[SROA] Cleanup - remove the use of std::mem_fun_ref nonsense and use
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / SROA.cpp
1 //===- SROA.cpp - Scalar Replacement Of Aggregates ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This transformation implements the well known scalar replacement of
11 /// aggregates transformation. It tries to identify promotable elements of an
12 /// aggregate alloca, and promote them to registers. It will also try to
13 /// convert uses of an element (or set of elements) of an alloca into a vector
14 /// or bitfield-style integer scalar if appropriate.
15 ///
16 /// It works to do this with minimal slicing of the alloca so that regions
17 /// which are merely transferred in and out of external memory remain unchanged
18 /// and are not decomposed to scalar code.
19 ///
20 /// Because this also performs alloca promotion, it can be thought of as also
21 /// serving the purpose of SSA formation. The algorithm iterates on the
22 /// function until all opportunities for promotion have been realized.
23 ///
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25
26 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
27 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
28 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
31 #include "llvm/Analysis/AssumptionTracker.h"
32 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
33 #include "llvm/Analysis/PtrUseVisitor.h"
34 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
35 #include "llvm/IR/Constants.h"
36 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
37 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
38 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
39 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
40 #include "llvm/IR/Dominators.h"
41 #include "llvm/IR/Function.h"
42 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
43 #include "llvm/IR/InstVisitor.h"
44 #include "llvm/IR/Instructions.h"
45 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
46 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
47 #include "llvm/IR/Operator.h"
48 #include "llvm/Pass.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Compiler.h"
51 #include "llvm/Support/Debug.h"
52 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
53 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
54 #include "llvm/Support/TimeValue.h"
55 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
58 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
59
60 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
61 // We only use this for a debug check in C++11
62 #include <random>
63 #endif
64
65 using namespace llvm;
66
67 #define DEBUG_TYPE "sroa"
68
69 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
70 STATISTIC(NumAllocaPartitions, "Number of alloca partitions formed");
71 STATISTIC(MaxPartitionsPerAlloca, "Maximum number of partitions per alloca");
72 STATISTIC(NumAllocaPartitionUses, "Number of alloca partition uses rewritten");
73 STATISTIC(MaxUsesPerAllocaPartition, "Maximum number of uses of a partition");
74 STATISTIC(NumNewAllocas, "Number of new, smaller allocas introduced");
75 STATISTIC(NumPromoted, "Number of allocas promoted to SSA values");
76 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
77 STATISTIC(NumDeleted, "Number of instructions deleted");
78 STATISTIC(NumVectorized, "Number of vectorized aggregates");
79
80 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
81 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
82 static cl::opt<bool>
83 ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false), cl::Hidden);
84
85 /// Hidden option to enable randomly shuffling the slices to help uncover
86 /// instability in their order.
87 static cl::opt<bool> SROARandomShuffleSlices("sroa-random-shuffle-slices",
88                                              cl::init(false), cl::Hidden);
89
90 /// Hidden option to experiment with completely strict handling of inbounds
91 /// GEPs.
92 static cl::opt<bool> SROAStrictInbounds("sroa-strict-inbounds",
93                                         cl::init(false), cl::Hidden);
94
95 namespace {
96 /// \brief A custom IRBuilder inserter which prefixes all names if they are
97 /// preserved.
98 template <bool preserveNames = true>
99 class IRBuilderPrefixedInserter :
100     public IRBuilderDefaultInserter<preserveNames> {
101   std::string Prefix;
102
103 public:
104   void SetNamePrefix(const Twine &P) { Prefix = P.str(); }
105
106 protected:
107   void InsertHelper(Instruction *I, const Twine &Name, BasicBlock *BB,
108                     BasicBlock::iterator InsertPt) const {
109     IRBuilderDefaultInserter<preserveNames>::InsertHelper(
110         I, Name.isTriviallyEmpty() ? Name : Prefix + Name, BB, InsertPt);
111   }
112 };
113
114 // Specialization for not preserving the name is trivial.
115 template <>
116 class IRBuilderPrefixedInserter<false> :
117     public IRBuilderDefaultInserter<false> {
118 public:
119   void SetNamePrefix(const Twine &P) {}
120 };
121
122 /// \brief Provide a typedef for IRBuilder that drops names in release builds.
123 #ifndef NDEBUG
124 typedef llvm::IRBuilder<true, ConstantFolder,
125                         IRBuilderPrefixedInserter<true> > IRBuilderTy;
126 #else
127 typedef llvm::IRBuilder<false, ConstantFolder,
128                         IRBuilderPrefixedInserter<false> > IRBuilderTy;
129 #endif
130 }
131
132 namespace {
133 /// \brief A used slice of an alloca.
134 ///
135 /// This structure represents a slice of an alloca used by some instruction. It
136 /// stores both the begin and end offsets of this use, a pointer to the use
137 /// itself, and a flag indicating whether we can classify the use as splittable
138 /// or not when forming partitions of the alloca.
139 class Slice {
140   /// \brief The beginning offset of the range.
141   uint64_t BeginOffset;
142
143   /// \brief The ending offset, not included in the range.
144   uint64_t EndOffset;
145
146   /// \brief Storage for both the use of this slice and whether it can be
147   /// split.
148   PointerIntPair<Use *, 1, bool> UseAndIsSplittable;
149
150 public:
151   Slice() : BeginOffset(), EndOffset() {}
152   Slice(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U, bool IsSplittable)
153       : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset),
154         UseAndIsSplittable(U, IsSplittable) {}
155
156   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
157   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
158
159   bool isSplittable() const { return UseAndIsSplittable.getInt(); }
160   void makeUnsplittable() { UseAndIsSplittable.setInt(false); }
161
162   Use *getUse() const { return UseAndIsSplittable.getPointer(); }
163
164   bool isDead() const { return getUse() == nullptr; }
165   void kill() { UseAndIsSplittable.setPointer(nullptr); }
166
167   /// \brief Support for ordering ranges.
168   ///
169   /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
170   /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
171   /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
172   /// same start position.
173   bool operator<(const Slice &RHS) const {
174     if (beginOffset() < RHS.beginOffset()) return true;
175     if (beginOffset() > RHS.beginOffset()) return false;
176     if (isSplittable() != RHS.isSplittable()) return !isSplittable();
177     if (endOffset() > RHS.endOffset()) return true;
178     return false;
179   }
180
181   /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
182   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(const Slice &LHS,
183                                               uint64_t RHSOffset) {
184     return LHS.beginOffset() < RHSOffset;
185   }
186   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
187                                               const Slice &RHS) {
188     return LHSOffset < RHS.beginOffset();
189   }
190
191   bool operator==(const Slice &RHS) const {
192     return isSplittable() == RHS.isSplittable() &&
193            beginOffset() == RHS.beginOffset() && endOffset() == RHS.endOffset();
194   }
195   bool operator!=(const Slice &RHS) const { return !operator==(RHS); }
196 };
197 } // end anonymous namespace
198
199 namespace llvm {
200 template <typename T> struct isPodLike;
201 template <> struct isPodLike<Slice> {
202    static const bool value = true;
203 };
204 }
205
206 namespace {
207 /// \brief Representation of the alloca slices.
208 ///
209 /// This class represents the slices of an alloca which are formed by its
210 /// various uses. If a pointer escapes, we can't fully build a representation
211 /// for the slices used and we reflect that in this structure. The uses are
212 /// stored, sorted by increasing beginning offset and with unsplittable slices
213 /// starting at a particular offset before splittable slices.
214 class AllocaSlices {
215 public:
216   /// \brief Construct the slices of a particular alloca.
217   AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI);
218
219   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
220   ///
221   /// If this is true, the slices are never fully built and should be
222   /// ignored.
223   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
224
225   /// \brief Support for iterating over the slices.
226   /// @{
227   typedef SmallVectorImpl<Slice>::iterator iterator;
228   typedef iterator_range<iterator> range;
229   iterator begin() { return Slices.begin(); }
230   iterator end() { return Slices.end(); }
231
232   typedef SmallVectorImpl<Slice>::const_iterator const_iterator;
233   typedef iterator_range<const_iterator> const_range;
234   const_iterator begin() const { return Slices.begin(); }
235   const_iterator end() const { return Slices.end(); }
236   /// @}
237
238   /// \brief Access the dead users for this alloca.
239   ArrayRef<Instruction *> getDeadUsers() const { return DeadUsers; }
240
241   /// \brief Access the dead operands referring to this alloca.
242   ///
243   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
244   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
245   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
246   /// need to replace with undef.
247   ArrayRef<Use *> getDeadOperands() const { return DeadOperands; }
248
249 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
250   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
251   void printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
252                   StringRef Indent = "  ") const;
253   void printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
254                 StringRef Indent = "  ") const;
255   void print(raw_ostream &OS) const;
256   void dump(const_iterator I) const;
257   void dump() const;
258 #endif
259
260 private:
261   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
262   class SliceBuilder;
263   friend class AllocaSlices::SliceBuilder;
264
265 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
266   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
267   AllocaInst &AI;
268 #endif
269
270   /// \brief The instruction responsible for this alloca not having a known set
271   /// of slices.
272   ///
273   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
274   /// store a pointer to that here and abort trying to form slices of the
275   /// alloca. This will be null if the alloca slices are analyzed successfully.
276   Instruction *PointerEscapingInstr;
277
278   /// \brief The slices of the alloca.
279   ///
280   /// We store a vector of the slices formed by uses of the alloca here. This
281   /// vector is sorted by increasing begin offset, and then the unsplittable
282   /// slices before the splittable ones. See the Slice inner class for more
283   /// details.
284   SmallVector<Slice, 8> Slices;
285
286   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
287   ///
288   /// Note that these are not separated by slice. This is because we expect an
289   /// alloca to be completely rewritten or not rewritten at all. If rewritten,
290   /// all these instructions can simply be removed and replaced with undef as
291   /// they come from outside of the allocated space.
292   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
293
294   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
295   ///
296   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
297   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
298   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
299   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
300   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
301   /// the alloca.
302   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
303 };
304 }
305
306 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
307   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
308   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
309   // early on.
310   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
311     return SI.getOperand(1+CI->isZero());
312   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
313     return SI.getOperand(1);
314
315   return nullptr;
316 }
317
318 /// \brief A helper that folds a PHI node or a select.
319 static Value *foldPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
320   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
321     // If PN merges together the same value, return that value.
322     return PN->hasConstantValue();
323   }
324   return foldSelectInst(cast<SelectInst>(I));
325 }
326
327 /// \brief Builder for the alloca slices.
328 ///
329 /// This class builds a set of alloca slices by recursively visiting the uses
330 /// of an alloca and making a slice for each load and store at each offset.
331 class AllocaSlices::SliceBuilder : public PtrUseVisitor<SliceBuilder> {
332   friend class PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
333   friend class InstVisitor<SliceBuilder>;
334   typedef PtrUseVisitor<SliceBuilder> Base;
335
336   const uint64_t AllocSize;
337   AllocaSlices &AS;
338
339   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferSliceMap;
340   SmallDenseMap<Instruction *, uint64_t> PHIOrSelectSizes;
341
342   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
343   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
344
345 public:
346   SliceBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS)
347       : PtrUseVisitor<SliceBuilder>(DL),
348         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())), AS(AS) {}
349
350 private:
351   void markAsDead(Instruction &I) {
352     if (VisitedDeadInsts.insert(&I).second)
353       AS.DeadUsers.push_back(&I);
354   }
355
356   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
357                  bool IsSplittable = false) {
358     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
359     // past the end of the allocation.
360     if (Size == 0 || Offset.uge(AllocSize)) {
361       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
362                    << " which has zero size or starts outside of the "
363                    << AllocSize << " byte alloca:\n"
364                    << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
365                    << "       use: " << I << "\n");
366       return markAsDead(I);
367     }
368
369     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
370     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
371
372     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
373     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
374     // This may appear superficially to be something we could ignore entirely,
375     // but that is not so! There may be widened loads or PHI-node uses where
376     // some instructions are dead but not others. We can't completely ignore
377     // them, and so have to record at least the information here.
378     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
379     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
380       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
381                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
382                    << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
383                    << "       use: " << I << "\n");
384       EndOffset = AllocSize;
385     }
386
387     AS.Slices.push_back(Slice(BeginOffset, EndOffset, U, IsSplittable));
388   }
389
390   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
391     if (BC.use_empty())
392       return markAsDead(BC);
393
394     return Base::visitBitCastInst(BC);
395   }
396
397   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
398     if (GEPI.use_empty())
399       return markAsDead(GEPI);
400
401     if (SROAStrictInbounds && GEPI.isInBounds()) {
402       // FIXME: This is a manually un-factored variant of the basic code inside
403       // of GEPs with checking of the inbounds invariant specified in the
404       // langref in a very strict sense. If we ever want to enable
405       // SROAStrictInbounds, this code should be factored cleanly into
406       // PtrUseVisitor, but it is easier to experiment with SROAStrictInbounds
407       // by writing out the code here where we have tho underlying allocation
408       // size readily available.
