBlock::iterator InsertPt = BO; ++InsertPt;
+  BasicBlock::iterator InsertPt = ++BO->getIterator();
 
   // If this was just a single multiply, remove the multiply and return the only
   // remaining operand.
@@ -1046,33 +1068,31 @@ Value *Reassociate::RemoveFactorFromExpression(Value *V, Value *Factor) {
   }
 
   if (NeedsNegate)
-    V = BinaryOperator::CreateNeg(V, "neg", InsertPt);
+    V = CreateNeg(V, "neg", &*InsertPt, BO);
 
   return V;
 }
 
-/// FindSingleUseMultiplyFactors - If V is a single-use multiply, recursively
-/// add its operands as factors, otherwise add V to the list of factors.
+/// If V is a single-use multiply, recursively add its operands as factors,
+/// otherwise add V to the list of factors.
 ///
 /// Ops is the top-level list of add operands we're trying to factor.
 static void FindSingleUseMultiplyFactors(Value *V,
-                                         SmallVectorImpl<Value*> &Factors,
-                                       const SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
-  BinaryOperator *BO = isReassociableOp(V, Instruction::Mul);
+                                         SmallVectorImpl<Value*> &Factors) {
+  BinaryOperator *BO = isReassociableOp(V, Instruction::Mul, Instruction::FMul);
   if (!BO) {
     Factors.push_back(V);
     return;
   }
 
   // Otherwise, add the LHS and RHS to the list of factors.
-  FindSingleUseMultiplyFactors(BO->getOperand(1), Factors, Ops);
-  FindSingleUseMultiplyFactors(BO->getOperand(0), Factors, Ops);
+  FindSingleUseMultiplyFactors(BO->getOperand(1), Factors);
+  FindSingleUseMultiplyFactors(BO->getOperand(0), Factors);
 }
 
-/// 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.
+/// 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.
@@ -1115,28 +1135,27 @@ static Value *OptimizeAndOrXor(unsigned Opcode,
       ++NumAnnihil;
     }
   }
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
 
-/// Helper funciton of CombineXorOpnd(). It creates a bitwise-and
+/// Helper function of CombineXorOpnd(). It creates a bitwise-and
 /// instruction with the given two operands, and return the resulting
 /// instruction. There are two special cases: 1) if the constant operand is 0,
 /// it will return NULL. 2) if the constant is ~0, the symbolic operand will
 /// be returned.
-static Value *createAndInstr(Instruction *InsertBefore, Value *Opnd, 
+static Value *createAndInstr(Instruction *InsertBefore, Value *Opnd,
                              const APInt &ConstOpnd) {
-  if (ConstOpnd != 0) {
-    if (!ConstOpnd.isAllOnesValue()) {
-      LLVMContext &Ctx = Opnd->getType()->getContext();
-      Instruction *I;
-      I = BinaryOperator::CreateAnd(Opnd, ConstantInt::get(Ctx, ConstOpnd),
-                                    "and.ra", InsertBefore);
-      I->setDebugLoc(InsertBefore->getDebugLoc());
-      return I;
-    }
+  if (ConstOpnd.isNullValue())
+    return nullptr;
+
+  if (ConstOpnd.isAllOnesValue())
     return Opnd;
-  }
-  return 0;
+
+  Instruction *I = BinaryOperator::CreateAnd(
+      Opnd, ConstantInt::get(Opnd->getType(), ConstOpnd), "and.ra",
+      InsertBefore);
+  I->setDebugLoc(InsertBefore->getDebugLoc());
+  return I;
 }
 
 // Helper function of OptimizeXor(). It tries to simplify "Opnd1 ^ ConstOpnd"
@@ -1145,33 +1164,31 @@ static Value *createAndInstr(Instruction *InsertBefore, Value *Opnd,
 // If it was successful, true is returned, and the "R" and "C" is returned
 // via "Res" and "ConstOpnd", respectively; otherwise, false is returned,
 // and both "Res" and "ConstOpnd" remain unchanged.
-//  
-bool Reassociate::CombineXorOpnd(Instruction *I, XorOpnd *Opnd1,
-                                 APInt &ConstOpnd, Value *&Res) {
+bool ReassociatePass::CombineXorOpnd(Instruction *I, XorOpnd *Opnd1,
+                                     APInt &ConstOpnd, Value *&Res) {
   // Xor-Rule 1: (x | c1) ^ c2 = (x | c1) ^ (c1 ^ c1) ^ c2 
   //                       = ((x | c1) ^ c1) ^ (c1 ^ c2)
   //                       = (x & ~c1) ^ (c1 ^ c2)
   // It is useful only when c1 == c2.
-  if (Opnd1->isOrExpr() && Opnd1->getConstPart() != 0) {
-    if (!Opnd1->getValue()->hasOneUse())
-      return false;
+  if (!Opnd1->isOrExpr() || Opnd1->getConstPart().isNullValue())
+    return false;
 
-    const APInt &C1 = Opnd1->getConstPart();
-    if (C1 != ConstOpnd)
-      return false;
+  if (!Opnd1->getValue()->hasOneUse())
+    return false;
 
-    Value *X = Opnd1->getSymbolicPart();
-    Res = createAndInstr(I, X, ~C1);
-    // ConstOpnd was C2, now C1 ^ C2.
-    ConstOpnd ^= C1;
+  const APInt &C1 = Opnd1->getConstPart();
+  if (C1 != ConstOpnd)
+    return false;
 
