Fix an issue where we failed to adjust the alignment constraint on
[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 #define DEBUG_TYPE "sroa"
27 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
28 #include "llvm/Constants.h"
29 #include "llvm/DIBuilder.h"
30 #include "llvm/DebugInfo.h"
31 #include "llvm/DerivedTypes.h"
32 #include "llvm/Function.h"
33 #include "llvm/IRBuilder.h"
34 #include "llvm/Instructions.h"
35 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
36 #include "llvm/LLVMContext.h"
37 #include "llvm/Module.h"
38 #include "llvm/Operator.h"
39 #include "llvm/Pass.h"
40 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
41 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
42 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
43 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
44 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
45 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
46 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
47 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
48 #include "llvm/Support/Debug.h"
49 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
50 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
51 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
52 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
53 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
54 #include "llvm/Target/TargetData.h"
55 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
58 using namespace llvm;
59
60 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
61 STATISTIC(NumNewAllocas,      "Number of new, smaller allocas introduced");
62 STATISTIC(NumPromoted,        "Number of allocas promoted to SSA values");
63 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
64 STATISTIC(NumDeleted,         "Number of instructions deleted");
65 STATISTIC(NumVectorized,      "Number of vectorized aggregates");
66
67 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
68 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
69 static cl::opt<bool>
70 ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false), cl::Hidden);
71
72 namespace {
73 /// \brief Alloca partitioning representation.
74 ///
75 /// This class represents a partitioning of an alloca into slices, and
76 /// information about the nature of uses of each slice of the alloca. The goal
77 /// is that this information is sufficient to decide if and how to split the
78 /// alloca apart and replace slices with scalars. It is also intended that this
79 /// structure can capture the relevant information needed both to decide about
80 /// and to enact these transformations.
81 class AllocaPartitioning {
82 public:
83   /// \brief A common base class for representing a half-open byte range.
84   struct ByteRange {
85     /// \brief The beginning offset of the range.
86     uint64_t BeginOffset;
87
88     /// \brief The ending offset, not included in the range.
89     uint64_t EndOffset;
90
91     ByteRange() : BeginOffset(), EndOffset() {}
92     ByteRange(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset)
93         : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset) {}
94
95     /// \brief Support for ordering ranges.
96     ///
97     /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
98     /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
99     /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
100     /// same start position.
101     bool operator<(const ByteRange &RHS) const {
102       if (BeginOffset < RHS.BeginOffset) return true;
103       if (BeginOffset > RHS.BeginOffset) return false;
104       if (EndOffset > RHS.EndOffset) return true;
105       return false;
106     }
107
108     /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
109     friend bool operator<(const ByteRange &LHS, uint64_t RHSOffset) {
110       return LHS.BeginOffset < RHSOffset;
111     }
112
113     friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
114                                                 const ByteRange &RHS) {
115       return LHSOffset < RHS.BeginOffset;
116     }
117
118     bool operator==(const ByteRange &RHS) const {
119       return BeginOffset == RHS.BeginOffset && EndOffset == RHS.EndOffset;
120     }
121     bool operator!=(const ByteRange &RHS) const { return !operator==(RHS); }
122   };
123
124   /// \brief A partition of an alloca.
125   ///
126   /// This structure represents a contiguous partition of the alloca. These are
127   /// formed by examining the uses of the alloca. During formation, they may
128   /// overlap but once an AllocaPartitioning is built, the Partitions within it
129   /// are all disjoint.
130   struct Partition : public ByteRange {
131     /// \brief Whether this partition is splittable into smaller partitions.
132     ///
133     /// We flag partitions as splittable when they are formed entirely due to
134     /// accesses by trivially splittable operations such as memset and memcpy.
135     ///
136     /// FIXME: At some point we should consider loads and stores of FCAs to be
137     /// splittable and eagerly split them into scalar values.
138     bool IsSplittable;
139
140     Partition() : ByteRange(), IsSplittable() {}
141     Partition(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, bool IsSplittable)
142         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), IsSplittable(IsSplittable) {}
143   };
144
145   /// \brief A particular use of a partition of the alloca.
146   ///
147   /// This structure is used to associate uses of a partition with it. They
148   /// mark the range of bytes which are referenced by a particular instruction,
149   /// and includes a handle to the user itself and the pointer value in use.
150   /// The bounds of these uses are determined by intersecting the bounds of the
151   /// memory use itself with a particular partition. As a consequence there is
152   /// intentionally overlap between various uses of the same partition.
153   struct PartitionUse : public ByteRange {
154     /// \brief The use in question. Provides access to both user and used value.
155     ///
156     /// Note that this may be null if the partition use is *dead*, that is, it
157     /// should be ignored.
158     Use *U;
159
160     PartitionUse() : ByteRange(), U() {}
161     PartitionUse(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U)
162         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), U(U) {}
163   };
164
165   /// \brief Construct a partitioning of a particular alloca.
166   ///
167   /// Construction does most of the work for partitioning the alloca. This
168   /// performs the necessary walks of users and builds a partitioning from it.
169   AllocaPartitioning(const TargetData &TD, AllocaInst &AI);
170
171   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
172   ///
173   /// If this is true, the partitioning is never fully built and should be
174   /// ignored.
175   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
176
177   /// \brief Support for iterating over the partitions.
178   /// @{
179   typedef SmallVectorImpl<Partition>::iterator iterator;
180   iterator begin() { return Partitions.begin(); }
181   iterator end() { return Partitions.end(); }
182
183   typedef SmallVectorImpl<Partition>::const_iterator const_iterator;
184   const_iterator begin() const { return Partitions.begin(); }
185   const_iterator end() const { return Partitions.end(); }
186   /// @}
187
188   /// \brief Support for iterating over and manipulating a particular
189   /// partition's uses.
190   ///
191   /// The iteration support provided for uses is more limited, but also
192   /// includes some manipulation routines to support rewriting the uses of
193   /// partitions during SROA.