409       APInt GEPOffset = Offset;
410       for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI),
411                              GTE = gep_type_end(GEPI);
412            GTI != GTE; ++GTI) {
413         ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
414         if (!OpC)
415           break;
416
417         // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
418         if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
419           unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
420           const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
421           GEPOffset +=
422               APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(ElementIdx));
423         } else {
424           // For array or vector indices, scale the index by the size of the type.
425           APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth());
426           GEPOffset += Index * APInt(Offset.getBitWidth(),
427                                      DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
428         }
429
430         // If this index has computed an intermediate pointer which is not
431         // inbounds, then the result of the GEP is a poison value and we can
432         // delete it and all uses.
433         if (GEPOffset.ugt(AllocSize))
434           return markAsDead(GEPI);
435       }
436     }
437
438     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
439   }
440
441   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
442                          uint64_t Size, bool IsVolatile) {
443     // We allow splitting of loads and stores where the type is an integer type
444     // and cover the entire alloca. This prevents us from splitting over
445     // eagerly.
446     // FIXME: In the great blue eventually, we should eagerly split all integer
447     // loads and stores, and then have a separate step that merges adjacent
448     // alloca partitions into a single partition suitable for integer widening.
449     // Or we should skip the merge step and rely on GVN and other passes to
450     // merge adjacent loads and stores that survive mem2reg.
451     bool IsSplittable =
452         Ty->isIntegerTy() && !IsVolatile && Offset == 0 && Size >= AllocSize;
453
454     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
455   }
456
457   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
458     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
459            "All simple FCA loads should have been pre-split");
460
461     if (!IsOffsetKnown)
462       return PI.setAborted(&LI);
463
464     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI.getType());
465     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, Size, LI.isVolatile());
466   }
467
468   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
469     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
470     if (ValOp == *U)
471       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
472     if (!IsOffsetKnown)
473       return PI.setAborted(&SI);
474
475     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(ValOp->getType());
476
477     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
478     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
479     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
480     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
481     // risk of overflow.
482     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
483     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
484     if (Size > AllocSize || Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
485       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte store @" << Offset
486                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
487                    << " byte alloca:\n"
488                    << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
489                    << "       use: " << SI << "\n");
490       return markAsDead(SI);
491     }
492
493     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
494            "All simple FCA stores should have been pre-split");
495     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, Size, SI.isVolatile());
496   }
497
498
499   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
500     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
501     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
502     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
503         (IsOffsetKnown && Offset.uge(AllocSize)))
504       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
505       return markAsDead(II);
506
507     if (!IsOffsetKnown)
508       return PI.setAborted(&II);
509
510     insertUse(II, Offset,
511               Length ? Length->getLimitedValue()
512                      : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
513               (bool)Length);
514   }
515
516   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
517     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
518     if (Length && Length->getValue() == 0)
519       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
520       return markAsDead(II);
521
522     // Because we can visit these intrinsics twice, also check to see if the
523     // first time marked this instruction as dead. If so, skip it.
524     if (VisitedDeadInsts.count(&II))
525       return;
526
527     if (!IsOffsetKnown)
528       return PI.setAborted(&II);
529
530     // This side of the transfer is completely out-of-bounds, and so we can
531     // nuke the entire transfer. However, we also need to nuke the other side
532     // if already added to our partitions.
533     // FIXME: Yet another place we really should bypass this when
534     // instrumenting for ASan.
535     if (Offset.uge(AllocSize)) {
536       SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI = MemTransferSliceMap.find(&II);
537       if (MTPI != MemTransferSliceMap.end())
538         AS.Slices[MTPI->second].kill();
539       return markAsDead(II);
540     }
541
542     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
543     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue()
544                            : AllocSize - RawOffset;
545
546     // Check for the special case where the same exact value is used for both
547     // source and dest.
548     if (*U == II.getRawDest() && *U == II.getRawSource()) {
549       // For non-volatile transfers this is a no-op.
550       if (!II.isVolatile())
551         return markAsDead(II);
552
553       return insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/false);
554     }
555
556     // If we have seen both source and destination for a mem transfer, then
557     // they both point to the same alloca.
558     bool Inserted;
559     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI;
560     std::tie(MTPI, Inserted) =
561         MemTransferSliceMap.insert(std::make_pair(&II, AS.Slices.size()));
562     unsigned PrevIdx = MTPI->second;
563     if (!Inserted) {
564       Slice &PrevP = AS.Slices[PrevIdx];
565
566       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
567       // In that case, we can completely elide the transfer.
568       if (!II.isVolatile() && PrevP.beginOffset() == RawOffset) {
569         PrevP.kill();
570         return markAsDead(II);
571       }
572
573       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
574       // split those.
575       PrevP.makeUnsplittable();
576     }
577
578     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
579     insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/Inserted && Length);
580
581     // Check that we ended up with a valid index in the map.
582     assert(AS.Slices[PrevIdx].getUse()->getUser() == &II &&
583            "Map index doesn't point back to a slice with this user.");
584   }
585
586   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
587   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
588   // doesn't make sense.
589   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
590     if (!IsOffsetKnown)
591       return PI.setAborted(&II);
592
593     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
594         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
595       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
596       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
597                                Length->getLimitedValue());
598       insertUse(II, Offset, Size, true);
599       return;
600     }
601
602     Base::visitIntrinsicInst(II);
603   }
604
605   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
606     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
607     // the same offset to be a viable use for slicing purposes. These uses
608     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
609     // size.
610     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
611     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
612     Visited.insert(Root);
613     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
614     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
615     // a size zero access.
616     Size = 0;
617     do {
618       Instruction *I, *UsedI;
619       std::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
620
621       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
622         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(LI->getType()));
623         continue;
624       }
625       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
626         Value *Op = SI->getOperand(0);
627         if (Op == UsedI)
628           return SI;
629         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(Op->getType()));
630         continue;
631       }
632
633       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
634         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
635           return GEP;
636       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
637                  !isa<SelectInst>(I)) {
638         return I;
639       }
640
641       for (User *U : I->users())
642         if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)).second)
643           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(U)));
644     } while (!Uses.empty());
645
646     return nullptr;
647   }
648
649   void visitPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
650     assert(isa<PHINode>(I) || isa<SelectInst>(I));
651     if (I.use_empty())
652       return markAsDead(I);
653
654     // TODO: We could use SimplifyInstruction here to fold PHINodes and
655     // SelectInsts. However, doing so requires to change the current
656     // dead-operand-tracking mechanism. For instance, suppose neither loading
657     // from %U nor %other traps. Then "load (select undef, %U, %other)" does not
658     // trap either.  However, if we simply replace %U with undef using the
659     // current dead-operand-tracking mechanism, "load (select undef, undef,
660     // %other)" may trap because the select may return the first operand
661     // "undef".
662     if (Value *Result = foldPHINodeOrSelectInst(I)) {
663       if (Result == *U)
664         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
665         // through the PHI/select as if we had RAUW'ed it.
666         enqueueUsers(I);
667       else
668         // Otherwise the operand to the PHI/select is dead, and we can replace
669         // it with undef.
670         AS.DeadOperands.push_back(U);
671
672       return;
673     }
674
675     if (!IsOffsetKnown)
676       return PI.setAborted(&I);
677
678     // See if we already have computed info on this node.
679     uint64_t &Size = PHIOrSelectSizes[&I];
680     if (!Size) {
681       // This is a new PHI/Select, check for an unsafe use of it.
682       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&I, Size))
683         return PI.setAborted(UnsafeI);
684     }
685
686     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
687     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
688     // case them here and use a separate structure to track the operands
689     // themselves which should be replaced with undef.
690     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
691     // for address sanitization.
692     if (Offset.uge(AllocSize)) {
693       AS.DeadOperands.push_back(U);
694       return;
695     }
696
697     insertUse(I, Offset, Size);
698   }
699
700   void visitPHINode(PHINode &PN) {
701     visitPHINodeOrSelectInst(PN);
702   }
703
704   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
705     visitPHINodeOrSelectInst(SI);
706   }
707
708   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
709   void visitInstruction(Instruction &I) {
710     PI.setAborted(&I);
711   }
712 };
713
714 AllocaSlices::AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI)
715     :
716 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
717       AI(AI),
718 #endif
719       PointerEscapingInstr(nullptr) {
720   SliceBuilder PB(DL, AI, *this);
721   SliceBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
722   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
723     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
724     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaSlices.
725     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
726                                                   : PtrI.getAbortingInst();
727     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
728     return;
729   }
730
731   Slices.erase(std::remove_if(Slices.begin(), Slices.end(),
732                               [](const Slice &S) {
733                                 return S.isDead();
734                               }),
735                Slices.end());
736
737 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
738   if (SROARandomShuffleSlices) {
739     std::mt19937 MT(static_cast<unsigned>(sys::TimeValue::now().msec()));
740     std::shuffle(Slices.begin(), Slices.end(), MT);
741   }
742 #endif
743
744   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
745   // and the sizes to be in descending order.
746   std::sort(Slices.begin(), Slices.end());
747 }
748
749 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
750
751 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
752                          StringRef Indent) const {
753   printSlice(OS, I, Indent);
754   printUse(OS, I, Indent);
755 }
756
757 void AllocaSlices::printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
758                               StringRef Indent) const {
759   OS << Indent << "[" << I->beginOffset() << "," << I->endOffset() << ")"
760      << " slice #" << (I - begin())
761      << (I->isSplittable() ? " (splittable)" : "") << "\n";
762 }
763
764 void AllocaSlices::printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
765                             StringRef Indent) const {
766   OS << Indent << "  used by: " << *I->getUse()->getUser() << "\n";
767 }
768
769 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS) const {
770   if (PointerEscapingInstr) {
771     OS << "Can't analyze slices for alloca: " << AI << "\n"
772        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
773        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
774     return;
775   }
776
777   OS << "Slices of alloca: " << AI << "\n";
778   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
779     print(OS, I);
780 }
781
782 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump(const_iterator I) const {
783   print(dbgs(), I);
784 }
785 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump() const { print(dbgs()); }
786
787 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
788
789 namespace {
790 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
791 ///
792 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
793 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
794 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
795 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
796 /// scalar values.
797 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
798   AllocaInst &AI;
799   DIBuilder &DIB;
800
801   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
802   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
803
804 public:
805   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction *> &Insts, SSAUpdater &S,
806                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
807       : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
808
809   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
810     // Retain the debug information attached to the alloca for use when
811     // rewriting loads and stores.
812     if (auto *L = LocalAsMetadata::getIfExists(&AI)) {
813       if (auto *DebugNode = MetadataAsValue::getIfExists(AI.getContext(), L)) {
814         for (User *U : DebugNode->users())
815           if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(U))
816             DDIs.push_back(DDI);
817           else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(U))
818             DVIs.push_back(DVI);
819       }
820     }
821
822     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
823
824     // While we have the debug information, clear it off of the alloca. The
825     // caller takes care of deleting the alloca.
826     while (!DDIs.empty())
827       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
828     while (!DVIs.empty())
829       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
830   }
831
832   bool isInstInList(Instruction *I,
833                     const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const override {
834     Value *Ptr;
835     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
836       Ptr = LI->getOperand(0);
837     else
838       Ptr = cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
839
840     // Only used to detect cycles, which will be rare and quickly found as
841     // we're walking up a chain of defs rather than down through uses.
842     SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
843
844     do {
845       if (Ptr == &AI)
846         return true;
847
848       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Ptr))
849         Ptr = BCI->getOperand(0);
850       else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
851         Ptr = GEPI->getPointerOperand();
852       else
853         return false;
854
855     } while (Visited.insert(Ptr).second);
856
857     return false;
858   }
859
860   void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const override {
861     for (DbgDeclareInst *DDI : DDIs)
862       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
863         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
864       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
865         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
866     for (DbgValueInst *DVI : DVIs) {
867       Value *Arg = nullptr;
868       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
869         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
870         // may be zapped by an optimization pass in future.
871         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
872           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
873         else if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
874           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
875         if (!Arg)
876           Arg = SI->getValueOperand();
877       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
878         Arg = LI->getPointerOperand();
879       } else {
880         continue;
881       }
882       Instruction *DbgVal =
883           DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
884                                       DIExpression(DVI->getExpression()), Inst);
885       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
886     }
887   }
888 };
889 } // end anon namespace
890
891
892 namespace {
893 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
894 ///
895 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
896 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
897 /// a few steps to this process.
898 ///
899 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
900 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
901 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
902 ///    as necessary and try to isolate individual scalar accesses.
903 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
904 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
905 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
906 ///    select to be a PHI or select of the results.
907 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
908 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
909 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
910 ///    SSA vector values.