-    if (Instruction *T = dyn_cast<Instruction>(Opnd1->getValue()))
-      RedoInsts.insert(T);
-    return true;
-  }
-  return false;
-}
+  Value *X = Opnd1->getSymbolicPart();
+  Res = createAndInstr(I, X, ~C1);
+  // ConstOpnd was C2, now C1 ^ C2.
+  ConstOpnd ^= C1;
 
+  if (Instruction *T = dyn_cast<Instruction>(Opnd1->getValue()))
+    RedoInsts.insert(T);
+  return true;
+}
                            
 // Helper function of OptimizeXor(). It tries to simplify
 // "Opnd1 ^ Opnd2 ^ ConstOpnd" into "R ^ C", where C would be 0, and R is a
@@ -1181,8 +1198,9 @@ bool Reassociate::CombineXorOpnd(Instruction *I, XorOpnd *Opnd1,
 // via "Res" and "ConstOpnd", respectively (If the entire expression is
 // evaluated to a constant, the Res is set to NULL); otherwise, false is
 // returned, and both "Res" and "ConstOpnd" remain unchanged.
-bool Reassociate::CombineXorOpnd(Instruction *I, XorOpnd *Opnd1, XorOpnd *Opnd2,
-                                 APInt &ConstOpnd, Value *&Res) {
+bool ReassociatePass::CombineXorOpnd(Instruction *I, XorOpnd *Opnd1,
+                                     XorOpnd *Opnd2, APInt &ConstOpnd,
+                                     Value *&Res) {
   Value *X = Opnd1->getSymbolicPart();
   if (X != Opnd2->getSymbolicPart())
     return false;
@@ -1209,15 +1227,14 @@ bool Reassociate::CombineXorOpnd(Instruction *I, XorOpnd *Opnd1, XorOpnd *Opnd2,
     APInt C3((~C1) ^ C2);
 
     // Do not increase code size!
-    if (C3 != 0 && !C3.isAllOnesValue()) {
-      int NewInstNum = ConstOpnd != 0 ? 1 : 2;
+    if (!C3.isNullValue() && !C3.isAllOnesValue()) {
+      int NewInstNum = ConstOpnd.getBoolValue() ? 1 : 2;
       if (NewInstNum > DeadInstNum)
         return false;
     }
 
     Res = createAndInstr(I, X, C3);
     ConstOpnd ^= C1;
-
   } else if (Opnd1->isOrExpr()) {
     // Xor-Rule 3: (x | c1) ^ (x | c2) = (x & c3) ^ c3 where c3 = c1 ^ c2
     //
@@ -1226,8 +1243,8 @@ bool Reassociate::CombineXorOpnd(Instruction *I, XorOpnd *Opnd1, XorOpnd *Opnd2,
     APInt C3 = C1 ^ C2;
     
     // Do not increase code size
-    if (C3 != 0 && !C3.isAllOnesValue()) {
-      int NewInstNum = ConstOpnd != 0 ? 1 : 2;
+    if (!C3.isNullValue() && !C3.isAllOnesValue()) {
+      int NewInstNum = ConstOpnd.getBoolValue() ? 1 : 2;
       if (NewInstNum > DeadInstNum)
         return false;
     }
@@ -1256,28 +1273,31 @@ bool Reassociate::CombineXorOpnd(Instruction *I, XorOpnd *Opnd1, XorOpnd *Opnd2,
 /// Optimize a series of operands to an 'xor' instruction. If it can be reduced
 /// to a single Value, it is returned, otherwise the Ops list is mutated as
 /// necessary.
-Value *Reassociate::OptimizeXor(Instruction *I,
-                                SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
+Value *ReassociatePass::OptimizeXor(Instruction *I,
+                                    SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
   if (Value *V = OptimizeAndOrXor(Instruction::Xor, Ops))
     return V;
       
   if (Ops.size() == 1)
-    return 0;
+    return nullptr;
 
   SmallVector<XorOpnd, 8> Opnds;
   SmallVector<XorOpnd*, 8> OpndPtrs;
   Type *Ty = Ops[0].Op->getType();
-  APInt ConstOpnd(Ty->getIntegerBitWidth(), 0);
+  APInt ConstOpnd(Ty->getScalarSizeInBits(), 0);
 
   // Step 1: Convert ValueEntry to XorOpnd
   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
     Value *V = Ops[i].Op;
-    if (!isa<ConstantInt>(V)) {
+    const APInt *C;
+    // TODO: Support non-splat vectors.
+    if (match(V, PatternMatch::m_APInt(C))) {
+      ConstOpnd ^= *C;
+    } else {
       XorOpnd O(V);
       O.setSymbolicRank(getRank(O.getSymbolicPart()));
       Opnds.push_back(O);
-    } else
-      ConstOpnd ^= cast<ConstantInt>(V)->getValue();
+    }
   }
 
   // NOTE: From this point on, do *NOT* add/delete element to/from "Opnds".
@@ -1292,10 +1312,22 @@ Value *Reassociate::OptimizeXor(Instruction *I,
   //  the same symbolic value cluster together. For instance, the input operand
   //  sequence ("x | 123", "y & 456", "x & 789") will be sorted into:
   //  ("x | 123", "x & 789", "y & 456").
-  std::stable_sort(OpndPtrs.begin(), OpndPtrs.end(), XorOpnd::PtrSortFunctor());
+  //
+  //  The purpose is twofold:
+  //  1) Cluster together the operands sharing the same symbolic-value.
+  //  2) Operand having smaller symbolic-value-rank is permuted earlier, which
+  //     could potentially shorten crital path, and expose more loop-invariants.
+  //     Note that values' rank are basically defined in RPO order (FIXME).
+  //     So, if Rank(X) < Rank(Y) < Rank(Z), it means X is defined earlier
+  //     than Y which is defined earlier than Z. Permute "x | 1", "Y & 2",
+  //     "z" in the order of X-Y-Z is better than any other orders.
+  std::stable_sort(OpndPtrs.begin(), OpndPtrs.end(),
+                   [](XorOpnd *LHS, XorOpnd *RHS) {
+    return LHS->getSymbolicRank() < RHS->getSymbolicRank();
+  });
 