194   /// @{
195   typedef SmallVectorImpl<PartitionUse>::iterator use_iterator;
196   use_iterator use_begin(unsigned Idx) { return Uses[Idx].begin(); }
197   use_iterator use_begin(const_iterator I) { return Uses[I - begin()].begin(); }
198   use_iterator use_end(unsigned Idx) { return Uses[Idx].end(); }
199   use_iterator use_end(const_iterator I) { return Uses[I - begin()].end(); }
200
201   typedef SmallVectorImpl<PartitionUse>::const_iterator const_use_iterator;
202   const_use_iterator use_begin(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].begin(); }
203   const_use_iterator use_begin(const_iterator I) const {
204     return Uses[I - begin()].begin();
205   }
206   const_use_iterator use_end(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].end(); }
207   const_use_iterator use_end(const_iterator I) const {
208     return Uses[I - begin()].end();
209   }
210
211   unsigned use_size(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].size(); }
212   unsigned use_size(const_iterator I) const { return Uses[I - begin()].size(); }
213   const PartitionUse &getUse(unsigned PIdx, unsigned UIdx) const {
214     return Uses[PIdx][UIdx];
215   }
216   const PartitionUse &getUse(const_iterator I, unsigned UIdx) const {
217     return Uses[I - begin()][UIdx];
218   }
219
220   void use_push_back(unsigned Idx, const PartitionUse &PU) {
221     Uses[Idx].push_back(PU);
222   }
223   void use_push_back(const_iterator I, const PartitionUse &PU) {
224     Uses[I - begin()].push_back(PU);
225   }
226   /// @}
227
228   /// \brief Allow iterating the dead users for this alloca.
229   ///
230   /// These are instructions which will never actually use the alloca as they
231   /// are outside the allocated range. They are safe to replace with undef and
232   /// delete.
233   /// @{
234   typedef SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator dead_user_iterator;
235   dead_user_iterator dead_user_begin() const { return DeadUsers.begin(); }
236   dead_user_iterator dead_user_end() const { return DeadUsers.end(); }
237   /// @}
238
239   /// \brief Allow iterating the dead expressions referring to this alloca.
240   ///
241   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
242   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
243   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
244   /// need to replace with undef.
245   /// @{
246   typedef SmallVectorImpl<Use *>::const_iterator dead_op_iterator;
247   dead_op_iterator dead_op_begin() const { return DeadOperands.begin(); }
248   dead_op_iterator dead_op_end() const { return DeadOperands.end(); }
249   /// @}
250
251   /// \brief MemTransferInst auxiliary data.
252   /// This struct provides some auxiliary data about memory transfer
253   /// intrinsics such as memcpy and memmove. These intrinsics can use two
254   /// different ranges within the same alloca, and provide other challenges to
255   /// correctly represent. We stash extra data to help us untangle this
256   /// after the partitioning is complete.
257   struct MemTransferOffsets {
258     uint64_t DestBegin, DestEnd;
259     uint64_t SourceBegin, SourceEnd;
260     bool IsSplittable;
261   };
262   MemTransferOffsets getMemTransferOffsets(MemTransferInst &II) const {
263     return MemTransferInstData.lookup(&II);
264   }
265
266   /// \brief Map from a PHI or select operand back to a partition.
267   ///
268   /// When manipulating PHI nodes or selects, they can use more than one
269   /// partition of an alloca. We store a special mapping to allow finding the
270   /// partition referenced by each of these operands, if any.
271   iterator findPartitionForPHIOrSelectOperand(Use *U) {
272     SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned> >::const_iterator MapIt
273       = PHIOrSelectOpMap.find(U);
274     if (MapIt == PHIOrSelectOpMap.end())
275       return end();
276
277     return begin() + MapIt->second.first;
278   }
279
280   /// \brief Map from a PHI or select operand back to the specific use of
281   /// a partition.
282   ///
283   /// Similar to mapping these operands back to the partitions, this maps
284   /// directly to the use structure of that partition.
285   use_iterator findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Use *U) {
286     SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned> >::const_iterator MapIt
287       = PHIOrSelectOpMap.find(U);
288     assert(MapIt != PHIOrSelectOpMap.end());
289     return Uses[MapIt->second.first].begin() + MapIt->second.second;
290   }
291
292   /// \brief Compute a common type among the uses of a particular partition.
293   ///
294   /// This routines walks all of the uses of a particular partition and tries
295   /// to find a common type between them. Untyped operations such as memset and
296   /// memcpy are ignored.
297   Type *getCommonType(iterator I) const;
298
299 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
300   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
301   void printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
302                   StringRef Indent = "  ") const;
303   void print(raw_ostream &OS) const;
304   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump(const_iterator I) const;
305   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump() const;
306 #endif
307
308 private:
309   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
310   class PartitionBuilder;
311   friend class AllocaPartitioning::PartitionBuilder;
312   class UseBuilder;
313   friend class AllocaPartitioning::UseBuilder;
314
315 #ifndef NDEBUG
316   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
317   AllocaInst &AI;
318 #endif
319
320   /// \brief The instruction responsible for this alloca having no partitioning.
321   ///
322   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
323   /// store a pointer to that here and abort trying to partition the alloca.
324   /// This will be null if the alloca is partitioned successfully.
325   Instruction *PointerEscapingInstr;
326
327   /// \brief The partitions of the alloca.
328   ///
329   /// We store a vector of the partitions over the alloca here. This vector is
330   /// sorted by increasing begin offset, and then by decreasing end offset. See
331   /// the Partition inner class for more details. Initially (during
332   /// construction) there are overlaps, but we form a disjoint sequence of
333   /// partitions while finishing construction and a fully constructed object is
334   /// expected to always have this as a disjoint space.
335   SmallVector<Partition, 8> Partitions;
336
337   /// \brief The uses of the partitions.
338   ///
339   /// This is essentially a mapping from each partition to a list of uses of
340   /// that partition. The mapping is done with a Uses vector that has the exact
341   /// same number of entries as the partition vector. Each entry is itself
342   /// a vector of the uses.
343   SmallVector<SmallVector<PartitionUse, 2>, 8> Uses;
344
345   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
346   ///
347   /// Note that these are not separated by partition. This is because we expect
348   /// a partitioned alloca to be completely rewritten or not rewritten at all.