911 class SROA : public FunctionPass {
912   const bool RequiresDomTree;
913
914   LLVMContext *C;
915   const DataLayout *DL;
916   DominatorTree *DT;
917   AssumptionTracker *AT;
918
919   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
920   ///
921   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
922   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
923   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
924   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
925   /// already present to ensure it is re-visited.
926   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
927
928   /// \brief A collection of instructions to delete.
929   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
930   /// efficient.
931   SetVector<Instruction *, SmallVector<Instruction *, 8> > DeadInsts;
932
933   /// \brief Post-promotion worklist.
934   ///
935   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
936   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
937   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
938   ///
939   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
940   /// the event they are deleted.
941   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
942
943   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
944   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
945
946   /// \brief A worklist of PHIs to speculate prior to promoting allocas.
947   ///
948   /// All of these PHIs have been checked for the safety of speculation and by
949   /// being speculated will allow promoting allocas currently in the promotable
950   /// queue.
951   SetVector<PHINode *, SmallVector<PHINode *, 2> > SpeculatablePHIs;
952
953   /// \brief A worklist of select instructions to speculate prior to promoting
954   /// allocas.
955   ///
956   /// All of these select instructions have been checked for the safety of
957   /// speculation and by being speculated will allow promoting allocas
958   /// currently in the promotable queue.
959   SetVector<SelectInst *, SmallVector<SelectInst *, 2> > SpeculatableSelects;
960
961 public:
962   SROA(bool RequiresDomTree = true)
963       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
964         C(nullptr), DL(nullptr), DT(nullptr) {
965     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
966   }
967   bool runOnFunction(Function &F) override;
968   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
969
970   const char *getPassName() const override { return "SROA"; }
971   static char ID;
972
973 private:
974   friend class PHIOrSelectSpeculator;
975   friend class AllocaSliceRewriter;
976
977   bool rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS,
978                         AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
979                         int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
980                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses);
981   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS);
982   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
983   void clobberUse(Use &U);
984   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSetImpl<AllocaInst *> &DeletedAllocas);
985   bool promoteAllocas(Function &F);
986 };
987 }
988
989 char SROA::ID = 0;
990
991 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
992   return new SROA(RequiresDomTree);
993 }
994
995 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
996                       false, false)
997 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionTracker)
998 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
999 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1000                     false, false)
1001
1002 /// Walk the range of a partitioning looking for a common type to cover this
1003 /// sequence of slices.
1004 static Type *findCommonType(AllocaSlices::const_iterator B,
1005                             AllocaSlices::const_iterator E,
1006                             uint64_t EndOffset) {
1007   Type *Ty = nullptr;
1008   bool TyIsCommon = true;
1009   IntegerType *ITy = nullptr;
1010
1011   // Note that we need to look at *every* alloca slice's Use to ensure we
1012   // always get consistent results regardless of the order of slices.
1013   for (AllocaSlices::const_iterator I = B; I != E; ++I) {
1014     Use *U = I->getUse();
1015     if (isa<IntrinsicInst>(*U->getUser()))
1016       continue;
1017     if (I->beginOffset() != B->beginOffset() || I->endOffset() != EndOffset)
1018       continue;
1019
1020     Type *UserTy = nullptr;
1021     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1022       UserTy = LI->getType();
1023     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1024       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1025     }
1026
1027     if (IntegerType *UserITy = dyn_cast_or_null<IntegerType>(UserTy)) {
1028       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
1029       // this for split integer operations where we want to use the type of the
1030       // entity causing the split. Also skip if the type is not a byte width
1031       // multiple.
1032       if (UserITy->getBitWidth() % 8 != 0 ||
1033           UserITy->getBitWidth() / 8 > (EndOffset - B->beginOffset()))
1034         continue;
1035
1036       // Track the largest bitwidth integer type used in this way in case there
1037       // is no common type.
1038       if (!ITy || ITy->getBitWidth() < UserITy->getBitWidth())
1039         ITy = UserITy;
1040     }
1041
1042     // To avoid depending on the order of slices, Ty and TyIsCommon must not
1043     // depend on types skipped above.
1044     if (!UserTy || (Ty && Ty != UserTy))
1045       TyIsCommon = false; // Give up on anything but an iN type.
1046     else
1047       Ty = UserTy;
1048   }
1049
1050   return TyIsCommon ? Ty : ITy;
1051 }
1052
1053 /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1054 /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1055 /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1056 /// From this:
1057 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1058 ///   %V = load i32* %P2
1059 /// to:
1060 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1061 ///   ...
1062 ///   %V2 = load i32* %Other
1063 ///   ...
1064 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1065 ///
1066 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1067 /// to the select can be loaded unconditionally.
1068 ///
1069 /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1070 /// Transforms/Util/Local.h
1071 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN,
1072                                  const DataLayout *DL = nullptr) {
1073   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1074   // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1075   // TODO: Allow recursive phi users.
1076   // TODO: Allow stores.
1077   BasicBlock *BB = PN.getParent();
1078   unsigned MaxAlign = 0;
1079   bool HaveLoad = false;
1080   for (User *U : PN.users()) {
1081     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1082     if (!LI || !LI->isSimple())
1083       return false;
1084
1085     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1086     // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1087     // a PHI.
1088     if (LI->getParent() != BB)
1089       return false;
1090
1091     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1092     // could store.
1093     for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1094       if (BBI->mayWriteToMemory())
1095         return false;
1096
1097     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1098     HaveLoad = true;
1099   }
1100
1101   if (!HaveLoad)
1102     return false;
1103
1104   // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1105   // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1106   // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1107   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1108     TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1109     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1110
1111     // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1112     // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1113     // in the predecessor.
1114     if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1115       return false;
1116
1117     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1118     // critical.
1119     if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1120       continue;
1121
1122     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1123     // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1124     // block.
1125     if (InVal->isDereferenceablePointer(DL) ||
1126         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, DL))
1127       continue;
1128
1129     return false;
1130   }
1131
1132   return true;
1133 }
1134
1135 static void speculatePHINodeLoads(PHINode &PN) {
1136   DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1137
1138   Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1139   IRBuilderTy PHIBuilder(&PN);
1140   PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1141                                         PN.getName() + ".sroa.speculated");
1142
1143   // Get the AA tags and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1144   // matter which one we get and if any differ.
1145   LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1146
1147   AAMDNodes AATags;
1148   SomeLoad->getAAMetadata(AATags);
1149   unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1150
1151   // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1152   while (!PN.use_empty()) {
1153     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1154     LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1155     LI->eraseFromParent();
1156   }
1157
1158   // Inject loads into all of the pred blocks.
1159   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1160     BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1161     TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1162     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1163     IRBuilderTy PredBuilder(TI);
1164
1165     LoadInst *Load = PredBuilder.CreateLoad(
1166         InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." + Pred->getName()));
1167     ++NumLoadsSpeculated;
1168     Load->setAlignment(Align);
1169     if (AATags)
1170       Load->setAAMetadata(AATags);
1171     NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1172   }
1173
1174   DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1175   PN.eraseFromParent();
1176 }
1177
1178 /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1179 /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1180 /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1181 /// From this:
1182 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1183 ///   %V = load i32* %P2
1184 /// to:
1185 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1186 ///   %V2 = load i32* %Other
1187 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1188 ///
1189 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1190 /// to the select can be loaded unconditionally.
1191 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
1192                                     const DataLayout *DL = nullptr) {
1193   Value *TValue = SI.getTrueValue();
1194   Value *FValue = SI.getFalseValue();
1195   bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer(DL);
1196   bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer(DL);
1197
1198   for (User *U : SI.users()) {
1199     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1200     if (!LI || !LI->isSimple())
1201       return false;
1202
1203     // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1204     // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1205     // accesses to it.
1206     if (!TDerefable &&
1207         !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1208       return false;
1209     if (!FDerefable &&
1210         !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1211       return false;
1212   }
1213
1214   return true;
1215 }
1216
1217 static void speculateSelectInstLoads(SelectInst &SI) {
1218   DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1219
1220   IRBuilderTy IRB(&SI);
1221   Value *TV = SI.getTrueValue();
1222   Value *FV = SI.getFalseValue();
1223   // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1224   while (!SI.use_empty()) {
1225     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI.user_back());
1226     assert(LI->isSimple() && "We only speculate simple loads");
1227
1228     IRB.SetInsertPoint(LI);
1229     LoadInst *TL =
1230         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1231     LoadInst *FL =
1232         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1233     NumLoadsSpeculated += 2;
1234
1235     // Transfer alignment and AA info if present.
1236     TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1237     FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1238
1239     AAMDNodes Tags;
1240     LI->getAAMetadata(Tags);
1241     if (Tags) {
1242       TL->setAAMetadata(Tags);
1243       FL->setAAMetadata(Tags);
1244     }
1245
1246     Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1247                                 LI->getName() + ".sroa.speculated");
1248
1249     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1250     LI->replaceAllUsesWith(V);
1251     LI->eraseFromParent();
1252   }
1253   SI.eraseFromParent();
1254 }
1255
1256 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1257 ///
1258 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1259 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1260 static Value *buildGEP(IRBuilderTy &IRB, Value *BasePtr,
1261                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices, Twine NamePrefix) {
1262   if (Indices.empty())
1263     return BasePtr;
1264
1265   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1266   // in that case.
1267   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1268     return BasePtr;
1269
1270   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, NamePrefix + "sroa_idx");
1271 }
1272
1273 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1274 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1275 ///
1276 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1277 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1278 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1279 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1280 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1281 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1282 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1283                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1284                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1285                                     Twine NamePrefix) {
1286   if (Ty == TargetTy)
1287     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1288
1289   // Pointer size to use for the indices.
1290   unsigned PtrSize = DL.getPointerTypeSizeInBits(BasePtr->getType());
1291
1292   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1293   // type.
1294   unsigned NumLayers = 0;
1295   Type *ElementTy = Ty;
1296   do {
1297     if (ElementTy->isPointerTy())
1298       break;
1299
1300     if (ArrayType *ArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(ElementTy)) {
1301       ElementTy = ArrayTy->getElementType();
1302       Indices.push_back(IRB.getIntN(PtrSize, 0));
1303     } else if (VectorType *VectorTy = dyn_cast<VectorType>(ElementTy)) {
1304       ElementTy = VectorTy->getElementType();
1305       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1306     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1307       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1308         break; // Nothing left to descend into.
1309       ElementTy = *STy->element_begin();
1310       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1311     } else {
1312       break;
1313     }
1314     ++NumLayers;
1315   } while (ElementTy != TargetTy);
1316   if (ElementTy != TargetTy)
1317     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1318
1319   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1320 }
1321
1322 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1323 ///
1324 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1325 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1326 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1327                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1328                                        Type *TargetTy,
1329                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1330                                        Twine NamePrefix) {
1331   if (Offset == 0)
1332     return getNaturalGEPWithType(IRB, DL, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1333
1334   // We can't recurse through pointer types.
1335   if (Ty->isPointerTy())
1336     return nullptr;
1337
1338   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1339   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1340   // over a vector from the IR completely.
1341   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1342     unsigned ElementSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1343     if (ElementSizeInBits % 8 != 0) {
1344       // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1345       return nullptr;
1346     }
1347     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1348     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1349     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1350       return nullptr;
1351     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1352     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1353     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, VecTy->getElementType(),
1354                                     Offset, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1355   }
1356
1357   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1358     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1359     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1360     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1361     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1362       return nullptr;
1363
1364     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1365     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1366     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1367                                     Indices, NamePrefix);
1368   }
1369
1370   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1371   if (!STy)
1372     return nullptr;
1373
1374   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1375   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1376   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1377     return nullptr;
1378   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1379   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1380   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1381   if (Offset.uge(DL.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1382     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
1383
1384   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1385   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1386                                   Indices, NamePrefix);
1387 }
1388
1389 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1390 /// resulting in a particular type.
1391 ///
1392 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1393 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1394 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1395 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1396 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1397 ///
1398 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1399 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1400                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1401                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1402                                       Twine NamePrefix) {
1403   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1404
1405   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1406   // an i8.
1407   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy(Ty->getAddressSpace()) && TargetTy->isIntegerTy(8))
1408     return nullptr;
1409
1410   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1411   if (!ElementTy->isSized())
1412     return nullptr; // We can't GEP through an unsized element.
1413   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1414   if (ElementSize == 0)
1415     return nullptr; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1416   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1417
1418   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1419   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1420   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1421                                   Indices, NamePrefix);
1422 }
1423
1424 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1425 /// resulting pointer has PointerTy.
1426 ///
1427 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1428 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1429 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1430 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1431 /// bitcast to the type.
1432 ///
1433 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1434 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1435 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1436 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1437 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1438 /// surrounding code.
1439 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL, Value *Ptr,
1440                              APInt Offset, Type *PointerTy,
1441                              Twine NamePrefix) {
1442   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1443   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1444   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1445   Visited.insert(Ptr);
1446   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1447
1448   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1449   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1450   // fall back to it, so keep it around here.