   // Step 3: Combine adjacent operands
-  XorOpnd *PrevOpnd = 0;
+  XorOpnd *PrevOpnd = nullptr;
   bool Changed = false;
   for (unsigned i = 0, e = Opnds.size(); i < e; i++) {
     XorOpnd *CurrOpnd = OpndPtrs[i];
@@ -1303,7 +1335,8 @@ Value *Reassociate::OptimizeXor(Instruction *I,
     Value *CV;
 
     // Step 3.1: Try simplifying "CurrOpnd ^ ConstOpnd"
-    if (ConstOpnd != 0 && CombineXorOpnd(I, CurrOpnd, ConstOpnd, CV)) {
+    if (!ConstOpnd.isNullValue() &&
+        CombineXorOpnd(I, CurrOpnd, ConstOpnd, CV)) {
       Changed = true;
       if (CV)
         *CurrOpnd = XorOpnd(CV);
@@ -1320,7 +1353,6 @@ Value *Reassociate::OptimizeXor(Instruction *I,
 
     // step 3.2: When previous and current operands share the same symbolic
     //  value, try to simplify "PrevOpnd ^ CurrOpnd ^ ConstOpnd" 
-    //    
     if (CombineXorOpnd(I, CurrOpnd, PrevOpnd, ConstOpnd, CV)) {
       // Remove previous operand
       PrevOpnd->Invalidate();
@@ -1329,7 +1361,7 @@ Value *Reassociate::OptimizeXor(Instruction *I,
         PrevOpnd = CurrOpnd;
       } else {
         CurrOpnd->Invalidate();
-        PrevOpnd = 0;
+        PrevOpnd = nullptr;
       }
       Changed = true;
     }
@@ -1345,34 +1377,33 @@ Value *Reassociate::OptimizeXor(Instruction *I,
       ValueEntry VE(getRank(O.getValue()), O.getValue());
       Ops.push_back(VE);
     }
-    if (ConstOpnd != 0) {
-      Value *C = ConstantInt::get(Ty->getContext(), ConstOpnd);
+    if (!ConstOpnd.isNullValue()) {
+      Value *C = ConstantInt::get(Ty, ConstOpnd);
       ValueEntry VE(getRank(C), C);
       Ops.push_back(VE);
     }
-    int Sz = Ops.size();
+    unsigned Sz = Ops.size();
     if (Sz == 1)
       return Ops.back().Op;
-    else if (Sz == 0) {
-      assert(ConstOpnd == 0);
-      return ConstantInt::get(Ty->getContext(), ConstOpnd);
+    if (Sz == 0) {
+      assert(ConstOpnd.isNullValue());
+      return ConstantInt::get(Ty, ConstOpnd);
     }
   }
 
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
 
-/// OptimizeAdd - Optimize a series of operands to an 'add' instruction.  This
+/// 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) {
+Value *ReassociatePass::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
+  // can simplify expressions like X+-X == 0 and X+~X ==-1.  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
@@ -1386,17 +1417,19 @@ Value *Reassociate::OptimizeAdd(Instruction *I,
         ++NumFound;
       } while (i != Ops.size() && Ops[i].Op == TheOp);
 
-      DEBUG(errs() << "\nFACTORING [" << NumFound << "]: " << *TheOp << '\n');
+      DEBUG(dbgs() << "\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);
+      Type *Ty = TheOp->getType();
+      Constant *C = Ty->isIntOrIntVectorTy() ?
+        ConstantInt::get(Ty, NumFound) : ConstantFP::get(Ty, NumFound);
+      Instruction *Mul = CreateMul(TheOp, C, "factor", I, 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
-      RedoInsts.insert(cast<Instruction>(Mul));
+      RedoInsts.insert(Mul);
 
       // If every add operand was a duplicate, return the multiply.
       if (Ops.empty())
@@ -1412,19 +1445,30 @@ Value *Reassociate::OptimizeAdd(Instruction *I,
       continue;
     }
 
-    // Check for X and -X in the operand list.
-    if (!BinaryOperator::isNeg(TheOp))
+    // Check for X and -X or X and ~X in the operand list.
+    if (!BinaryOperator::isNeg(TheOp) && !BinaryOperator::isFNeg(TheOp) &&
+        !BinaryOperator::isNot(TheOp))
       continue;
 
-    Value *X = BinaryOperator::getNegArgument(TheOp);
+    Value *X = nullptr;
+    if (BinaryOperator::isNeg(TheOp) || BinaryOperator::isFNeg(TheOp))
+      X = BinaryOperator::getNegArgument(TheOp);
+    else if (BinaryOperator::isNot(TheOp))
+      X = BinaryOperator::getNotArgument(TheOp);
+
     unsigned FoundX = FindInOperandList(Ops, i, X);
     if (FoundX == i)
       continue;
 
     // Remove X and -X from the operand list.
-    if (Ops.size() == 2)
+    if (Ops.size() == 2 &&
+        (BinaryOperator::isNeg(TheOp) || BinaryOperator::isFNeg(TheOp)))
       return Constant::getNullValue(X->getType());
 