349   /// If rewritten, all these instructions can simply be removed and replaced
350   /// with undef as they come from outside of the allocated space.
351   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
352
353   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
354   ///
355   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
356   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
357   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
358   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
359   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
360   /// the alloca.
361   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
362
363   /// \brief The underlying storage for auxiliary memcpy and memset info.
364   SmallDenseMap<MemTransferInst *, MemTransferOffsets, 4> MemTransferInstData;
365
366   /// \brief A side datastructure used when building up the partitions and uses.
367   ///
368   /// This mapping is only really used during the initial building of the
369   /// partitioning so that we can retain information about PHI and select nodes
370   /// processed.
371   SmallDenseMap<Instruction *, std::pair<uint64_t, bool> > PHIOrSelectSizes;
372
373   /// \brief Auxiliary information for particular PHI or select operands.
374   SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned>, 4> PHIOrSelectOpMap;
375
376   /// \brief A utility routine called from the constructor.
377   ///
378   /// This does what it says on the tin. It is the key of the alloca partition
379   /// splitting and merging. After it is called we have the desired disjoint
380   /// collection of partitions.
381   void splitAndMergePartitions();
382 };
383 }
384
385 template <typename DerivedT, typename RetT>
386 class AllocaPartitioning::BuilderBase
387     : public InstVisitor<DerivedT, RetT> {
388 public:
389   BuilderBase(const TargetData &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
390       : TD(TD),
391         AllocSize(TD.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())),
392         P(P) {
393     enqueueUsers(AI, 0);
394   }
395
396 protected:
397   const TargetData &TD;
398   const uint64_t AllocSize;
399   AllocaPartitioning &P;
400
401   SmallPtrSet<Use *, 8> VisitedUses;
402
403   struct OffsetUse {
404     Use *U;
405     int64_t Offset;
406   };
407   SmallVector<OffsetUse, 8> Queue;
408
409   // The active offset and use while visiting.
410   Use *U;
411   int64_t Offset;
412
413   void enqueueUsers(Instruction &I, int64_t UserOffset) {
414     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end();
415          UI != UE; ++UI) {
416       if (VisitedUses.insert(&UI.getUse())) {
417         OffsetUse OU = { &UI.getUse(), UserOffset };
418         Queue.push_back(OU);
419       }
420     }
421   }
422
423   bool computeConstantGEPOffset(GetElementPtrInst &GEPI, int64_t &GEPOffset) {
424     GEPOffset = Offset;
425     for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI), GTE = gep_type_end(GEPI);
426          GTI != GTE; ++GTI) {
427       ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
428       if (!OpC)
429         return false;
430       if (OpC->isZero())
431         continue;
432
433       // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
434       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
435         unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
436         const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
437         uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
438         // Check that we can continue to model this GEP in a signed 64-bit offset.
439         if (ElementOffset > INT64_MAX ||
440             (GEPOffset >= 0 &&
441              ((uint64_t)GEPOffset + ElementOffset) > INT64_MAX)) {
442           DEBUG(dbgs() << "WARNING: Encountered a cumulative offset exceeding "
443                        << "what can be represented in an int64_t!\n"
444                        << "  alloca: " << P.AI << "\n");
445           return false;
446         }
447         if (GEPOffset < 0)
448           GEPOffset = ElementOffset + (uint64_t)-GEPOffset;
449         else
450           GEPOffset += ElementOffset;
451         continue;
452       }
453
454       APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(TD.getPointerSizeInBits());
455       Index *= APInt(Index.getBitWidth(),
456                      TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
457       Index += APInt(Index.getBitWidth(), (uint64_t)GEPOffset,
458                      /*isSigned*/true);
459       // Check if the result can be stored in our int64_t offset.
460       if (!Index.isSignedIntN(sizeof(GEPOffset) * 8)) {
461         DEBUG(dbgs() << "WARNING: Encountered a cumulative offset exceeding "
462                      << "what can be represented in an int64_t!\n"
463                      << "  alloca: " << P.AI << "\n");
464         return false;
465       }
466
467       GEPOffset = Index.getSExtValue();
468     }
469     return true;
470   }
471
472   Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
473     // If the condition being selected on is a constant or the same value is
474     // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
475     // early on.
476     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
477       return SI.getOperand(1+CI->isZero());
478     if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2)) {
479       assert(*U == SI.getOperand(1));
480       return SI.getOperand(1);
481     }
482     return 0;
483   }
484 };
485
486 /// \brief Builder for the alloca partitioning.
487 ///
488 /// This class builds an alloca partitioning by recursively visiting the uses
489 /// of an alloca and splitting the partitions for each load and store at each
490 /// offset.
491 class AllocaPartitioning::PartitionBuilder
492     : public BuilderBase<PartitionBuilder, bool> {
493   friend class InstVisitor<PartitionBuilder, bool>;
494
495   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferPartitionMap;
496
497 public:
498   PartitionBuilder(const TargetData &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
499       : BuilderBase<PartitionBuilder, bool>(TD, AI, P) {}
500
501   /// \brief Run the builder over the allocation.
502   bool operator()() {
503     // Note that we have to re-evaluate size on each trip through the loop as
504     // the queue grows at the tail.
505     for (unsigned Idx = 0; Idx < Queue.size(); ++Idx) {
506       U = Queue[Idx].U;
507       Offset = Queue[Idx].Offset;
508       if (!visit(cast<Instruction>(U->getUser())))
509         return false;
510     }
511     return true;
512   }
513
514 private:
515   bool markAsEscaping(Instruction &I) {
516     P.PointerEscapingInstr = &I;
517     return false;
518   }
519
520   void insertUse(Instruction &I, int64_t Offset, uint64_t Size,
521                  bool IsSplittable = false) {
522     // Completely skip uses which have a zero size or don't overlap the
523     // allocation.
524     if (Size == 0 ||
525         (Offset >= 0 && (uint64_t)Offset >= AllocSize) ||
526         (Offset < 0 && (uint64_t)-Offset >= Size)) {
527       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
528                    << " which starts past the end of the " << AllocSize
529                    << " byte alloca:\n"
530                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
531                    << "       use: " << I << "\n");
532       return;
533     }
534
535     // Clamp the start to the beginning of the allocation.