1451   Value *OffsetPtr = nullptr;
1452
1453   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1454   // byte offset.
1455   Value *Int8Ptr = nullptr;
1456   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1457
1458   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1459
1460   do {
1461     // First fold any existing GEPs into the offset.
1462     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1463       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1464       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
1465         break;
1466       Offset += GEPOffset;
1467       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1468       if (!Visited.insert(Ptr).second)
1469         break;
1470     }
1471
1472     // See if we can perform a natural GEP here.
1473     Indices.clear();
1474     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, DL, Ptr, Offset, TargetTy,
1475                                            Indices, NamePrefix)) {
1476       if (P->getType() == PointerTy) {
1477         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1478         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1479           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1480             I->eraseFromParent();
1481         return P;
1482       }
1483       if (!OffsetPtr) {
1484         OffsetPtr = P;
1485       }
1486     }
1487
1488     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1489     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1490       Int8Ptr = Ptr;
1491       Int8PtrOffset = Offset;
1492     }
1493
1494     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1495     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1496       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1497     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1498       if (GA->mayBeOverridden())
1499         break;
1500       Ptr = GA->getAliasee();
1501     } else {
1502       break;
1503     }
1504     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1505   } while (Visited.insert(Ptr).second);
1506
1507   if (!OffsetPtr) {
1508     if (!Int8Ptr) {
1509       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(
1510           Ptr, IRB.getInt8PtrTy(PointerTy->getPointerAddressSpace()),
1511           NamePrefix + "sroa_raw_cast");
1512       Int8PtrOffset = Offset;
1513     }
1514
1515     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1516       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1517                             NamePrefix + "sroa_raw_idx");
1518   }
1519   Ptr = OffsetPtr;
1520
1521   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1522   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1523     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, NamePrefix + "sroa_cast");
1524
1525   return Ptr;
1526 }
1527
1528 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1529 ///
1530 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1531 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1532 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1533 /// underlying value, and convert that value.
1534 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1535   if (OldTy == NewTy)
1536     return true;
1537   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1538     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1539       if (NewITy->getBitWidth() >= OldITy->getBitWidth())
1540         return true;
1541   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1542     return false;
1543   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1544     return false;
1545
1546   // We can convert pointers to integers and vice-versa. Same for vectors
1547   // of pointers and integers.
1548   OldTy = OldTy->getScalarType();
1549   NewTy = NewTy->getScalarType();
1550   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1551     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
1552       return true;
1553     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
1554       return true;
1555     return false;
1556   }
1557
1558   return true;
1559 }
1560
1561 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1562 /// type.
1563 ///
1564 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1565 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1566 /// two types for viability with this routine.
1567 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1568                            Type *NewTy) {
1569   Type *OldTy = V->getType();
1570   assert(canConvertValue(DL, OldTy, NewTy) && "Value not convertable to type");
1571
1572   if (OldTy == NewTy)
1573     return V;
1574
1575   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1576     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1577       if (NewITy->getBitWidth() > OldITy->getBitWidth())
1578         return IRB.CreateZExt(V, NewITy);
1579
1580   // See if we need inttoptr for this type pair. A cast involving both scalars
1581   // and vectors requires and additional bitcast.
1582   if (OldTy->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1583       NewTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
1584     // Expand <2 x i32> to i8* --> <2 x i32> to i64 to i8*
1585     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1586       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1587                                 NewTy);
1588
1589     // Expand i128 to <2 x i8*> --> i128 to <2 x i64> to <2 x i8*>
1590     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1591       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1592                                 NewTy);
1593
1594     return IRB.CreateIntToPtr(V, NewTy);
1595   }
1596
1597   // See if we need ptrtoint for this type pair. A cast involving both scalars
1598   // and vectors requires and additional bitcast.
1599   if (OldTy->getScalarType()->isPointerTy() &&
1600       NewTy->getScalarType()->isIntegerTy()) {
1601     // Expand <2 x i8*> to i128 --> <2 x i8*> to <2 x i64> to i128
1602     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1603       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1604                                NewTy);
1605
1606     // Expand i8* to <2 x i32> --> i8* to i64 to <2 x i32>
1607     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1608       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1609                                NewTy);
1610
1611     return IRB.CreatePtrToInt(V, NewTy);
1612   }
1613
1614   return IRB.CreateBitCast(V, NewTy);
1615 }
1616
1617 /// \brief Test whether the given slice use can be promoted to a vector.
1618 ///
1619 /// This function is called to test each entry in a partioning which is slated
1620 /// for a single slice.
1621 static bool
1622 isVectorPromotionViableForSlice(const DataLayout &DL, uint64_t SliceBeginOffset,
1623                                 uint64_t SliceEndOffset, VectorType *Ty,
1624                                 uint64_t ElementSize, const Slice &S) {
1625   // First validate the slice offsets.
1626   uint64_t BeginOffset =
1627       std::max(S.beginOffset(), SliceBeginOffset) - SliceBeginOffset;
1628   uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1629   if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1630       BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1631     return false;
1632   uint64_t EndOffset =
1633       std::min(S.endOffset(), SliceEndOffset) - SliceBeginOffset;
1634   uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1635   if (EndIndex * ElementSize != EndOffset || EndIndex > Ty->getNumElements())
1636     return false;
1637
1638   assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1639   uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1640   Type *SliceTy = (NumElements == 1)
1641                       ? Ty->getElementType()
1642                       : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1643
1644   Type *SplitIntTy =
1645       Type::getIntNTy(Ty->getContext(), NumElements * ElementSize * 8);
1646
1647   Use *U = S.getUse();
1648
1649   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1650     if (MI->isVolatile())
1651       return false;
1652     if (!S.isSplittable())
1653       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1654   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1655     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1656         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1657       return false;
1658   } else if (U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1659     // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1660     return false;
1661   } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1662     if (LI->isVolatile())
1663       return false;
1664     Type *LTy = LI->getType();
1665     if (SliceBeginOffset > S.beginOffset() || SliceEndOffset < S.endOffset()) {
1666       assert(LTy->isIntegerTy());
1667       LTy = SplitIntTy;
1668     }
1669     if (!canConvertValue(DL, SliceTy, LTy))
1670       return false;
1671   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1672     if (SI->isVolatile())
1673       return false;
1674     Type *STy = SI->getValueOperand()->getType();
1675     if (SliceBeginOffset > S.beginOffset() || SliceEndOffset < S.endOffset()) {
1676       assert(STy->isIntegerTy());
1677       STy = SplitIntTy;
1678     }
1679     if (!canConvertValue(DL, STy, SliceTy))
1680       return false;
1681   } else {
1682     return false;
1683   }
1684
1685   return true;
1686 }
1687
1688 /// \brief Test whether the given alloca partitioning and range of slices can be
1689 /// promoted to a vector.
1690 ///
1691 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1692 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1693 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1694 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1695 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1696 /// be promotable, so we have an early test here.
1697 static VectorType *
1698 isVectorPromotionViable(const DataLayout &DL,
1699                         uint64_t SliceBeginOffset, uint64_t SliceEndOffset,
1700                         AllocaSlices::const_range Slices,
1701                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1702   // Collect the candidate types for vector-based promotion. Also track whether
1703   // we have different element types.
1704   SmallVector<VectorType *, 4> CandidateTys;
1705   Type *CommonEltTy = nullptr;
1706   bool HaveCommonEltTy = true;
1707   auto CheckCandidateType = [&](Type *Ty) {
1708     if (auto *VTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1709       CandidateTys.push_back(VTy);
1710       if (!CommonEltTy)
1711         CommonEltTy = VTy->getElementType();
1712       else if (CommonEltTy != VTy->getElementType())
1713         HaveCommonEltTy = false;
1714     }
1715   };
1716   // Consider any loads or stores that are the exact size of the slice.
1717   for (const auto &S : Slices)
1718     if (S.beginOffset() == SliceBeginOffset &&
1719         S.endOffset() == SliceEndOffset) {
1720       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(S.getUse()->getUser()))
1721         CheckCandidateType(LI->getType());
1722       else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(S.getUse()->getUser()))
1723         CheckCandidateType(SI->getValueOperand()->getType());
1724     }
1725
1726   // If we didn't find a vector type, nothing to do here.
1727   if (CandidateTys.empty())
1728     return nullptr;
1729
1730   // Remove non-integer vector types if we had multiple common element types.
1731   // FIXME: It'd be nice to replace them with integer vector types, but we can't
1732   // do that until all the backends are known to produce good code for all
1733   // integer vector types.
1734   if (!HaveCommonEltTy) {
1735     CandidateTys.erase(std::remove_if(CandidateTys.begin(), CandidateTys.end(),
1736                                       [](VectorType *VTy) {
1737                          return !VTy->getElementType()->isIntegerTy();
1738                        }),
1739                        CandidateTys.end());
1740
1741     // If there were no integer vector types, give up.
1742     if (CandidateTys.empty())
1743       return nullptr;
1744
1745     // Rank the remaining candidate vector types. This is easy because we know
1746     // they're all integer vectors. We sort by ascending number of elements.
1747     auto RankVectorTypes = [&DL](VectorType *RHSTy, VectorType *LHSTy) {
1748       assert(DL.getTypeSizeInBits(RHSTy) == DL.getTypeSizeInBits(LHSTy) &&
1749              "Cannot have vector types of different sizes!");
1750       assert(RHSTy->getElementType()->isIntegerTy() &&
1751              "All non-integer types eliminated!");
1752       assert(LHSTy->getElementType()->isIntegerTy() &&
1753              "All non-integer types eliminated!");
1754       return RHSTy->getNumElements() < LHSTy->getNumElements();
1755     };
1756     std::sort(CandidateTys.begin(), CandidateTys.end(), RankVectorTypes);
1757     CandidateTys.erase(
1758         std::unique(CandidateTys.begin(), CandidateTys.end(), RankVectorTypes),
1759         CandidateTys.end());
1760   } else {
1761 // The only way to have the same element type in every vector type is to
1762 // have the same vector type. Check that and remove all but one.
1763 #ifndef NDEBUG
1764     for (VectorType *VTy : CandidateTys) {
1765       assert(VTy->getElementType() == CommonEltTy &&
1766              "Unaccounted for element type!");
1767       assert(VTy == CandidateTys[0] &&
1768              "Different vector types with the same element type!");
1769     }
1770 #endif
1771     CandidateTys.resize(1);
1772   }
1773
1774   // Try each vector type, and return the one which works.
1775   auto CheckVectorTypeForPromotion = [&](VectorType *VTy) {
1776     uint64_t ElementSize = DL.getTypeSizeInBits(VTy->getElementType());
1777
1778     // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1779     // that aren't byte sized.
1780     if (ElementSize % 8)
1781       return false;
1782     assert((DL.getTypeSizeInBits(VTy) % 8) == 0 &&
1783            "vector size not a multiple of element size?");
1784     ElementSize /= 8;
1785
1786     for (const auto &S : Slices)
1787       if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, SliceBeginOffset, SliceEndOffset,
1788                                            VTy, ElementSize, S))
1789         return false;
1790
1791     for (const auto &SI : SplitUses)
1792       if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, SliceBeginOffset, SliceEndOffset,
1793                                            VTy, ElementSize, *SI))
1794         return false;
1795
1796     return true;
1797   };
1798   for (VectorType *VTy : CandidateTys)
1799     if (CheckVectorTypeForPromotion(VTy))
1800       return VTy;
1801
1802   return nullptr;
1803 }
1804
1805 /// \brief Test whether a slice of an alloca is valid for integer widening.
1806 ///
1807 /// This implements the necessary checking for the \c isIntegerWideningViable
1808 /// test below on a single slice of the alloca.
1809 static bool isIntegerWideningViableForSlice(const DataLayout &DL,
1810                                             Type *AllocaTy,
1811                                             uint64_t AllocBeginOffset,
1812                                             uint64_t Size,
1813                                             const Slice &S,
1814                                             bool &WholeAllocaOp) {
1815   uint64_t RelBegin = S.beginOffset() - AllocBeginOffset;
1816   uint64_t RelEnd = S.endOffset() - AllocBeginOffset;
1817
1818   // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
1819   // the end of the aloca's type and into its padding.
1820   if (RelEnd > Size)
1821     return false;
1822
1823   Use *U = S.getUse();
1824
1825   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1826     if (LI->isVolatile())
1827       return false;
1828     // Note that we don't count vector loads or stores as whole-alloca
1829     // operations which enable integer widening because we would prefer to use
1830     // vector widening instead.
1831     if (!isa<VectorType>(LI->getType()) && RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1832       WholeAllocaOp = true;
1833     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
1834       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1835         return false;
1836     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1837                !canConvertValue(DL, AllocaTy, LI->getType())) {
1838       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
1839       // they are promotable.