+    // Remove X and ~X from the operand list.
+    if (Ops.size() == 2 && BinaryOperator::isNot(TheOp))
+      return Constant::getAllOnesValue(X->getType());
+
     Ops.erase(Ops.begin()+i);
     if (i < FoundX)
       --FoundX;
@@ -1434,6 +1478,13 @@ Value *Reassociate::OptimizeAdd(Instruction *I,
     ++NumAnnihil;
     --i;     // Revisit element.
     e -= 2;  // Removed two elements.
+
+    // if X and ~X we append -1 to the operand list.
+    if (BinaryOperator::isNot(TheOp)) {
+      Value *V = Constant::getAllOnesValue(X->getType());
+      Ops.insert(Ops.end(), ValueEntry(getRank(V), V));
+      e += 1;
+    }
   }
 
   // Scan the operand list, checking to see if there are any common factors
@@ -1446,55 +1497,81 @@ Value *Reassociate::OptimizeAdd(Instruction *I,
   // 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;
+  Value *MaxOccVal = nullptr;
   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
-    BinaryOperator *BOp = isReassociableOp(Ops[i].Op, Instruction::Mul);
+    BinaryOperator *BOp =
+        isReassociableOp(Ops[i].Op, Instruction::Mul, Instruction::FMul);
     if (!BOp)
       continue;
 
     // Compute all of the factors of this added value.
     SmallVector<Value*, 8> Factors;
-    FindSingleUseMultiplyFactors(BOp, Factors, Ops);
+    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;
+      if (!Duplicates.insert(Factor).second)
+        continue;
 
       unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
-      if (Occ > MaxOcc) { MaxOcc = Occ; MaxOccVal = 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 (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Factor)) {
         if (CI->isNegative() && !CI->isMinValue(true)) {
           Factor = ConstantInt::get(CI->getContext(), -CI->getValue());
-          assert(!Duplicates.count(Factor) &&
-                 "Shouldn't have two constant factors, missed a canonicalize");
-
+          if (!Duplicates.insert(Factor).second)
+            continue;
+          unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
+          if (Occ > MaxOcc) {
+            MaxOcc = Occ;
+            MaxOccVal = Factor;
+          }
+        }
+      } else if (ConstantFP *CF = dyn_cast<ConstantFP>(Factor)) {
+        if (CF->isNegative()) {
+          APFloat F(CF->getValueAPF());
+          F.changeSign();
+          Factor = ConstantFP::get(CF->getContext(), F);
+          if (!Duplicates.insert(Factor).second)
+            continue;
           unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
-          if (Occ > MaxOcc) { MaxOcc = Occ; MaxOccVal = 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');
+    DEBUG(dbgs() << "\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<WeakVH, 4> NewMulOps;
+    Instruction *DummyInst =
+        I->getType()->isIntOrIntVectorTy()
+            ? BinaryOperator::CreateAdd(MaxOccVal, MaxOccVal)
+            : BinaryOperator::CreateFAdd(MaxOccVal, MaxOccVal);
+
+    SmallVector<WeakTrackingVH, 4> NewMulOps;
     for (unsigned i = 0; i != Ops.size(); ++i) {
       // Only try to remove factors from expressions we're allowed to.
-      BinaryOperator *BOp = isReassociableOp(Ops[i].Op, Instruction::Mul);
+      BinaryOperator *BOp =
+          isReassociableOp(Ops[i].Op, Instruction::Mul, Instruction::FMul);
       if (!BOp)
         continue;
 
@@ -1513,7 +1590,7 @@ Value *Reassociate::OptimizeAdd(Instruction *I,
     }
 
     // No need for extra uses anymore.
-    delete DummyInst;
+    DummyInst->deleteValue();
 
     unsigned NumAddedValues = NewMulOps.size();
     Value *V = EmitAddTreeOfValues(I, NewMulOps);
@@ -1527,7 +1604,7 @@ Value *Reassociate::OptimizeAdd(Instruction *I,
       RedoInsts.insert(VI);
 
     // Create the multiply.
-    Instruction *V2 = BinaryOperator::CreateMul(V, MaxOccVal, "tmp", I);
+    Instruction *V2 = CreateMul(V, MaxOccVal, "tmp", I, 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.
@@ -1544,7 +1621,7 @@ Value *Reassociate::OptimizeAdd(Instruction *I,
     Ops.insert(Ops.begin(), ValueEntry(getRank(V2), V2));
   }
 
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
 
 /// \brief Build up a vector of value/power pairs factoring a product.
@@ -1558,8 +1635,8 @@ Value *Reassociate::OptimizeAdd(Instruction *I,
 ///   ((((x*y)*x)*y)*x) -> [(x, 3), (y, 2)]
 ///
 /// \returns Whether any factors have a power greater than one.
-bool Reassociate::collectMultiplyFactors(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops,
-                                         SmallVectorImpl<Factor> &Factors) {
+static bool collectMultiplyFactors(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops,
+                                   SmallVectorImpl<Factor> &Factors) {
   // FIXME: Have Ops be (ValueEntry, Multiplicity) pairs, simplifying this.
   // Compute the sum of powers of simplifiable factors.
   unsigned FactorPowerSum = 0;
@@ -1605,7 +1682,10 @@ bool Reassociate::collectMultiplyFactors(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops,
   // below our mininum of '4'.
   assert(FactorPowerSum >= 4);
 
-  std::stable_sort(Factors.begin(), Factors.end(), Factor::PowerDescendingSorter());
+  std::stable_sort(Factors.begin(), Factors.end(),
+                   [](const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
+    return LHS.Power > RHS.Power;
+  });
   return true;
 }
 