536     if (Offset < 0) {
537       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
538                    << " to start at the beginning of the alloca:\n"
539                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
540                    << "       use: " << I << "\n");
541       Size -= (uint64_t)-Offset;
542       Offset = 0;
543     }
544
545     uint64_t BeginOffset = Offset, EndOffset = BeginOffset + Size;
546
547     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
548     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
549     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
550     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
551       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
552                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
553                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
554                    << "       use: " << I << "\n");
555       EndOffset = AllocSize;
556     }
557
558     // See if we can just add a user onto the last slot currently occupied.
559     if (!P.Partitions.empty() &&
560         P.Partitions.back().BeginOffset == BeginOffset &&
561         P.Partitions.back().EndOffset == EndOffset) {
562       P.Partitions.back().IsSplittable &= IsSplittable;
563       return;
564     }
565
566     Partition New(BeginOffset, EndOffset, IsSplittable);
567     P.Partitions.push_back(New);
568   }
569
570   bool handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, int64_t Offset) {
571     uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(Ty);
572
573     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
574     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
575     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
576     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
577     // risk of overflow.
578     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
579     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
580     if (Offset < 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
581         Size > (AllocSize - (uint64_t)Offset)) {
582       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte "
583                    << (isa<LoadInst>(I) ? "load" : "store") << " @" << Offset
584                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
585                    << " byte alloca:\n"
586                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
587                    << "       use: " << I << "\n");
588       return true;
589     }
590
591     insertUse(I, Offset, Size);
592     return true;
593   }
594
595   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
596     enqueueUsers(BC, Offset);
597     return true;
598   }
599
600   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
601     int64_t GEPOffset;
602     if (!computeConstantGEPOffset(GEPI, GEPOffset))
603       return markAsEscaping(GEPI);
604
605     enqueueUsers(GEPI, GEPOffset);
606     return true;
607   }
608
609   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
610     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
611            "All simple FCA loads should have been pre-split");
612     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset);
613   }
614
615   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
616     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
617     if (ValOp == *U)
618       return markAsEscaping(SI);
619
620     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
621            "All simple FCA stores should have been pre-split");
622     return handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset);
623   }
624
625
626   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
627     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
628     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
629     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
630     insertUse(II, Offset, Size, Length);
631     return true;
632   }
633
634   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
635     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
636     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
637     if (!Size)
638       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
639       return true;
640
641     MemTransferOffsets &Offsets = P.MemTransferInstData[&II];
642
643     // Only intrinsics with a constant length can be split.
644     Offsets.IsSplittable = Length;
645
646     if (*U != II.getRawDest()) {
647       assert(*U == II.getRawSource());
648       Offsets.SourceBegin = Offset;
649       Offsets.SourceEnd = Offset + Size;
650     } else {
651       Offsets.DestBegin = Offset;
652       Offsets.DestEnd = Offset + Size;
653     }
654
655     insertUse(II, Offset, Size, Offsets.IsSplittable);
656     unsigned NewIdx = P.Partitions.size() - 1;
657
658     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::const_iterator PMI;
659     bool Inserted = false;
660     llvm::tie(PMI, Inserted)
661       = MemTransferPartitionMap.insert(std::make_pair(&II, NewIdx));
662     if (Offsets.IsSplittable &&
663         (!Inserted || II.getRawSource() == II.getRawDest())) {
664       // We've found a memory transfer intrinsic which refers to the alloca as
665       // both a source and dest. This is detected either by direct equality of
666       // the operand values, or when we visit the intrinsic twice due to two
667       // different chains of values leading to it. We refuse to split these to
668       // simplify splitting logic. If possible, SROA will still split them into
669       // separate allocas and then re-analyze.
670       Offsets.IsSplittable = false;
671       P.Partitions[PMI->second].IsSplittable = false;
672       P.Partitions[NewIdx].IsSplittable = false;
673     }
674
675     return true;
676   }
677
678   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
679   // FIXME: What about debug instrinsics? This matches old behavior, but
680   // doesn't make sense.
681   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
682     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
683         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
684       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
685       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset, Length->getLimitedValue());
686       insertUse(II, Offset, Size, true);
687       return true;
688     }
689
690     return markAsEscaping(II);
691   }
692
693   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
694     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
695     // the same offset to be a viable use for partitioning purposes. These uses
696     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
697     // size.
698     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
699     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
700     Visited.insert(Root);
701     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
702     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
703     // a size zero access.
704     Size = 0;
705     do {
706       Instruction *I, *UsedI;
707       llvm::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
708
709       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
710         Size = std::max(Size, TD.getTypeStoreSize(LI->getType()));
711         continue;
712       }
713       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
714         Value *Op = SI->getOperand(0);
715         if (Op == UsedI)
716           return SI;
717         Size = std::max(Size, TD.getTypeStoreSize(Op->getType()));
718         continue;
719       }
720
721       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
722         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
723           return GEP;
724       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
725                  !isa<SelectInst>(I)) {
726         return I;
727       }
728
729       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end(); UI != UE;
730            ++UI)
731         if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
732           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(*UI)));
733     } while (!Uses.empty());
734
735     return 0;
736   }
737
738   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
739     // See if we already have computed info on this node.
740     std::pair<uint64_t, bool> &PHIInfo = P.PHIOrSelectSizes[&PN];
741     if (PHIInfo.first) {
742       PHIInfo.second = true;
743       insertUse(PN, Offset, PHIInfo.first);
744       return true;
745     }
746
747     // Check for an unsafe use of the PHI node.
748     if (Instruction *EscapingI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&PN, PHIInfo.first))
749       return markAsEscaping(*EscapingI);
750
751     insertUse(PN, Offset, PHIInfo.first);
752     return true;
753   }
754
755   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
756     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
757       if (Result == *U)
758         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
759         // through the select as if we had RAUW'ed it.
760         enqueueUsers(SI, Offset);
761
762       return true;
763     }
764
765     // See if we already have computed info on this node.