1840       return false;
1841     }
1842   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1843     Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
1844     if (SI->isVolatile())
1845       return false;
1846     // Note that we don't count vector loads or stores as whole-alloca
1847     // operations which enable integer widening because we would prefer to use
1848     // vector widening instead.
1849     if (!isa<VectorType>(ValueTy) && RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1850       WholeAllocaOp = true;
1851     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
1852       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1853         return false;
1854     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1855                !canConvertValue(DL, ValueTy, AllocaTy)) {
1856       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
1857       // they are promotable.
1858       return false;
1859     }
1860   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1861     if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
1862       return false;
1863     if (!S.isSplittable())
1864       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1865   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1866     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1867         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1868       return false;
1869   } else {
1870     return false;
1871   }
1872
1873   return true;
1874 }
1875
1876 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
1877 /// widened to promotable ones.
1878 ///
1879 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
1880 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
1881 /// promote the resulting alloca.
1882 static bool
1883 isIntegerWideningViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy,
1884                         uint64_t AllocBeginOffset,
1885                         AllocaSlices::const_range Slices,
1886                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1887   uint64_t SizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
1888   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
1889   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
1890     return false;
1891
1892   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
1893   if (SizeInBits != DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
1894     return false;
1895
1896   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
1897   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
1898   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
1899   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
1900   if (!canConvertValue(DL, AllocaTy, IntTy) ||
1901       !canConvertValue(DL, IntTy, AllocaTy))
1902     return false;
1903
1904   uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(AllocaTy);
1905
1906   // While examining uses, we ensure that the alloca has a covering load or
1907   // store. We don't want to widen the integer operations only to fail to
1908   // promote due to some other unsplittable entry (which we may make splittable
1909   // later). However, if there are only splittable uses, go ahead and assume
1910   // that we cover the alloca.
1911   bool WholeAllocaOp =
1912       Slices.begin() != Slices.end() ? false : DL.isLegalInteger(SizeInBits);
1913
1914   for (const auto &S : Slices)
1915     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1916                                          S, WholeAllocaOp))
1917       return false;
1918
1919   for (const auto &SI : SplitUses)
1920     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1921                                          *SI, WholeAllocaOp))
1922       return false;
1923
1924   return WholeAllocaOp;
1925 }
1926
1927 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1928                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
1929                              const Twine &Name) {
1930   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1931   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
1932   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1933          "Element extends past full value");
1934   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1935   if (DL.isBigEndian())
1936     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1937   if (ShAmt) {
1938     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
1939     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1940   }
1941   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1942          "Cannot extract to a larger integer!");
1943   if (Ty != IntTy) {
1944     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
1945     DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
1946   }
1947   return V;
1948 }
1949
1950 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *Old,
1951                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
1952   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
1953   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
1954   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1955          "Cannot insert a larger integer!");
1956   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1957   if (Ty != IntTy) {
1958     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
1959     DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
1960   }
1961   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1962          "Element store outside of alloca store");
1963   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1964   if (DL.isBigEndian())
1965     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1966   if (ShAmt) {
1967     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
1968     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1969   }
1970
1971   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
1972     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
1973     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
1974     DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
1975     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
1976     DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
1977   }
1978   return V;
1979 }
1980
1981 static Value *extractVector(IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1982                             unsigned BeginIndex, unsigned EndIndex,
1983                             const Twine &Name) {
1984   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
1985   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1986   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
1987
1988   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
1989     return V;
1990
1991   if (NumElements == 1) {
1992     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1993                                  Name + ".extract");
1994     DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
1995     return V;
1996   }
1997
1998   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1999   Mask.reserve(NumElements);
2000   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
2001     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
2002   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
2003                               ConstantVector::get(Mask),
2004                               Name + ".extract");
2005   DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
2006   return V;
2007 }
2008
2009 static Value *insertVector(IRBuilderTy &IRB, Value *Old, Value *V,
2010                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
2011   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
2012   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
2013
2014   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
2015   if (!Ty) {
2016     // Single element to insert.
2017     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
2018                                 Name + ".insert");
2019     DEBUG(dbgs() <<  "     insert: " << *V << "\n");
2020     return V;
2021   }
2022
2023   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
2024          "Too many elements!");
2025   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
2026     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
2027     return V;
2028   }
2029   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
2030
2031   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
2032   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
2033   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
2034   // incoming vector.
2035   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
2036   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
2037   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
2038     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
2039       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
2040     else
2041       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
2042   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
2043                               ConstantVector::get(Mask),
2044                               Name + ".expand");
2045   DEBUG(dbgs() << "    shuffle: " << *V << "\n");
2046
2047   Mask.clear();
2048   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
2049     Mask.push_back(IRB.getInt1(i >= BeginIndex && i < EndIndex));
2050
2051   V = IRB.CreateSelect(ConstantVector::get(Mask), V, Old, Name + "blend");
2052
2053   DEBUG(dbgs() << "    blend: " << *V << "\n");
2054   return V;
2055 }
2056
2057 namespace {
2058 /// \brief Visitor to rewrite instructions using p particular slice of an alloca
2059 /// to use a new alloca.
2060 ///
2061 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
2062 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
2063 /// lives here.
2064 class AllocaSliceRewriter : public InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> {
2065   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2066   friend class llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
2067   typedef llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> Base;
2068
2069   const DataLayout &DL;
2070   AllocaSlices &AS;
2071   SROA &Pass;
2072   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2073   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2074   Type *NewAllocaTy;
2075
2076   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2077   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
2078   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
2079   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2080   IntegerType *IntTy;
2081
2082   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2083   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2084   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
2085   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2086   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2087   //     element.
2088   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2089   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2090   //     which are promotable via mem2reg.
2091   VectorType *VecTy;
2092   Type *ElementTy;
2093   uint64_t ElementSize;
2094
2095   // The original offset of the slice currently being rewritten relative to
2096   // the original alloca.
2097   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
2098   // The new offsets of the slice currently being rewritten relative to the
2099   // original alloca.
2100   uint64_t NewBeginOffset, NewEndOffset;
2101
2102   uint64_t SliceSize;
2103   bool IsSplittable;
2104   bool IsSplit;
2105   Use *OldUse;
2106   Instruction *OldPtr;
2107
2108   // Track post-rewrite users which are PHI nodes and Selects.
2109   SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers;
2110   SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers;
2111
2112   // Utility IR builder, whose name prefix is setup for each visited use, and
2113   // the insertion point is set to point to the user.
2114   IRBuilderTy IRB;
2115
2116 public:
2117   AllocaSliceRewriter(const DataLayout &DL, AllocaSlices &AS, SROA &Pass,
2118                       AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2119                       uint64_t NewAllocaBeginOffset,
2120                       uint64_t NewAllocaEndOffset, bool IsIntegerPromotable,
2121                       VectorType *PromotableVecTy,
2122                       SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers,
2123                       SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers)
2124       : DL(DL), AS(AS), Pass(Pass), OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2125         NewAllocaBeginOffset(NewAllocaBeginOffset),
2126         NewAllocaEndOffset(NewAllocaEndOffset),
2127         NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
2128         IntTy(IsIntegerPromotable
2129                   ? Type::getIntNTy(
2130                         NewAI.getContext(),
2131                         DL.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()))
2132                   : nullptr),
2133         VecTy(PromotableVecTy),
2134         ElementTy(VecTy ? VecTy->getElementType() : nullptr),
2135         ElementSize(VecTy ? DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8 : 0),
2136         BeginOffset(), EndOffset(), IsSplittable(), IsSplit(), OldUse(),
2137         OldPtr(), PHIUsers(PHIUsers), SelectUsers(SelectUsers),
2138         IRB(NewAI.getContext(), ConstantFolder()) {
2139     if (VecTy) {
2140       assert((DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) % 8) == 0 &&
2141              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2142       ++NumVectorized;
2143     }
2144     assert((!IntTy && !VecTy) || (IntTy && !VecTy) || (!IntTy && VecTy));
2145   }
2146
2147   bool visit(AllocaSlices::const_iterator I) {
2148     bool CanSROA = true;
2149     BeginOffset = I->beginOffset();
2150     EndOffset = I->endOffset();
2151     IsSplittable = I->isSplittable();
2152     IsSplit =
2153         BeginOffset < NewAllocaBeginOffset || EndOffset > NewAllocaEndOffset;
2154
2155     // Compute the intersecting offset range.
2156     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2157     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2158     NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2159     NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2160
2161     SliceSize = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2162
2163     OldUse = I->getUse();
2164     OldPtr = cast<Instruction>(OldUse->get());
2165
2166     Instruction *OldUserI = cast<Instruction>(OldUse->getUser());
2167     IRB.SetInsertPoint(OldUserI);
2168     IRB.SetCurrentDebugLocation(OldUserI->getDebugLoc());
2169     IRB.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) + ".");
2170
2171     CanSROA &= visit(cast<Instruction>(OldUse->getUser()));
2172     if (VecTy || IntTy)
2173       assert(CanSROA);
2174     return CanSROA;
2175   }
2176
2177 private:
2178   // Make sure the other visit overloads are visible.
2179   using Base::visit;
2180
2181   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2182   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2183     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2184     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2185   }
2186
2187   Value *getNewAllocaSlicePtr(IRBuilderTy &IRB, Type *PointerTy) {
2188     // Note that the offset computation can use BeginOffset or NewBeginOffset
2189     // interchangeably for unsplit slices.
2190     assert(IsSplit || BeginOffset == NewBeginOffset);
2191     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2192
2193 #ifndef NDEBUG
2194     StringRef OldName = OldPtr->getName();
2195     // Skip through the last '.sroa.' component of the name.
2196     size_t LastSROAPrefix = OldName.rfind(".sroa.");
2197     if (LastSROAPrefix != StringRef::npos) {
2198       OldName = OldName.substr(LastSROAPrefix + strlen(".sroa."));
2199       // Look for an SROA slice index.
2200       size_t IndexEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2201       if (IndexEnd != StringRef::npos && OldName[IndexEnd] == '.') {
2202         // Strip the index and look for the offset.
2203         OldName = OldName.substr(IndexEnd + 1);
2204         size_t OffsetEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2205         if (OffsetEnd != StringRef::npos && OldName[OffsetEnd] == '.')
2206           // Strip the offset.
2207           OldName = OldName.substr(OffsetEnd + 1);
2208       }
2209     }
2210     // Strip any SROA suffixes as well.
2211     OldName = OldName.substr(0, OldName.find(".sroa_"));
2212 #endif
2213
2214     return getAdjustedPtr(IRB, DL, &NewAI,
2215                           APInt(DL.getPointerSizeInBits(), Offset), PointerTy,
2216 #ifndef NDEBUG
2217                           Twine(OldName) + "."
2218 #else
2219                           Twine()
2220 #endif
2221                           );
2222   }
2223
2224   /// \brief Compute suitable alignment to access this slice of the *new* alloca.
2225   ///
2226   /// You can optionally pass a type to this routine and if that type's ABI
2227   /// alignment is itself suitable, this will return zero.
2228   unsigned getSliceAlign(Type *Ty = nullptr) {
2229     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2230     if (!NewAIAlign)
2231       NewAIAlign = DL.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2232     unsigned Align = MinAlign(NewAIAlign, NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2233     return (Ty && Align == DL.getABITypeAlignment(Ty)) ? 0 : Align;
2234   }
2235
2236   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
2237     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2238     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2239     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2240     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2241     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2242     return Index;
2243   }
2244
2245   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2246     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2247     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2248       Pass.DeadInsts.insert(I);
2249   }
2250
2251   Value *rewriteVectorizedLoadInst() {
2252     unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2253     unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2254     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2255
2256     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2257                                      "load");
2258     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2259   }
2260
2261   Value *rewriteIntegerLoad(LoadInst &LI) {
2262     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2263     assert(!LI.isVolatile());
2264     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2265                                      "load");
2266     V = convertValue(DL, IRB, V, IntTy);
2267     assert(NewBeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2268     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2269     if (Offset > 0 || NewEndOffset < NewAllocaEndOffset)
2270       V = extractInteger(DL, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2271                          "extract");
2272     return V;
2273   }
2274
2275   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2276     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2277     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2278     assert(OldOp == OldPtr);
2279
2280     Type *TargetTy = IsSplit ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), SliceSize * 8)
2281                              : LI.getType();
2282     bool IsPtrAdjusted = false;
2283     Value *V;
2284     if (VecTy) {
2285       V = rewriteVectorizedLoadInst();
2286     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2287       V = rewriteIntegerLoad(LI);
2288     } else if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2289                canConvertValue(DL, NewAllocaTy, LI.getType())) {
2290       V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2291                                 LI.isVolatile(), LI.getName());
2292     } else {
2293       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo();
2294       V = IRB.CreateAlignedLoad(getNewAllocaSlicePtr(IRB, LTy),
2295                                 getSliceAlign(TargetTy), LI.isVolatile(),
2296                                 LI.getName());
2297       IsPtrAdjusted = true;
2298     }
2299     V = convertValue(DL, IRB, V, TargetTy);
2300
2301     if (IsSplit) {
2302       assert(!LI.isVolatile());
2303       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2304              "Only integer type loads and stores are split");
2305       assert(SliceSize < DL.getTypeStoreSize(LI.getType()) &&
2306              "Split load isn't smaller than original load");
2307       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2308              DL.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2309              "Non-byte-multiple bit width");
2310       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2311       IRB.SetInsertPoint(std::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2312       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2313       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2314       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2315       // LI only used for this computation.