@@ -1617,7 +1697,10 @@ static Value *buildMultiplyTree(IRBuilder<> &Builder,
 
   Value *LHS = Ops.pop_back_val();
   do {
-    LHS = Builder.CreateMul(LHS, Ops.pop_back_val());
+    if (LHS->getType()->isIntOrIntVectorTy())
+      LHS = Builder.CreateMul(LHS, Ops.pop_back_val());
+    else
+      LHS = Builder.CreateFMul(LHS, Ops.pop_back_val());
   } while (!Ops.empty());
 
   return LHS;
@@ -1629,8 +1712,9 @@ static Value *buildMultiplyTree(IRBuilder<> &Builder,
 /// equal and the powers are sorted in decreasing order, compute the minimal
 /// DAG of multiplies to compute the final product, and return that product
 /// value.
-Value *Reassociate::buildMinimalMultiplyDAG(IRBuilder<> &Builder,
-                                            SmallVectorImpl<Factor> &Factors) {
+Value *
+ReassociatePass::buildMinimalMultiplyDAG(IRBuilder<> &Builder,
+                                         SmallVectorImpl<Factor> &Factors) {
   assert(Factors[0].Power);
   SmallVector<Value *, 4> OuterProduct;
   for (unsigned LastIdx = 0, Idx = 1, Size = Factors.size();
@@ -1661,7 +1745,9 @@ Value *Reassociate::buildMinimalMultiplyDAG(IRBuilder<> &Builder,
   // Unique factors with equal powers -- we've folded them into the first one's
   // base.
   Factors.erase(std::unique(Factors.begin(), Factors.end(),
-                            Factor::PowerEqual()),
+                            [](const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
+                              return LHS.Power == RHS.Power;
+                            }),
                 Factors.end());
 
   // Iteratively collect the base of each factor with an add power into the
@@ -1684,35 +1770,41 @@ Value *Reassociate::buildMinimalMultiplyDAG(IRBuilder<> &Builder,
   return V;
 }
 
-Value *Reassociate::OptimizeMul(BinaryOperator *I,
-                                SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
+Value *ReassociatePass::OptimizeMul(BinaryOperator *I,
+                                    SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
   // We can only optimize the multiplies when there is a chain of more than
   // three, such that a balanced tree might require fewer total multiplies.
   if (Ops.size() < 4)
-    return 0;
+    return nullptr;
 
   // Try to turn linear trees of multiplies without other uses of the
   // intermediate stages into minimal multiply DAGs with perfect sub-expression
   // re-use.
   SmallVector<Factor, 4> Factors;
   if (!collectMultiplyFactors(Ops, Factors))
-    return 0; // All distinct factors, so nothing left for us to do.
+    return nullptr; // All distinct factors, so nothing left for us to do.
 
   IRBuilder<> Builder(I);
+  // The reassociate transformation for FP operations is performed only
+  // if unsafe algebra is permitted by FastMathFlags. Propagate those flags
+  // to the newly generated operations.
+  if (auto FPI = dyn_cast<FPMathOperator>(I))
+    Builder.setFastMathFlags(FPI->getFastMathFlags());
+
   Value *V = buildMinimalMultiplyDAG(Builder, Factors);
   if (Ops.empty())
     return V;
 
   ValueEntry NewEntry = ValueEntry(getRank(V), V);
   Ops.insert(std::lower_bound(Ops.begin(), Ops.end(), NewEntry), NewEntry);
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
 
-Value *Reassociate::OptimizeExpression(BinaryOperator *I,
-                                       SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
+Value *ReassociatePass::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.
-  Constant *Cst = 0;
+  Constant *Cst = nullptr;
   unsigned Opcode = I->getOpcode();
   while (!Ops.empty() && isa<Constant>(Ops.back().Op)) {
     Constant *C = cast<Constant>(Ops.pop_back_val().Op);
@@ -1750,11 +1842,13 @@ Value *Reassociate::OptimizeExpression(BinaryOperator *I,
     break;
 
   case Instruction::Add:
+  case Instruction::FAdd:
     if (Value *Result = OptimizeAdd(I, Ops))
       return Result;
     break;
 
   case Instruction::Mul:
+  case Instruction::FMul:
     if (Value *Result = OptimizeMul(I, Ops))
       return Result;
     break;
@@ -1762,13 +1856,30 @@ Value *Reassociate::OptimizeExpression(BinaryOperator *I,
 
   if (Ops.size() != NumOps)
     return OptimizeExpression(I, Ops);
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
 