766     std::pair<uint64_t, bool> &SelectInfo = P.PHIOrSelectSizes[&SI];
767     if (SelectInfo.first) {
768       SelectInfo.second = true;
769       insertUse(SI, Offset, SelectInfo.first);
770       return true;
771     }
772
773     // Check for an unsafe use of the PHI node.
774     if (Instruction *EscapingI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&SI, SelectInfo.first))
775       return markAsEscaping(*EscapingI);
776
777     insertUse(SI, Offset, SelectInfo.first);
778     return true;
779   }
780
781   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
782   bool visitInstruction(Instruction &I) { return markAsEscaping(I); }
783 };
784
785
786 /// \brief Use adder for the alloca partitioning.
787 ///
788 /// This class adds the uses of an alloca to all of the partitions which they
789 /// use. For splittable partitions, this can end up doing essentially a linear
790 /// walk of the partitions, but the number of steps remains bounded by the
791 /// total result instruction size:
792 /// - The number of partitions is a result of the number unsplittable
793 ///   instructions using the alloca.
794 /// - The number of users of each partition is at worst the total number of
795 ///   splittable instructions using the alloca.
796 /// Thus we will produce N * M instructions in the end, where N are the number
797 /// of unsplittable uses and M are the number of splittable. This visitor does
798 /// the exact same number of updates to the partitioning.
799 ///
800 /// In the more common case, this visitor will leverage the fact that the
801 /// partition space is pre-sorted, and do a logarithmic search for the
802 /// partition needed, making the total visit a classical ((N + M) * log(N))
803 /// complexity operation.
804 class AllocaPartitioning::UseBuilder : public BuilderBase<UseBuilder> {
805   friend class InstVisitor<UseBuilder>;
806
807   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
808   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
809
810 public:
811   UseBuilder(const TargetData &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
812       : BuilderBase<UseBuilder>(TD, AI, P) {}
813
814   /// \brief Run the builder over the allocation.
815   void operator()() {
816     // Note that we have to re-evaluate size on each trip through the loop as
817     // the queue grows at the tail.
818     for (unsigned Idx = 0; Idx < Queue.size(); ++Idx) {
819       U = Queue[Idx].U;
820       Offset = Queue[Idx].Offset;
821       this->visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
822     }
823   }
824
825 private:
826   void markAsDead(Instruction &I) {
827     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
828       P.DeadUsers.push_back(&I);
829   }
830
831   void insertUse(Instruction &User, int64_t Offset, uint64_t Size) {
832     // If the use has a zero size or extends outside of the allocation, record
833     // it as a dead use for elimination later.
834     if (Size == 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
835         (Offset < 0 && (uint64_t)-Offset >= Size))
836       return markAsDead(User);
837
838     // Clamp the start to the beginning of the allocation.
839     if (Offset < 0) {
840       Size -= (uint64_t)-Offset;
841       Offset = 0;
842     }
843
844     uint64_t BeginOffset = Offset, EndOffset = BeginOffset + Size;
845
846     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
847     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
848     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
849     if (Size > AllocSize - BeginOffset)
850       EndOffset = AllocSize;
851
852     // NB: This only works if we have zero overlapping partitions.
853     iterator B = std::lower_bound(P.begin(), P.end(), BeginOffset);
854     if (B != P.begin() && llvm::prior(B)->EndOffset > BeginOffset)
855       B = llvm::prior(B);
856     for (iterator I = B, E = P.end(); I != E && I->BeginOffset < EndOffset;
857          ++I) {
858       PartitionUse NewPU(std::max(I->BeginOffset, BeginOffset),
859                          std::min(I->EndOffset, EndOffset), U);
860       P.use_push_back(I, NewPU);
861       if (isa<PHINode>(U->getUser()) || isa<SelectInst>(U->getUser()))
862         P.PHIOrSelectOpMap[U]
863           = std::make_pair(I - P.begin(), P.Uses[I - P.begin()].size() - 1);
864     }
865   }
866
867   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, int64_t Offset) {
868     uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(Ty);
869
870     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
871     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
872     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
873     // behavior of insertUse.
874     if (Offset < 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
875         Size > (AllocSize - (uint64_t)Offset))
876       return markAsDead(I);
877
878     insertUse(I, Offset, Size);
879   }
880
881   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
882     if (BC.use_empty())
883       return markAsDead(BC);
884
885     enqueueUsers(BC, Offset);
886   }
887
888   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
889     if (GEPI.use_empty())
890       return markAsDead(GEPI);
891
892     int64_t GEPOffset;
893     if (!computeConstantGEPOffset(GEPI, GEPOffset))
894       llvm_unreachable("Unable to compute constant offset for use");
895
896     enqueueUsers(GEPI, GEPOffset);
897   }
898
899   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
900     handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset);
901   }
902
903   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
904     handleLoadOrStore(SI.getOperand(0)->getType(), SI, Offset);
905   }
906
907   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
908     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
909     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
910     insertUse(II, Offset, Size);
911   }
912
913   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
914     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
915     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
916     insertUse(II, Offset, Size);
917   }
918
919   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
920     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
921            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
922
923     ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
924     insertUse(II, Offset,
925               std::min(AllocSize - Offset, Length->getLimitedValue()));
926   }
927
928   void insertPHIOrSelect(Instruction &User, uint64_t Offset) {
929     uint64_t Size = P.PHIOrSelectSizes.lookup(&User).first;
930
931     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
932     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
933     // case them here and use a separate structure to track the operands
934     // themselves which should be replaced with undef.
935     if (Offset >= AllocSize) {
936       P.DeadOperands.push_back(U);
937       return;
938     }
939
940     insertUse(User, Offset, Size);
941   }
942   void visitPHINode(PHINode &PN) {
943     if (PN.use_empty())
944       return markAsDead(PN);
945
946     insertPHIOrSelect(PN, Offset);
947   }
948   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
949     if (SI.use_empty())
950       return markAsDead(SI);
951
952     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
953       if (Result == *U)
954         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
955         // through the select as if we had RAUW'ed it.