2316       Value *Placeholder
2317         = new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo()));
2318       V = insertInteger(DL, IRB, Placeholder, V, NewBeginOffset,
2319                         "insert");
2320       LI.replaceAllUsesWith(V);
2321       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2322       delete Placeholder;
2323     } else {
2324       LI.replaceAllUsesWith(V);
2325     }
2326
2327     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2328     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2329     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2330     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2331   }
2332
2333   bool rewriteVectorizedStoreInst(Value *V, StoreInst &SI, Value *OldOp) {
2334     if (V->getType() != VecTy) {
2335       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2336       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2337       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2338       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2339       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2340       Type *SliceTy =
2341           (NumElements == 1) ? ElementTy
2342                              : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2343       if (V->getType() != SliceTy)
2344         V = convertValue(DL, IRB, V, SliceTy);
2345
2346       // Mix in the existing elements.
2347       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2348                                          "load");
2349       V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, "vec");
2350     }
2351     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2352     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2353
2354     (void)Store;
2355     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2356     return true;
2357   }
2358
2359   bool rewriteIntegerStore(Value *V, StoreInst &SI) {
2360     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2361     assert(!SI.isVolatile());
2362     if (DL.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2363       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2364                                          "oldload");
2365       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2366       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2367       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2368       V = insertInteger(DL, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset,
2369                         "insert");
2370     }
2371     V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2372     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2373     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2374     (void)Store;
2375     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2376     return true;
2377   }
2378
2379   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2380     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2381     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2382     assert(OldOp == OldPtr);
2383
2384     Value *V = SI.getValueOperand();
2385
2386     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2387     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2388     if (V->getType()->isPointerTy())
2389       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2390         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2391
2392     if (SliceSize < DL.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2393       assert(!SI.isVolatile());
2394       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2395              "Only integer type loads and stores are split");
2396       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2397              DL.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2398              "Non-byte-multiple bit width");
2399       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), SliceSize * 8);
2400       V = extractInteger(DL, IRB, V, NarrowTy, NewBeginOffset,
2401                          "extract");
2402     }
2403
2404     if (VecTy)
2405       return rewriteVectorizedStoreInst(V, SI, OldOp);
2406     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2407       return rewriteIntegerStore(V, SI);
2408
2409     StoreInst *NewSI;
2410     if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2411         NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2412         canConvertValue(DL, V->getType(), NewAllocaTy)) {
2413       V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2414       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2415                                      SI.isVolatile());
2416     } else {
2417       Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, V->getType()->getPointerTo());
2418       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, NewPtr, getSliceAlign(V->getType()),
2419                                      SI.isVolatile());
2420     }
2421     (void)NewSI;
2422     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2423     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2424
2425     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2426     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2427   }
2428
2429   /// \brief Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2430   /// number of bytes.
2431   ///
2432   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2433   /// call this routine.
2434   /// FIXME: Heed the advice above.
2435   ///
2436   /// \param V The i8 value to splat.
2437   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2438   Value *getIntegerSplat(Value *V, unsigned Size) {
2439     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2440     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2441     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2442     if (Size == 1)
2443       return V;
2444
2445     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size*8);
2446     V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, "zext"),
2447                       ConstantExpr::getUDiv(
2448                         Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2449                         ConstantExpr::getZExt(
2450                           Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2451                           SplatIntTy)),
2452                       "isplat");
2453     return V;
2454   }
2455
2456   /// \brief Compute a vector splat for a given element value.
2457   Value *getVectorSplat(Value *V, unsigned NumElements) {
2458     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, "vsplat");
2459     DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2460     return V;
2461   }
2462
2463   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2464     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2465     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2466
2467     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2468     // pointer to the new alloca.
2469     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2470       assert(!IsSplit);
2471       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2472       II.setDest(getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()));
2473       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2474       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getSliceAlign()));
2475
2476       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2477       return false;
2478     }
2479
2480     // Record this instruction for deletion.
2481     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2482
2483     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2484     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2485
2486     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2487     // a single value type, just emit a memset.
2488     if (!VecTy && !IntTy &&
2489         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2490          EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2491          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(AllocaTy) ||
2492          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2493          !DL.isLegalInteger(DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)) ||
2494          DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)%8 != 0)) {
2495       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2496       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2497       CallInst *New = IRB.CreateMemSet(
2498           getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()), II.getValue(), Size,
2499           getSliceAlign(), II.isVolatile());
2500       (void)New;
2501       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2502       return false;
2503     }
2504
2505     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2506     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2507     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2508     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2509     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2510     Value *V;
2511
2512     if (VecTy) {
2513       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2514       assert(ElementTy == ScalarTy);
2515
2516       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2517       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2518       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2519       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2520       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2521
2522       Value *Splat =
2523           getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8);
2524       Splat = convertValue(DL, IRB, Splat, ElementTy);
2525       if (NumElements > 1)
2526         Splat = getVectorSplat(Splat, NumElements);
2527
2528       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2529                                          "oldload");
2530       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, "vec");
2531     } else if (IntTy) {
2532       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2533       // set integer.
2534       assert(!II.isVolatile());
2535
2536       uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2537       V = getIntegerSplat(II.getValue(), Size);
2538
2539       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2540                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2541         Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2542                                            "oldload");
2543         Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2544         uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2545         V = insertInteger(DL, IRB, Old, V, Offset, "insert");
2546       } else {
2547         assert(V->getType() == IntTy &&
2548                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2549       }
2550       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2551     } else {
2552       // Established these invariants above.
2553       assert(NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2554       assert(NewEndOffset == NewAllocaEndOffset);
2555
2556       V = getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) / 8);
2557       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2558         V = getVectorSplat(V, AllocaVecTy->getNumElements());
2559
2560       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2561     }
2562
2563     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2564                                         II.isVolatile());
2565     (void)New;
2566     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2567     return !II.isVolatile();
2568   }
2569
2570   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2571     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2572     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2573
2574     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2575
2576     bool IsDest = &II.getRawDestUse() == OldUse;
2577     assert((IsDest && II.getRawDest() == OldPtr) ||
2578            (!IsDest && II.getRawSource() == OldPtr));
2579
2580     unsigned SliceAlign = getSliceAlign();
2581
2582     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2583     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2584     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2585     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2586     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2587     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2588     // update both source and dest of a single call.
2589     if (!IsSplittable) {
2590       Value *AdjustedPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2591       if (IsDest)
2592         II.setDest(AdjustedPtr);
2593       else
2594         II.setSource(AdjustedPtr);
2595
2596       if (II.getAlignment() > SliceAlign) {
2597         Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2598         II.setAlignment(
2599             ConstantInt::get(CstTy, MinAlign(II.getAlignment(), SliceAlign)));
2600       }
2601
2602       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2603       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2604       return false;
2605     }
2606     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2607     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2608     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2609     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2610     // downsides to splitting and transforming the operations.
2611
2612     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2613     // a single value type, just emit a memcpy.
2614     bool EmitMemCpy =
2615         !VecTy && !IntTy &&
2616         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2617          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(NewAI.getAllocatedType()) ||
2618          !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2619
2620     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2621     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2622     // a no-op.
2623     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2624       // Ensure the start lines up.
2625       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2626
2627       // Rewrite the size as needed.
2628       if (NewEndOffset != EndOffset)
2629         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2630                                       NewEndOffset - NewBeginOffset));
2631       return false;
2632     }
2633     // Record this instruction for deletion.
2634     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2635
2636     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2637     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2638     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2639     if (AllocaInst *AI
2640           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets())) {
2641       assert(AI != &OldAI && AI != &NewAI &&
2642              "Splittable transfers cannot reach the same alloca on both ends.");
2643       Pass.Worklist.insert(AI);
2644     }
2645
2646     Type *OtherPtrTy = OtherPtr->getType();
2647     unsigned OtherAS = OtherPtrTy->getPointerAddressSpace();
2648
2649     // Compute the relative offset for the other pointer within the transfer.
2650     unsigned IntPtrWidth = DL.getPointerSizeInBits(OtherAS);
2651     APInt OtherOffset(IntPtrWidth, NewBeginOffset - BeginOffset);
2652     unsigned OtherAlign = MinAlign(II.getAlignment() ? II.getAlignment() : 1,
2653                                    OtherOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue());
2654
2655     if (EmitMemCpy) {
2656       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2657       // a single, simple GEP in most cases.
2658       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2659                                 OtherPtr->getName() + ".");
2660
2661       Value *OurPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2662       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2663       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2664
2665       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(
2666           IsDest ? OurPtr : OtherPtr, IsDest ? OtherPtr : OurPtr, Size,
2667           MinAlign(SliceAlign, OtherAlign), II.isVolatile());
2668       (void)New;
2669       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2670       return false;
2671     }
2672
2673     bool IsWholeAlloca = NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2674                          NewEndOffset == NewAllocaEndOffset;
2675     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2676     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(NewBeginOffset) : 0;
2677     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(NewEndOffset) : 0;
2678     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2679     IntegerType *SubIntTy
2680       = IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size*8) : nullptr;
2681
2682     // Reset the other pointer type to match the register type we're going to
2683     // use, but using the address space of the original other pointer.
2684     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
2685       if (NumElements == 1)
2686         OtherPtrTy = VecTy->getElementType();
2687       else
2688         OtherPtrTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
2689
2690       OtherPtrTy = OtherPtrTy->getPointerTo(OtherAS);
2691     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
2692       OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo(OtherAS);
2693     } else {
2694       OtherPtrTy = NewAllocaTy->getPointerTo(OtherAS);
2695     }
2696
2697     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2698                                    OtherPtr->getName() + ".");
2699     unsigned SrcAlign = OtherAlign;
2700     Value *DstPtr = &NewAI;
2701     unsigned DstAlign = SliceAlign;
2702     if (!IsDest) {
2703       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2704       std::swap(SrcAlign, DstAlign);
2705     }
2706
2707     Value *Src;
2708     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2709       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2710                                   "load");
2711       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2712     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2713       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2714                                   "load");
2715       Src = convertValue(DL, IRB, Src, IntTy);
2716       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2717       Src = extractInteger(DL, IRB, Src, SubIntTy, Offset, "extract");
2718     } else {
2719       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, SrcAlign, II.isVolatile(),
2720                                   "copyload");
2721     }
2722
2723     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2724       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2725                                          "oldload");
2726       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, "vec");
2727     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2728       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2729                                          "oldload");
2730       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2731       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2732       Src = insertInteger(DL, IRB, Old, Src, Offset, "insert");
2733       Src = convertValue(DL, IRB, Src, NewAllocaTy);
2734     }
2735
2736     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2737         IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, DstAlign, II.isVolatile()));
2738     (void)Store;
2739     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2740     return !II.isVolatile();
2741   }
2742
2743   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2744     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2745            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2746     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2747     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2748
2749     // Record this instruction for deletion.
2750     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2751
2752     ConstantInt *Size
2753       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2754                          NewEndOffset - NewBeginOffset);
2755     Value *Ptr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2756     Value *New;
2757     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2758       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2759     else
2760       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2761
2762     (void)New;
2763     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2764     return true;
2765   }
2766
2767   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2768     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2769     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "PHIs are unsplittable");
2770     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "PHIs are unsplittable");
2771
2772     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2773     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2774     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2775     // dominate the PHI.
2776     IRBuilderTy PtrBuilder(IRB);
2777     if (isa<PHINode>(OldPtr))
2778       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr->getParent()->getFirstInsertionPt());
2779     else
2780       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr);
2781     PtrBuilder.SetCurrentDebugLocation(OldPtr->getDebugLoc());
2782
2783     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2784     // Replace the operands which were using the old pointer.
2785     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
2786
2787     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2788     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2789
2790     // PHIs can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
2791     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
2792     // fully-rewritten alloca.
2793     PHIUsers.insert(&PN);
2794     return true;
2795   }
2796
2797   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2798     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2799     assert((SI.getTrueValue() == OldPtr || SI.getFalseValue() == OldPtr) &&
2800            "Pointer isn't an operand!");
2801     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Selects are unsplittable");
2802     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "Selects are unsplittable");
2803
2804     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2805     // Replace the operands which were using the old pointer.