-/// EraseInst - Zap the given instruction, adding interesting operands to the
-/// work list.
-void Reassociate::EraseInst(Instruction *I) {
+// Remove dead instructions and if any operands are trivially dead add them to
+// Insts so they will be removed as well.
+void ReassociatePass::RecursivelyEraseDeadInsts(
+    Instruction *I, SetVector<AssertingVH<Instruction>> &Insts) {
   assert(isInstructionTriviallyDead(I) && "Trivially dead instructions only!");
+  SmallVector<Value *, 4> Ops(I->op_begin(), I->op_end());
+  ValueRankMap.erase(I);
+  Insts.remove(I);
+  RedoInsts.remove(I);
+  I->eraseFromParent();
+  for (auto Op : Ops)
+    if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(Op))
+      if (OpInst->use_empty())
+        Insts.insert(OpInst);
+}
+
+/// Zap the given instruction, adding interesting operands to the work list.
+void ReassociatePass::EraseInst(Instruction *I) {
+  assert(isInstructionTriviallyDead(I) && "Trivially dead instructions only!");
+  DEBUG(dbgs() << "Erasing dead inst: "; I->dump());
+
   SmallVector<Value*, 8> Ops(I->op_begin(), I->op_end());
   // Erase the dead instruction.
   ValueRankMap.erase(I);
@@ -1781,57 +1892,132 @@ void Reassociate::EraseInst(Instruction *I) {
       // If this is a node in an expression tree, climb to the expression root
       // and add that since that's where optimization actually happens.
       unsigned Opcode = Op->getOpcode();
-      while (Op->hasOneUse() && Op->use_back()->getOpcode() == Opcode &&
-             Visited.insert(Op))
-        Op = Op->use_back();
+      while (Op->hasOneUse() && Op->user_back()->getOpcode() == Opcode &&
+             Visited.insert(Op).second)
+        Op = Op->user_back();
       RedoInsts.insert(Op);
     }
+
+  MadeChange = true;
+}
+
+// Canonicalize expressions of the following form:
+//  x + (-Constant * y) -> x - (Constant * y)
+//  x - (-Constant * y) -> x + (Constant * y)
+Instruction *ReassociatePass::canonicalizeNegConstExpr(Instruction *I) {
+  if (!I->hasOneUse() || I->getType()->isVectorTy())
+    return nullptr;
+
+  // Must be a fmul or fdiv instruction.
+  unsigned Opcode = I->getOpcode();
+  if (Opcode != Instruction::FMul && Opcode != Instruction::FDiv)
+    return nullptr;
+
+  auto *C0 = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(0));
+  auto *C1 = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1));
+
+  // Both operands are constant, let it get constant folded away.
+  if (C0 && C1)
+    return nullptr;
+
+  ConstantFP *CF = C0 ? C0 : C1;
+
+  // Must have one constant operand.
+  if (!CF)
+    return nullptr;
+
+  // Must be a negative ConstantFP.
+  if (!CF->isNegative())
+    return nullptr;
+
+  // User must be a binary operator with one or more uses.
+  Instruction *User = I->user_back();
+  if (!isa<BinaryOperator>(User) || User->use_empty())
+    return nullptr;
+
+  unsigned UserOpcode = User->getOpcode();
+  if (UserOpcode != Instruction::FAdd && UserOpcode != Instruction::FSub)
+    return nullptr;
+
+  // Subtraction is not commutative. Explicitly, the following transform is
+  // not valid: (-Constant * y) - x  -> x + (Constant * y)
+  if (!User->isCommutative() && User->getOperand(1) != I)
+    return nullptr;
+
+  // Don't canonicalize x + (-Constant * y) -> x - (Constant * y), if the
+  // resulting subtract will be broken up later.  This can get us into an
+  // infinite loop during reassociation.
+  if (UserOpcode == Instruction::FAdd && ShouldBreakUpSubtract(User))
+    return nullptr;
+
+  // Change the sign of the constant.
+  APFloat Val = CF->getValueAPF();
+  Val.changeSign();
+  I->setOperand(C0 ? 0 : 1, ConstantFP::get(CF->getContext(), Val));
+
+  // Canonicalize I to RHS to simplify the next bit of logic. E.g.,
+  // ((-Const*y) + x) -> (x + (-Const*y)).
+  if (User->getOperand(0) == I && User->isCommutative())
+    cast<BinaryOperator>(User)->swapOperands();
+
+  Value *Op0 = User->getOperand(0);
+  Value *Op1 = User->getOperand(1);
+  BinaryOperator *NI;
+  switch (UserOpcode) {
+  default:
+    llvm_unreachable("Unexpected Opcode!");
+  case Instruction::FAdd:
+    NI = BinaryOperator::CreateFSub(Op0, Op1);
+    NI->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(User)->getFastMathFlags());
+    break;
+  case Instruction::FSub:
+    NI = BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, Op1);
+    NI->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(User)->getFastMathFlags());
+    break;
+  }
+
+  NI->insertBefore(User);
+  NI->setName(User->getName());
+  User->replaceAllUsesWith(NI);
+  NI->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
+  RedoInsts.insert(I);
+  MadeChange = true;
+  return NI;
 }
 
-/// OptimizeInst - Inspect and optimize the given instruction. Note that erasing
+/// Inspect and optimize the given instruction. Note that erasing
 /// instructions is not allowed.
-void Reassociate::OptimizeInst(Instruction *I) {
+void ReassociatePass::OptimizeInst(Instruction *I) {
   // Only consider operations that we understand.
   if (!isa<BinaryOperator>(I))
     return;
 
-  if (I->getOpcode() == Instruction::Shl &&
-      isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)))
+  if (I->getOpcode() == Instruction::Shl && isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)))
     // 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(I->getOperand(0), Instruction::Mul) ||
         (I->hasOneUse() &&
-         (isReassociableOp(I->use_back(), Instruction::Mul) ||
-          isReassociableOp(I->use_back(), Instruction::Add)))) {
+         (isReassociableOp(I->user_back(), Instruction::Mul) ||
+          isReassociableOp(I->user_back(), Instruction::Add)))) {
       Instruction *NI = ConvertShiftToMul(I);
       RedoInsts.insert(I);
       MadeChange = true;
       I = NI;
     }
 
-  // Floating point binary operators are not associative, but we can still
-  // commute (some) of them, to canonicalize the order of their operands.
-  // This can potentially expose more CSE opportunities, and makes writing
-  // other transformations simpler.
-  if ((I->getType()->isFloatingPointTy() || I->getType()->isVectorTy())) {
-    // FAdd and FMul can be commuted.
-    if (I->getOpcode() != Instruction::FMul &&
-        I->getOpcode() != Instruction::FAdd)
-      return;
-
-    Value *LHS = I->getOperand(0);
-    Value *RHS = I->getOperand(1);
-    unsigned LHSRank = getRank(LHS);
-    unsigned RHSRank = getRank(RHS);
+  // Canonicalize negative constants out of expressions.
+  if (Instruction *Res = canonicalizeNegConstExpr(I))
+    I = Res;
 