956         enqueueUsers(SI, Offset);
957       else
958         // Otherwise the operand to the select is dead, and we can replace it
959         // with undef.
960         P.DeadOperands.push_back(U);
961
962       return;
963     }
964
965     insertPHIOrSelect(SI, Offset);
966   }
967
968   /// \brief Unreachable, we've already visited the alloca once.
969   void visitInstruction(Instruction &I) {
970     llvm_unreachable("Unhandled instruction in use builder.");
971   }
972 };
973
974 void AllocaPartitioning::splitAndMergePartitions() {
975   size_t NumDeadPartitions = 0;
976
977   // Track the range of splittable partitions that we pass when accumulating
978   // overlapping unsplittable partitions.
979   uint64_t SplitEndOffset = 0ull;
980
981   Partition New(0ull, 0ull, false);
982
983   for (unsigned i = 0, j = i, e = Partitions.size(); i != e; i = j) {
984     ++j;
985
986     if (!Partitions[i].IsSplittable || New.BeginOffset == New.EndOffset) {
987       assert(New.BeginOffset == New.EndOffset);
988       New = Partitions[i];
989     } else {
990       assert(New.IsSplittable);
991       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[i].EndOffset);
992     }
993     assert(New.BeginOffset != New.EndOffset);
994
995     // Scan the overlapping partitions.
996     while (j != e && New.EndOffset > Partitions[j].BeginOffset) {
997       // If the new partition we are forming is splittable, stop at the first
998       // unsplittable partition.
999       if (New.IsSplittable && !Partitions[j].IsSplittable)
1000         break;
1001
1002       // Grow the new partition to include any equally splittable range. 'j' is
1003       // always equally splittable when New is splittable, but when New is not
1004       // splittable, we may subsume some (or part of some) splitable partition
1005       // without growing the new one.
1006       if (New.IsSplittable == Partitions[j].IsSplittable) {
1007         New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[j].EndOffset);
1008       } else {
1009         assert(!New.IsSplittable);
1010         assert(Partitions[j].IsSplittable);
1011         SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, Partitions[j].EndOffset);
1012       }
1013
1014       Partitions[j].BeginOffset = Partitions[j].EndOffset = UINT64_MAX;
1015       ++NumDeadPartitions;
1016       ++j;
1017     }
1018
1019     // If the new partition is splittable, chop off the end as soon as the
1020     // unsplittable subsequent partition starts and ensure we eventually cover
1021     // the splittable area.
1022     if (j != e && New.IsSplittable) {
1023       SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, New.EndOffset);
1024       New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
1025     }
1026
1027     // Add the new partition if it differs from the original one and is
1028     // non-empty. We can end up with an empty partition here if it was
1029     // splittable but there is an unsplittable one that starts at the same
1030     // offset.
1031     if (New != Partitions[i]) {
1032       if (New.BeginOffset != New.EndOffset)
1033         Partitions.push_back(New);
1034       // Mark the old one for removal.
1035       Partitions[i].BeginOffset = Partitions[i].EndOffset = UINT64_MAX;
1036       ++NumDeadPartitions;
1037     }
1038
1039     New.BeginOffset = New.EndOffset;
1040     if (!New.IsSplittable) {
1041       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, SplitEndOffset);
1042       if (j != e && !Partitions[j].IsSplittable)
1043         New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
1044       New.IsSplittable = true;
1045       // If there is a trailing splittable partition which won't be fused into
1046       // the next splittable partition go ahead and add it onto the partitions
1047       // list.
1048       if (New.BeginOffset < New.EndOffset &&
1049           (j == e || !Partitions[j].IsSplittable ||
1050            New.EndOffset < Partitions[j].BeginOffset)) {
1051         Partitions.push_back(New);
1052         New.BeginOffset = New.EndOffset = 0ull;
1053       }
1054     }
1055   }
1056
1057   // Re-sort the partitions now that they have been split and merged into
1058   // disjoint set of partitions. Also remove any of the dead partitions we've
1059   // replaced in the process.
1060   std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1061   if (NumDeadPartitions) {
1062     assert(Partitions.back().BeginOffset == UINT64_MAX);
1063     assert(Partitions.back().EndOffset == UINT64_MAX);
1064     assert((ptrdiff_t)NumDeadPartitions ==
1065            std::count(Partitions.begin(), Partitions.end(), Partitions.back()));
1066   }
1067   Partitions.erase(Partitions.end() - NumDeadPartitions, Partitions.end());
1068 }
1069
1070 AllocaPartitioning::AllocaPartitioning(const TargetData &TD, AllocaInst &AI)
1071     :
1072 #ifndef NDEBUG
1073       AI(AI),
1074 #endif
1075       PointerEscapingInstr(0) {
1076   PartitionBuilder PB(TD, AI, *this);
1077   if (!PB())
1078     return;
1079
1080   if (Partitions.size() > 1) {
1081     // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
1082     // and the sizes to be in descending order.
1083     std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1084
1085     // Intersect splittability for all partitions with equal offsets and sizes.
1086     // Then remove all but the first so that we have a sequence of non-equal but
1087     // potentially overlapping partitions.
1088     for (iterator I = Partitions.begin(), J = I, E = Partitions.end(); I != E;
1089          I = J) {
1090       ++J;
1091       while (J != E && *I == *J) {
1092         I->IsSplittable &= J->IsSplittable;
1093         ++J;
1094       }
1095     }
1096     Partitions.erase(std::unique(Partitions.begin(), Partitions.end()),
1097                      Partitions.end());
1098
1099     // Split splittable and merge unsplittable partitions into a disjoint set
1100     // of partitions over the used space of the allocation.
1101     splitAndMergePartitions();
1102   }
1103
1104   // Now build up the user lists for each of these disjoint partitions by
1105   // re-walking the recursive users of the alloca.
1106   Uses.resize(Partitions.size());
1107   UseBuilder UB(TD, AI, *this);
1108   UB();
1109 }
1110
1111 Type *AllocaPartitioning::getCommonType(iterator I) const {
1112   Type *Ty = 0;
1113   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I); UI != UE; ++UI) {
1114     if (!UI->U)
1115       continue; // Skip dead uses.