2806     if (SI.getOperand(1) == OldPtr)
2807       SI.setOperand(1, NewPtr);
2808     if (SI.getOperand(2) == OldPtr)
2809       SI.setOperand(2, NewPtr);
2810
2811     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2812     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2813
2814     // Selects can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
2815     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
2816     // fully-rewritten alloca.
2817     SelectUsers.insert(&SI);
2818     return true;
2819   }
2820
2821 };
2822 }
2823
2824 namespace {
2825 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2826 ///
2827 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2828 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2829 /// with scalar loads and stores.
2830 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2831   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2832   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2833
2834   const DataLayout &DL;
2835
2836   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2837   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2838
2839   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2840   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2841
2842   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2843   /// value (as opposed to the user).
2844   Use *U;
2845
2846 public:
2847   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
2848
2849   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2850   /// it.
2851   bool rewrite(Instruction &I) {
2852     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2853     enqueueUsers(I);
2854     bool Changed = false;
2855     while (!Queue.empty()) {
2856       U = Queue.pop_back_val();
2857       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2858     }
2859     return Changed;
2860   }
2861
2862 private:
2863   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2864   /// This uses a set to de-duplicate users.
2865   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2866     for (Use &U : I.uses())
2867       if (Visited.insert(U.getUser()).second)
2868         Queue.push_back(&U);
2869   }
2870
2871   // Conservative default is to not rewrite anything.
2872   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2873
2874   /// \brief Generic recursive split emission class.
2875   template <typename Derived>
2876   class OpSplitter {
2877   protected:
2878     /// The builder used to form new instructions.
2879     IRBuilderTy IRB;
2880     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
2881     /// appropriate value within the aggregate.
2882     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2883     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
2884     /// within the aggregate.
2885     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2886     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
2887     /// split operations.
2888     Value *Ptr;
2889
2890     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
2891     /// single zero GEP index.
2892     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2893       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
2894
2895   public:
2896     /// \brief Generic recursive split emission routine.
2897     ///
2898     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2899     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2900     /// and emits that single value operation via the template argument.
2901     ///
2902     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
2903     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
2904     /// formatted differently (GEPs need actual values).
2905     ///
2906     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
2907     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
2908     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
2909     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2910       if (Ty->isSingleValueType())
2911         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
2912
2913       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2914         unsigned OldSize = Indices.size();
2915         (void)OldSize;
2916         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
2917              ++Idx) {
2918           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2919           Indices.push_back(Idx);
2920           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2921           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2922           GEPIndices.pop_back();
2923           Indices.pop_back();
2924         }
2925         return;
2926       }
2927
2928       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2929         unsigned OldSize = Indices.size();
2930         (void)OldSize;
2931         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
2932              ++Idx) {
2933           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2934           Indices.push_back(Idx);
2935           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2936           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2937           GEPIndices.pop_back();
2938           Indices.pop_back();
2939         }
2940         return;
2941       }
2942
2943       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
2944     }
2945   };
2946
2947   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
2948     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2949       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2950
2951     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
2952     /// recursive emission to actually load values.
2953     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2954       assert(Ty->isSingleValueType());
2955       // Load the single value and insert it using the indices.
2956       Value *GEP = IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
2957       Value *Load = IRB.CreateLoad(GEP, Name + ".load");
2958       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
2959       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
2960     }
2961   };
2962
2963   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2964     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
2965     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
2966       return false;
2967
2968     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
2969     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2970     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
2971     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
2972     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
2973     LI.replaceAllUsesWith(V);
2974     LI.eraseFromParent();
2975     return true;
2976   }
2977
2978   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
2979     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2980       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2981
2982     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
2983     /// recursive emission to actually produce stores.
2984     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2985       assert(Ty->isSingleValueType());
2986       // Extract the single value and store it using the indices.
2987       Value *Store = IRB.CreateStore(
2988         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
2989         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
2990       (void)Store;
2991       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2992     }
2993   };
2994
2995   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2996     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
2997       return false;
2998     Value *V = SI.getValueOperand();
2999     if (V->getType()->isSingleValueType())
3000       return false;
3001
3002     // We have an aggregate being stored, split it apart.
3003     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
3004     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
3005     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
3006     SI.eraseFromParent();
3007     return true;
3008   }
3009
3010   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
3011     enqueueUsers(BC);
3012     return false;
3013   }
3014
3015   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
3016     enqueueUsers(GEPI);
3017     return false;
3018   }
3019
3020   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
3021     enqueueUsers(PN);
3022     return false;
3023   }
3024
3025   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
3026     enqueueUsers(SI);
3027     return false;
3028   }
3029 };
3030 }
3031
3032 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
3033 ///
3034 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
3035 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
3036 /// size or the allocated size.
3037 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
3038   if (Ty->isSingleValueType())
3039     return Ty;
3040
3041   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
3042   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
3043
3044   Type *InnerTy;
3045   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3046     InnerTy = ArrTy->getElementType();
3047   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3048     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3049     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
3050     InnerTy = STy->getElementType(Index);
3051   } else {
3052     return Ty;
3053   }
3054
3055   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
3056       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
3057     return Ty;
3058
3059   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
3060 }
3061
3062 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
3063 /// offset and size.
3064 ///
3065 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
3066 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
3067 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
3068 /// and the same for structs.
3069 ///
3070 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
3071 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
3072 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
3073 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
3074 /// return a type if necessary.
3075 static Type *getTypePartition(const DataLayout &DL, Type *Ty,
3076                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
3077   if (Offset == 0 && DL.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
3078     return stripAggregateTypeWrapping(DL, Ty);
3079   if (Offset > DL.getTypeAllocSize(Ty) ||
3080       (DL.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
3081     return nullptr;
3082
3083   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
3084     // We can't partition pointers...
3085     if (SeqTy->isPointerTy())
3086       return nullptr;
3087
3088     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
3089     uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3090     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
3091     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy)) {
3092       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
3093         return nullptr;
3094     } else if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy)) {
3095       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
3096         return nullptr;
3097     }
3098     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3099
3100     // First check if we need to recurse.
3101     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3102       // Bail if the partition ends in a different array element.
3103       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3104         return nullptr;
3105       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3106       return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3107     }
3108     assert(Offset == 0);
3109
3110     if (Size == ElementSize)
3111       return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3112     assert(Size > ElementSize);
3113     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3114     if (NumElements * ElementSize != Size)
3115       return nullptr;
3116     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3117   }
3118
3119   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3120   if (!STy)
3121     return nullptr;
3122
3123   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3124   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3125     return nullptr;
3126   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3127   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3128     return nullptr;
3129
3130   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3131   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3132
3133   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3134   uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3135   if (Offset >= ElementSize)
3136     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
3137
3138   // See if any partition must be contained by the element.
3139   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3140     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3141       return nullptr;
3142     return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3143   }
3144   assert(Offset == 0);
3145
3146   if (Size == ElementSize)
3147     return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3148
3149   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3150                                EE = STy->element_end();
3151   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3152     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3153     if (Index == EndIndex)
3154       return nullptr; // Within a single element and its padding.
3155
3156     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3157     // expected size.
3158     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3159     // sub-struct to find a natural end point.
3160     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3161       return nullptr;
3162
3163     assert(Index < EndIndex);
3164     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3165   }
3166
3167   // Try to build up a sub-structure.
3168   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE),
3169                                       STy->isPacked());
3170   const StructLayout *SubSL = DL.getStructLayout(SubTy);
3171   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3172     return nullptr; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3173
3174   return SubTy;
3175 }
3176
3177 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3178 ///
3179 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3180 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3181 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3182 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3183 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3184 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3185 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3186 /// promoted.
3187 bool SROA::rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS,
3188                             AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
3189                             int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
3190                             ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
3191   assert(BeginOffset < EndOffset);
3192   uint64_t SliceSize = EndOffset - BeginOffset;
3193
3194   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3195   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3196   // or an i8 array of an appropriate size.
3197   Type *SliceTy = nullptr;
3198   if (Type *CommonUseTy = findCommonType(B, E, EndOffset))
3199     if (DL->getTypeAllocSize(CommonUseTy) >= SliceSize)
3200       SliceTy = CommonUseTy;
3201   if (!SliceTy)
3202     if (Type *TypePartitionTy = getTypePartition(*DL, AI.getAllocatedType(),
3203                                                  BeginOffset, SliceSize))
3204       SliceTy = TypePartitionTy;
3205   if ((!SliceTy || (SliceTy->isArrayTy() &&
3206                     SliceTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3207       DL->isLegalInteger(SliceSize * 8))
3208     SliceTy = Type::getIntNTy(*C, SliceSize * 8);
3209   if (!SliceTy)
3210     SliceTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), SliceSize);
3211   assert(DL->getTypeAllocSize(SliceTy) >= SliceSize);
3212
3213   bool IsIntegerPromotable = isIntegerWideningViable(
3214       *DL, SliceTy, BeginOffset, AllocaSlices::const_range(B, E), SplitUses);
3215
3216   VectorType *VecTy =
3217       IsIntegerPromotable
3218           ? nullptr
3219           : isVectorPromotionViable(*DL, BeginOffset, EndOffset,
3220                                     AllocaSlices::const_range(B, E), SplitUses);
3221   if (VecTy)
3222     SliceTy = VecTy;
3223
3224   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3225   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3226   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3227   // perform phi and select speculation.
3228   AllocaInst *NewAI;
3229   if (SliceTy == AI.getAllocatedType()) {
3230     assert(BeginOffset == 0 &&
3231            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3232     NewAI = &AI;
3233     // FIXME: We should be able to bail at this point with "nothing changed".
3234     // FIXME: We might want to defer PHI speculation until after here.
3235   } else {
3236     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3237     if (!Alignment) {
3238       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3239       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3240       // type.
3241       Alignment = DL->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3242     }
3243     Alignment = MinAlign(Alignment, BeginOffset);
3244     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3245     // the alloca's alignment unconstrained.
3246     if (Alignment <= DL->getABITypeAlignment(SliceTy))
3247       Alignment = 0;
3248     NewAI =
3249         new AllocaInst(SliceTy, nullptr, Alignment,
3250                        AI.getName() + ".sroa." + Twine(B - AS.begin()), &AI);
3251     ++NumNewAllocas;
3252   }
3253
3254   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3255                << "[" << BeginOffset << "," << EndOffset << ") to: " << *NewAI
3256                << "\n");
3257
3258   // Track the high watermark on the worklist as it is only relevant for
3259   // promoted allocas. We will reset it to this point if the alloca is not in
3260   // fact scheduled for promotion.
3261   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3262   unsigned NumUses = 0;
3263   SmallPtrSet<PHINode *, 8> PHIUsers;
3264   SmallPtrSet<SelectInst *, 8> SelectUsers;
3265
3266   AllocaSliceRewriter Rewriter(*DL, AS, *this, AI, *NewAI, BeginOffset,
3267                                EndOffset, IsIntegerPromotable, VecTy, PHIUsers,
3268                                SelectUsers);
3269   bool Promotable = true;
3270   for (auto & SplitUse : SplitUses) {
3271     DEBUG(dbgs() << "  rewriting split ");
3272     DEBUG(AS.printSlice(dbgs(), SplitUse, ""));
3273     Promotable &= Rewriter.visit(SplitUse);
3274     ++NumUses;
3275   }
3276   for (AllocaSlices::iterator I = B; I != E; ++I) {
3277     DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3278     DEBUG(AS.printSlice(dbgs(), I, ""));
3279     Promotable &= Rewriter.visit(I);
3280     ++NumUses;
3281   }
3282
3283   NumAllocaPartitionUses += NumUses;
3284   MaxUsesPerAllocaPartition =
3285       std::max<unsigned>(NumUses, MaxUsesPerAllocaPartition);
3286
3287   // Now that we've processed all the slices in the new partition, check if any
3288   // PHIs or Selects would block promotion.
3289   for (SmallPtrSetImpl<PHINode *>::iterator I = PHIUsers.begin(),
3290                                             E = PHIUsers.end();
3291        I != E; ++I)
3292     if (!isSafePHIToSpeculate(**I, DL)) {
3293       Promotable = false;
3294       PHIUsers.clear();
3295       SelectUsers.clear();
3296       break;
3297     }
3298   for (SmallPtrSetImpl<SelectInst *>::iterator I = SelectUsers.begin(),
3299                                                E = SelectUsers.end();
3300        I != E; ++I)
3301     if (!isSafeSelectToSpeculate(**I, DL)) {
3302       Promotable = false;
3303       PHIUsers.clear();
3304       SelectUsers.clear();
3305       break;
3306     }
3307
3308   if (Promotable) {
3309     if (PHIUsers.empty() && SelectUsers.empty()) {
3310       // Promote the alloca.
3311       PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3312     } else {
3313       // If we have either PHIs or Selects to speculate, add them to those
3314       // worklists and re-queue the new alloca so that we promote in on the
3315       // next iteration.