-    // Sort the operands by rank.
-    if (RHSRank < LHSRank) {
-      I->setOperand(0, RHS);
-      I->setOperand(1, LHS);
-    }
+  // Commute binary operators, to canonicalize the order of their operands.
+  // This can potentially expose more CSE opportunities, and makes writing other
+  // transformations simpler.
+  if (I->isCommutative())
+    canonicalizeOperands(I);
 
+  // Don't optimize floating-point instructions unless they are 'fast'.
+  if (I->getType()->isFPOrFPVectorTy() && !I->isFast())
     return;
-  }
 
   // Do not reassociate boolean (i1) expressions.  We want to preserve the
   // original order of evaluation for short-circuited comparisons that
@@ -1846,7 +2032,7 @@ void Reassociate::OptimizeInst(Instruction *I) {
   // see if we can convert it to X+-Y.
   if (I->getOpcode() == Instruction::Sub) {
     if (ShouldBreakUpSubtract(I)) {
-      Instruction *NI = BreakUpSubtract(I);
+      Instruction *NI = BreakUpSubtract(I, RedoInsts);
       RedoInsts.insert(I);
       MadeChange = true;
       I = NI;
@@ -1855,8 +2041,38 @@ void Reassociate::OptimizeInst(Instruction *I) {
       // and if this is not an inner node of a multiply tree.
       if (isReassociableOp(I->getOperand(1), Instruction::Mul) &&
           (!I->hasOneUse() ||
-           !isReassociableOp(I->use_back(), Instruction::Mul))) {
+           !isReassociableOp(I->user_back(), Instruction::Mul))) {
+        Instruction *NI = LowerNegateToMultiply(I);
+        // If the negate was simplified, revisit the users to see if we can
+        // reassociate further.
+        for (User *U : NI->users()) {
+          if (BinaryOperator *Tmp = dyn_cast<BinaryOperator>(U))
+            RedoInsts.insert(Tmp);
+        }
+        RedoInsts.insert(I);
+        MadeChange = true;
+        I = NI;
+      }
+    }
+  } else if (I->getOpcode() == Instruction::FSub) {
+    if (ShouldBreakUpSubtract(I)) {
+      Instruction *NI = BreakUpSubtract(I, RedoInsts);
+      RedoInsts.insert(I);
+      MadeChange = true;
+      I = NI;
+    } else if (BinaryOperator::isFNeg(I)) {
+      // 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(I->getOperand(1), Instruction::FMul) &&
+          (!I->hasOneUse() ||
+           !isReassociableOp(I->user_back(), Instruction::FMul))) {
+        // If the negate was simplified, revisit the users to see if we can
+        // reassociate further.
         Instruction *NI = LowerNegateToMultiply(I);
+        for (User *U : NI->users()) {
+          if (BinaryOperator *Tmp = dyn_cast<BinaryOperator>(U))
+            RedoInsts.insert(Tmp);
+        }
         RedoInsts.insert(I);
         MadeChange = true;
         I = NI;
@@ -1871,20 +2087,29 @@ void Reassociate::OptimizeInst(Instruction *I) {
   // 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.
   unsigned Opcode = BO->getOpcode();
-  if (BO->hasOneUse() && BO->use_back()->getOpcode() == Opcode)
+  if (BO->hasOneUse() && BO->user_back()->getOpcode() == Opcode) {
+    // During the initial run we will get to the root of the tree.
+    // But if we get here while we are redoing instructions, there is no
+    // guarantee that the root will be visited. So Redo later
+    if (BO->user_back() != BO &&
+        BO->getParent() == BO->user_back()->getParent())
+      RedoInsts.insert(BO->user_back());
     return;
+  }
 
   // If this is an add tree that is used by a sub instruction, ignore it
   // until we process the subtract.
   if (BO->hasOneUse() && BO->getOpcode() == Instruction::Add &&
-      cast<Instruction>(BO->use_back())->getOpcode() == Instruction::Sub)
+      cast<Instruction>(BO->user_back())->getOpcode() == Instruction::Sub)
+    return;
+  if (BO->hasOneUse() && BO->getOpcode() == Instruction::FAdd &&
+      cast<Instruction>(BO->user_back())->getOpcode() == Instruction::FSub)
     return;
 
   ReassociateExpression(BO);
 }
 
-void Reassociate::ReassociateExpression(BinaryOperator *I) {
-
+void ReassociatePass::ReassociateExpression(BinaryOperator *I) {
   // First, walk the expression tree, linearizing the tree, collecting the
   // operand information.
   SmallVector<RepeatedValue, 8> Tree;
@@ -1907,7 +2132,7 @@ void Reassociate::ReassociateExpression(BinaryOperator *I) {
   // the vector.
   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end());
 