1116     if (isa<IntrinsicInst>(*UI->U->getUser()))
1117       continue;
1118     if (UI->BeginOffset != I->BeginOffset || UI->EndOffset != I->EndOffset)
1119       continue;
1120
1121     Type *UserTy = 0;
1122     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UI->U->getUser())) {
1123       UserTy = LI->getType();
1124     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI->U->getUser())) {
1125       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1126     }
1127
1128     if (Ty && Ty != UserTy)
1129       return 0;
1130
1131     Ty = UserTy;
1132   }
1133   return Ty;
1134 }
1135
1136 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1137
1138 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1139                                StringRef Indent) const {
1140   OS << Indent << "partition #" << (I - begin())
1141      << " [" << I->BeginOffset << "," << I->EndOffset << ")"
1142      << (I->IsSplittable ? " (splittable)" : "")
1143      << (Uses[I - begin()].empty() ? " (zero uses)" : "")
1144      << "\n";
1145 }
1146
1147 void AllocaPartitioning::printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1148                                     StringRef Indent) const {
1149   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I);
1150        UI != UE; ++UI) {
1151     if (!UI->U)
1152       continue; // Skip dead uses.
1153     OS << Indent << "  [" << UI->BeginOffset << "," << UI->EndOffset << ") "
1154        << "used by: " << *UI->U->getUser() << "\n";
1155     if (MemTransferInst *II = dyn_cast<MemTransferInst>(UI->U->getUser())) {
1156       const MemTransferOffsets &MTO = MemTransferInstData.lookup(II);
1157       bool IsDest;
1158       if (!MTO.IsSplittable)
1159         IsDest = UI->BeginOffset == MTO.DestBegin;
1160       else
1161         IsDest = MTO.DestBegin != 0u;
1162       OS << Indent << "    (original " << (IsDest ? "dest" : "source") << ": "
1163          << "[" << (IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin)
1164          << "," << (IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd) << ")\n";
1165     }
1166   }
1167 }
1168
1169 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS) const {
1170   if (PointerEscapingInstr) {
1171     OS << "No partitioning for alloca: " << AI << "\n"
1172        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
1173        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
1174     return;
1175   }
1176
1177   OS << "Partitioning of alloca: " << AI << "\n";
1178   unsigned Num = 0;
1179   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I, ++Num) {
1180     print(OS, I);
1181     printUsers(OS, I);
1182   }
1183 }
1184
1185 void AllocaPartitioning::dump(const_iterator I) const { print(dbgs(), I); }
1186 void AllocaPartitioning::dump() const { print(dbgs()); }
1187
1188 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1189
1190
1191 namespace {
1192 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
1193 ///
1194 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
1195 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
1196 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
1197 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
1198 /// scalar values.
1199 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1200   AllocaInst &AI;
1201   DIBuilder &DIB;
1202
1203   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
1204   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
1205
1206 public:
1207   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
1208                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
1209     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
1210
1211   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
1212     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
1213     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
1214       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
1215                                UE = DebugNode->use_end();
1216            UI != UE; ++UI)
1217         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
1218           DDIs.push_back(DDI);
1219         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
1220           DVIs.push_back(DVI);
1221     }
1222
1223     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1224     AI.eraseFromParent();
1225     while (!DDIs.empty())
1226       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1227     while (!DVIs.empty())
1228       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1229   }
1230
1231   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
1232                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
1233     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1234       return LI->getOperand(0) == &AI;
1235     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == &AI;
1236   }
1237
1238   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
1239     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::const_iterator I = DDIs.begin(),
1240            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1241       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1242       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1243         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
1244       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
1245         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
1246     }
1247     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::const_iterator I = DVIs.begin(),
1248            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1249       DbgValueInst *DVI = *I;
1250       Value *Arg = NULL;
1251       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1252         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
1253         // may be zapped by an optimization pass in future.
1254         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
1255           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
1256         if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
1257           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
1258         if (!Arg)
1259           Arg = SI->getOperand(0);
1260       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
1261         Arg = LI->getOperand(0);
1262       } else {
1263         continue;
1264       }
1265       Instruction *DbgVal =
1266         DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
1267                                      Inst);
1268       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1269     }
1270   }
1271 };
1272 } // end anon namespace
1273
1274
1275 namespace {
1276 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
1277 ///
1278 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
1279 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
1280 /// a few steps to this process.
1281 ///
1282 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
1283 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
1284 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
1285 ///    as necessary and try to isolate invidual scalar accesses.
1286 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
1287 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
1288 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
1289 ///    select to be a PHI or select of the results.
1290 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
1291 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
1292 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
1293 ///    SSA vector values.
1294 class SROA : public FunctionPass {
1295   const bool RequiresDomTree;
1296
1297   LLVMContext *C;
1298   const TargetData *TD;
1299   DominatorTree *DT;
1300
1301   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
1302   ///
1303   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
1304   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
1305   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
1306   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
1307   /// already present to ensure it is re-visited.
1308   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
1309
1310   /// \brief A collection of instructions to delete.
1311   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
1312   /// efficient.
1313   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
1314
1315   /// \brief A set to prevent repeatedly marking an instruction split into many
1316   /// uses as dead. Only used to guard insertion into DeadInsts.
1317   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DeadSplitInsts;
1318
1319   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
1320   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
1321
1322 public:
1323   SROA(bool RequiresDomTree = true)
1324       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
1325         C(0), TD(0), DT(0) {
1326     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1327   }
1328   bool runOnFunction(Function &F);
1329   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1330
1331   const char *getPassName() const { return "SROA"; }
1332   static char ID;
1333
1334 private:
1335   friend class PHIOrSelectSpeculator;
1336   friend class AllocaPartitionRewriter;
1337   friend class AllocaPartitionVectorRewriter;
1338
1339   bool rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
1340                               AllocaPartitioning &P,
1341                               AllocaPartitioning::iterator PI);
1342   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P);
1343   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
1344   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> &DeletedAllocas);
1345   bool promoteAllocas(Function &F);
1346 };
1347 }
1348
1349 char SROA::ID = 0;
1350
1351 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
1352   return new SROA(RequiresDomTree);
1353 }
1354
1355 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1356                       false, false)
1357 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
1358 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1359                     false, false)
1360
1361 /// \brief Accumulate the constant offsets in a GEP into a single APInt offset.