3316       for (PHINode *PHIUser : PHIUsers)
3317         SpeculatablePHIs.insert(PHIUser);
3318       for (SelectInst *SelectUser : SelectUsers)
3319         SpeculatableSelects.insert(SelectUser);
3320       Worklist.insert(NewAI);
3321     }
3322   } else {
3323     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3324     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3325     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3326     if (NewAI != &AI)
3327       Worklist.insert(NewAI);
3328
3329     // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3330     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3331       PostPromotionWorklist.pop_back();
3332   }
3333
3334   return true;
3335 }
3336
3337 static void
3338 removeFinishedSplitUses(SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator> &SplitUses,
3339                         uint64_t &MaxSplitUseEndOffset, uint64_t Offset) {
3340   if (Offset >= MaxSplitUseEndOffset) {
3341     SplitUses.clear();
3342     MaxSplitUseEndOffset = 0;
3343     return;
3344   }
3345
3346   size_t SplitUsesOldSize = SplitUses.size();
3347   SplitUses.erase(std::remove_if(SplitUses.begin(), SplitUses.end(),
3348                                  [Offset](const AllocaSlices::iterator &I) {
3349                     return I->endOffset() <= Offset;
3350                   }),
3351                   SplitUses.end());
3352   if (SplitUsesOldSize == SplitUses.size())
3353     return;
3354
3355   // Recompute the max. While this is linear, so is remove_if.
3356   MaxSplitUseEndOffset = 0;
3357   for (AllocaSlices::iterator SplitUse : SplitUses)
3358     MaxSplitUseEndOffset =
3359         std::max(SplitUse->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3360 }
3361
3362 /// \brief Walks the slices of an alloca and form partitions based on them,
3363 /// rewriting each of their uses.
3364 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS) {
3365   if (AS.begin() == AS.end())
3366     return false;
3367
3368   unsigned NumPartitions = 0;
3369   bool Changed = false;
3370   SmallVector<AllocaSlices::iterator, 4> SplitUses;
3371   uint64_t MaxSplitUseEndOffset = 0;
3372
3373   uint64_t BeginOffset = AS.begin()->beginOffset();
3374
3375   for (AllocaSlices::iterator SI = AS.begin(), SJ = std::next(SI),
3376                               SE = AS.end();
3377        SI != SE; SI = SJ) {
3378     uint64_t MaxEndOffset = SI->endOffset();
3379
3380     if (!SI->isSplittable()) {
3381       // When we're forming an unsplittable region, it must always start at the
3382       // first slice and will extend through its end.
3383       assert(BeginOffset == SI->beginOffset());
3384
3385       // Form a partition including all of the overlapping slices with this
3386       // unsplittable slice.
3387       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3388         if (!SJ->isSplittable())
3389           MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3390         ++SJ;
3391       }
3392     } else {
3393       assert(SI->isSplittable()); // Established above.
3394
3395       // Collect all of the overlapping splittable slices.
3396       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset &&
3397              SJ->isSplittable()) {
3398         MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3399         ++SJ;
3400       }
3401
3402       // Back up MaxEndOffset and SJ if we ended the span early when
3403       // encountering an unsplittable slice.
3404       if (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3405         assert(!SJ->isSplittable());
3406         MaxEndOffset = SJ->beginOffset();
3407       }
3408     }
3409
3410     // Check if we have managed to move the end offset forward yet. If so,
3411     // we'll have to rewrite uses and erase old split uses.
3412     if (BeginOffset < MaxEndOffset) {
3413       // Rewrite a sequence of overlapping slices.
3414       Changed |= rewritePartition(AI, AS, SI, SJ, BeginOffset, MaxEndOffset,
3415                                   SplitUses);
3416       ++NumPartitions;
3417
3418       removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset, MaxEndOffset);
3419     }
3420
3421     // Accumulate all the splittable slices from the [SI,SJ) region which
3422     // overlap going forward.
3423     for (AllocaSlices::iterator SK = SI; SK != SJ; ++SK)
3424       if (SK->isSplittable() && SK->endOffset() > MaxEndOffset) {
3425         SplitUses.push_back(SK);
3426         MaxSplitUseEndOffset = std::max(SK->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3427       }
3428
3429     // If we're already at the end and we have no split uses, we're done.
3430     if (SJ == SE && SplitUses.empty())
3431       break;
3432
3433     // If we have no split uses or no gap in offsets, we're ready to move to
3434     // the next slice.
3435     if (SplitUses.empty() || (SJ != SE && MaxEndOffset == SJ->beginOffset())) {
3436       BeginOffset = SJ->beginOffset();
3437       continue;
3438     }
3439
3440     // Even if we have split slices, if the next slice is splittable and the
3441     // split slices reach it, we can simply set up the beginning offset of the
3442     // next iteration to bridge between them.
3443     if (SJ != SE && SJ->isSplittable() &&
3444         MaxSplitUseEndOffset > SJ->beginOffset()) {
3445       BeginOffset = MaxEndOffset;
3446       continue;
3447     }
3448
3449     // Otherwise, we have a tail of split slices. Rewrite them with an empty
3450     // range of slices.
3451     uint64_t PostSplitEndOffset =
3452         SJ == SE ? MaxSplitUseEndOffset : SJ->beginOffset();
3453
3454     Changed |= rewritePartition(AI, AS, SJ, SJ, MaxEndOffset,
3455                                 PostSplitEndOffset, SplitUses);
3456     ++NumPartitions;
3457
3458     if (SJ == SE)
3459       break; // Skip the rest, we don't need to do any cleanup.
3460
3461     removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset,
3462                             PostSplitEndOffset);
3463
3464     // Now just reset the begin offset for the next iteration.
3465     BeginOffset = SJ->beginOffset();
3466   }
3467
3468   NumAllocaPartitions += NumPartitions;
3469   MaxPartitionsPerAlloca =
3470       std::max<unsigned>(NumPartitions, MaxPartitionsPerAlloca);
3471
3472   return Changed;
3473 }
3474
3475 /// \brief Clobber a use with undef, deleting the used value if it becomes dead.
3476 void SROA::clobberUse(Use &U) {
3477   Value *OldV = U;
3478   // Replace the use with an undef value.
3479   U = UndefValue::get(OldV->getType());
3480
3481   // Check for this making an instruction dead. We have to garbage collect
3482   // all the dead instructions to ensure the uses of any alloca end up being
3483   // minimal.
3484   if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3485     if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3486       DeadInsts.insert(OldI);
3487     }
3488 }
3489
3490 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3491 ///
3492 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3493 /// the slices of the alloca, and then hands it off to be split and
3494 /// rewritten as needed.
3495 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3496   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3497   ++NumAllocasAnalyzed;
3498
3499   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3500   if (AI.use_empty()) {
3501     AI.eraseFromParent();
3502     return true;
3503   }
3504
3505   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3506   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3507       DL->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3508     return false;
3509
3510   bool Changed = false;
3511
3512   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3513   // better splitting and promotion opportunities.
3514   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*DL);
3515   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3516
3517   // Build the slices using a recursive instruction-visiting builder.
3518   AllocaSlices AS(*DL, AI);
3519   DEBUG(AS.print(dbgs()));
3520   if (AS.isEscaped())
3521     return Changed;
3522
3523   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3524   for (Instruction *DeadUser : AS.getDeadUsers()) {
3525     // Free up everything used by this instruction.
3526     for (Use &DeadOp : DeadUser->operands())
3527       clobberUse(DeadOp);
3528
3529     // Now replace the uses of this instruction.
3530     DeadUser->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(DeadUser->getType()));
3531
3532     // And mark it for deletion.
3533     DeadInsts.insert(DeadUser);
3534     Changed = true;
3535   }
3536   for (Use *DeadOp : AS.getDeadOperands()) {
3537     clobberUse(*DeadOp);
3538     Changed = true;
3539   }
3540
3541   // No slices to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3542   if (AS.begin() == AS.end())
3543     return Changed;
3544
3545   Changed |= splitAlloca(AI, AS);
3546
3547   DEBUG(dbgs() << "  Speculating PHIs\n");
3548   while (!SpeculatablePHIs.empty())
3549     speculatePHINodeLoads(*SpeculatablePHIs.pop_back_val());
3550
3551   DEBUG(dbgs() << "  Speculating Selects\n");
3552   while (!SpeculatableSelects.empty())
3553     speculateSelectInstLoads(*SpeculatableSelects.pop_back_val());
3554
3555   return Changed;
3556 }
3557
3558 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3559 ///
3560 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3561 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3562 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3563 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3564 ///
3565 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3566 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3567 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSetImpl<AllocaInst*> &DeletedAllocas) {
3568   while (!DeadInsts.empty()) {
3569     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3570     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3571
3572     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
3573
3574     for (Use &Operand : I->operands())
3575       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Operand)) {
3576         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3577         Operand = nullptr;
3578         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3579           DeadInsts.insert(U);
3580       }
3581
3582     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3583       DeletedAllocas.insert(AI);
3584
3585     ++NumDeleted;
3586     I->eraseFromParent();
3587   }
3588 }
3589
3590 static void enqueueUsersInWorklist(Instruction &I,
3591                                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist,
3592                                    SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Visited) {
3593   for (User *U : I.users())
3594     if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)).second)
3595       Worklist.push_back(cast<Instruction>(U));
3596 }
3597
3598 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3599 ///
3600 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3601 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3602 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3603 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3604 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3605 /// promotion occurred.
3606 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3607   if (PromotableAllocas.empty())
3608     return false;
3609
3610   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3611
3612   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3613     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3614     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT, nullptr, AT);
3615     PromotableAllocas.clear();
3616     return true;
3617   }
3618
3619   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3620   SSAUpdater SSA;
3621   DIBuilder DIB(*F.getParent(), /*AllowUnresolved*/ false);
3622   SmallVector<Instruction *, 64> Insts;
3623
3624   // We need a worklist to walk the uses of each alloca.
3625   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
3626   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3627   SmallVector<Instruction *, 32> DeadInsts;
3628
3629   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3630     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3631     Insts.clear();
3632     Worklist.clear();
3633     Visited.clear();
3634
3635     enqueueUsersInWorklist(*AI, Worklist, Visited);
3636
3637     while (!Worklist.empty()) {
3638       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3639
3640       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3641       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3642       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3643       // scalar values produced.
3644       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3645         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3646                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3647         II->eraseFromParent();
3648         continue;
3649       }
3650
3651       // Push the loads and stores we find onto the list. SROA will already
3652       // have validated that all loads and stores are viable candidates for
3653       // promotion.
3654       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3655         assert(LI->getType() == AI->getAllocatedType());
3656         Insts.push_back(LI);
3657         continue;
3658       }
3659       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
3660         assert(SI->getValueOperand()->getType() == AI->getAllocatedType());
3661         Insts.push_back(SI);
3662         continue;
3663       }
3664
3665       // For everything else, we know that only no-op bitcasts and GEPs will
3666       // make it this far, just recurse through them and recall them for later
3667       // removal.
3668       DeadInsts.push_back(I);
3669       enqueueUsersInWorklist(*I, Worklist, Visited);
3670     }
3671     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3672     while (!DeadInsts.empty())
3673       DeadInsts.pop_back_val()->eraseFromParent();
3674     AI->eraseFromParent();
3675   }
3676
3677   PromotableAllocas.clear();
3678   return true;
3679 }
3680
3681 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3682   if (skipOptnoneFunction(F))
3683     return false;
3684
3685   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3686   C = &F.getContext();
3687   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
3688   if (!DLP) {
3689     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3690     return false;
3691   }
3692   DL = &DLP->getDataLayout();
3693   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
3694       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
3695   DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
3696   AT = &getAnalysis<AssumptionTracker>();
3697
3698   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3699   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = std::prev(EntryBB.end());
3700        I != E; ++I)
3701     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3702       Worklist.insert(AI);
3703
3704   bool Changed = false;
3705   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3706   // the list of promotable allocas.
3707   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3708
3709   do {
3710     while (!Worklist.empty()) {
3711       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3712       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3713
3714       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3715       // continue processing them.
3716       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3717         auto IsInSet = [&](AllocaInst *AI) {
3718           return DeletedAllocas.count(AI);
3719         };
3720         Worklist.remove_if(IsInSet);
3721         PostPromotionWorklist.remove_if(IsInSet);
3722         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3723                                                PromotableAllocas.end(),
3724                                                IsInSet),
3725                                 PromotableAllocas.end());
3726         DeletedAllocas.clear();
3727       }
3728     }
3729
3730     Changed |= promoteAllocas(F);
3731
3732     Worklist = PostPromotionWorklist;
3733     PostPromotionWorklist.clear();
3734   } while (!Worklist.empty());
3735
3736   return Changed;
3737 }
3738
3739 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3740   AU.addRequired<AssumptionTracker>();
3741   if (RequiresDomTree)
3742     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
3743   AU.setPreservesCFG();
3744 }