-  // OptimizeExpression - Now that we have the expression tree in a convenient
+  // Now that we have the expression tree in a convenient
   // sorted form, optimize it globally if possible.
   if (Value *V = OptimizeExpression(I, Ops)) {
     if (V == I)
@@ -1918,7 +2143,8 @@ void Reassociate::ReassociateExpression(BinaryOperator *I) {
     DEBUG(dbgs() << "Reassoc to scalar: " << *V << '\n');
     I->replaceAllUsesWith(V);
     if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V))
-      VI->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
+      if (I->getDebugLoc())
+        VI->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
     RedoInsts.insert(I);
     ++NumAnnihil;
     return;
@@ -1928,12 +2154,21 @@ void Reassociate::ReassociateExpression(BinaryOperator *I) {
   // 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);
+  if (I->hasOneUse()) {
+    if (I->getOpcode() == Instruction::Mul &&
+        cast<Instruction>(I->user_back())->getOpcode() == Instruction::Add &&
+        isa<ConstantInt>(Ops.back().Op) &&
+        cast<ConstantInt>(Ops.back().Op)->isMinusOne()) {
+      ValueEntry Tmp = Ops.pop_back_val();
+      Ops.insert(Ops.begin(), Tmp);
+    } else if (I->getOpcode() == Instruction::FMul &&
+               cast<Instruction>(I->user_back())->getOpcode() ==
+                   Instruction::FAdd &&
+               isa<ConstantFP>(Ops.back().Op) &&
+               cast<ConstantFP>(Ops.back().Op)->isExactlyValue(-1.0)) {
+      ValueEntry Tmp = Ops.pop_back_val();
+      Ops.insert(Ops.begin(), Tmp);
+    }
   }
 
   DEBUG(dbgs() << "RAOut:\t"; PrintOps(I, Ops); dbgs() << '\n');
@@ -1957,26 +2192,47 @@ void Reassociate::ReassociateExpression(BinaryOperator *I) {
   RewriteExprTree(I, Ops);
 }
 
-bool Reassociate::runOnFunction(Function &F) {
-  if (skipOptnoneFunction(F))
-    return false;
+PreservedAnalyses ReassociatePass::run(Function &F, FunctionAnalysisManager &) {
+  // Get the functions basic blocks in Reverse Post Order. This order is used by
+  // BuildRankMap to pre calculate ranks correctly. It also excludes dead basic
+  // blocks (it has been seen that the analysis in this pass could hang when
+  // analysing dead basic blocks).
+  ReversePostOrderTraversal<Function *> RPOT(&F);
 
-  // Calculate the rank map for F
-  BuildRankMap(F);
+  // Calculate the rank map for F.
+  BuildRankMap(F, RPOT);
 
   MadeChange = false;
-  for (Function::iterator BI = F.begin(), BE = F.end(); BI != BE; ++BI) {
+  // Traverse the same blocks that was analysed by BuildRankMap.
+  for (BasicBlock *BI : RPOT) {
+    assert(RankMap.count(&*BI) && "BB should be ranked.");
     // Optimize every instruction in the basic block.
-    for (BasicBlock::iterator II = BI->begin(), IE = BI->end(); II != IE; )
-      if (isInstructionTriviallyDead(II)) {
-        EraseInst(II++);
+    for (BasicBlock::iterator II = BI->begin(), IE = BI->end(); II != IE;)
+      if (isInstructionTriviallyDead(&*II)) {
+        EraseInst(&*II++);
       } else {
-        OptimizeInst(II);
-        assert(II->getParent() == BI && "Moved to a different block!");
+        OptimizeInst(&*II);
+        assert(II->getParent() == &*BI && "Moved to a different block!");
         ++II;
       }
 
-    // If this produced extra instructions to optimize, handle them now.
+    // Make a copy of all the instructions to be redone so we can remove dead
+    // instructions.
+    SetVector<AssertingVH<Instruction>> ToRedo(RedoInsts);
+    // Iterate over all instructions to be reevaluated and remove trivially dead
+    // instructions. If any operand of the trivially dead instruction becomes
+    // dead mark it for deletion as well. Continue this process until all
+    // trivially dead instructions have been removed.
+    while (!ToRedo.empty()) {
+      Instruction *I = ToRedo.pop_back_val();
+      if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
+        RecursivelyEraseDeadInsts(I, ToRedo);
+        MadeChange = true;
+      }
+    }
+
+    // Now that we have removed dead instructions, we can reoptimize the
+    // remaining instructions.
     while (!RedoInsts.empty()) {
       Instruction *I = RedoInsts.pop_back_val();
       if (isInstructionTriviallyDead(I))
@@ -1990,5 +2246,51 @@ bool Reassociate::runOnFunction(Function &F) {
   RankMap.clear();
   ValueRankMap.clear();
 
-  return MadeChange;
+  if (MadeChange) {
+    PreservedAnalyses PA;
+    PA.preserveSet<CFGAnalyses>();
+    PA.preserve<GlobalsAA>();
+    return PA;
+  }
+
+  return PreservedAnalyses::all();
+}
+
+namespace {
+
+  class ReassociateLegacyPass : public FunctionPass {
+    ReassociatePass Impl;
+
+  public:
+    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+
+    ReassociateLegacyPass() : FunctionPass(ID) {
+      initializeReassociateLegacyPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    }
+
+    bool runOnFunction(Function &F) override {
+      if (skipFunction(F))
+        return false;
+
+      FunctionAnalysisManager DummyFAM;
+      auto PA = Impl.run(F, DummyFAM);
+      return !PA.areAllPreserved();
+    }
+
+    void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
+      AU.setPreservesCFG();
+      AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
+    }
+  };
+
+} // end anonymous namespace
+
+char ReassociateLegacyPass::ID = 0;
+
+INITIALIZE_PASS(ReassociateLegacyPass, "reassociate",
+                "Reassociate expressions", false, false)
+
+// Public interface to the Reassociate pass
+FunctionPass *llvm::createReassociatePass() {
+  return new ReassociateLegacyPass();
 }