1362 ///
1363 /// If the provided GEP is all-constant, the total byte offset formed by the
1364 /// GEP is computed and Offset is set to it. If the GEP has any non-constant
1365 /// operands, the function returns false and the value of Offset is unmodified.
1366 static bool accumulateGEPOffsets(const TargetData &TD, GEPOperator &GEP,
1367                                  APInt &Offset) {
1368   APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1369   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1370        GTI != GTE; ++GTI) {
1371     ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1372     if (!OpC)
1373       return false;
1374     if (OpC->isZero()) continue;
1375
1376     // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
1377     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1378       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1379       const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1380       GEPOffset += APInt(Offset.getBitWidth(),
1381                          SL->getElementOffset(ElementIdx));
1382       continue;
1383     }
1384
1385     APInt TypeSize(Offset.getBitWidth(),
1386                    TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
1387     if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(*GTI)) {
1388       assert((VTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
1389              "vector element size is not a multiple of 8, cannot GEP over it");
1390       TypeSize = VTy->getScalarSizeInBits() / 8;
1391     }
1392
1393     GEPOffset += OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth()) * TypeSize;
1394   }
1395   Offset = GEPOffset;
1396   return true;
1397 }
1398
1399 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1400 ///
1401 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1402 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1403 static Value *buildGEP(IRBuilder<> &IRB, Value *BasePtr,
1404                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1405                        const Twine &Prefix) {
1406   if (Indices.empty())
1407     return BasePtr;
1408
1409   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1410   // in that case.
1411   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1412     return BasePtr;
1413
1414   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, Prefix + ".idx");
1415 }
1416
1417 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1418 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1419 ///
1420 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1421 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1422 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1423 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1424 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1425 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1426 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1427                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1428                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1429                                     const Twine &Prefix) {
1430   if (Ty == TargetTy)
1431     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1432
1433   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1434   // type.
1435   unsigned NumLayers = 0;
1436   Type *ElementTy = Ty;
1437   do {
1438     if (ElementTy->isPointerTy())
1439       break;
1440     if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
1441       ElementTy = SeqTy->getElementType();
1442       Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(TD.getPointerSizeInBits(), 0)));
1443     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1444       ElementTy = *STy->element_begin();
1445       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1446     } else {
1447       break;
1448     }
1449     ++NumLayers;
1450   } while (ElementTy != TargetTy);
1451   if (ElementTy != TargetTy)
1452     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1453
1454   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1455 }
1456
1457 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1458 ///
1459 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1460 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1461 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1462                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1463                                        Type *TargetTy,
1464                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1465                                        const Twine &Prefix) {
1466   if (Offset == 0)
1467     return getNaturalGEPWithType(IRB, TD, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, Prefix);
1468
1469   // We can't recurse through pointer types.
1470   if (Ty->isPointerTy())
1471     return 0;
1472
1473   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1474   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1475   // over a vector from the IR completely.
1476   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1477     unsigned ElementSizeInBits = VecTy->getScalarSizeInBits();
1478     if (ElementSizeInBits % 8)
1479       return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1480     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1481     APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1482     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1483       return 0;
1484     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1485     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1486     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, VecTy->getElementType(),
1487                                     Offset, TargetTy, Indices, Prefix);
1488   }
1489
1490   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1491     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1492     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1493     APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1494     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1495       return 0;
1496
1497     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1498     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1499     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1500                                     Indices, Prefix);
1501   }
1502
1503   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1504   if (!STy)
1505     return 0;
1506
1507   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1508   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1509   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1510     return 0;
1511   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1512   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1513   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1514   if (Offset.uge(TD.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1515     return 0; // The offset points into alignment padding.
1516
1517   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1518   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1519                                   Indices, Prefix);
1520 }
1521
1522 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1523 /// resulting in a particular type.
1524 ///
1525 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1526 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1527 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1528 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1529 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1530 ///
1531 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1532 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1533                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1534                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1535                                       const Twine &Prefix) {
1536   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1537
1538   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1539   // an i8.
1540   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
1541     return 0;
1542
1543   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1544   if (!ElementTy->isSized())
1545     return 0; // We can't GEP through an unsized element.
1546   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1547   if (ElementSize == 0)
1548     return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1549   APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1550
1551   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1552   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1553   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1554                                   Indices, Prefix);
1555 }
1556
1557 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1558 /// resulting pointer has PointerTy.
1559 ///
1560 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1561 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1562 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1563 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1564 /// bitcast to the type.
1565 ///
1566 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1567 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1568 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1569 /// properities. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1570 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1571 /// surrounding code.
1572 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1573                              Value *Ptr, APInt Offset, Type *PointerTy,
1574                              const Twine &Prefix) {
1575   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1576   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1577   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1578   Visited.insert(Ptr);
1579   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1580
1581   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1582   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1583   // fall back to it, so keep it around here.
1584   Value *OffsetPtr = 0;
1585
1586   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1587   // byte offset.
1588   Value *Int8Ptr = 0;
1589   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1590
1591   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1592
1593   do {
1594     // First fold any existing GEPs into the offset.
1595     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1596       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1597       if (!accumulateGEPOffsets(TD, *GEP, GEPOffset))
1598         break;
1599       Offset += GEPOffset;
1600       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1601       if (!Visited.insert(Ptr))
1602         break;
1603     }
1604
1605     // See if we can perform a natural GEP here.
1606     Indices.clear();
1607     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, TD, Ptr, Offset, TargetTy,
1608                                            Indices, Prefix)) {
1609       if (P->getType() == PointerTy) {
1610         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1611         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1612           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1613             I->eraseFromParent();
1614         return P;
1615       }
1616       if (!OffsetPtr) {
1617         OffsetPtr = P;
1618       }
1619     }
1620
1621     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1622     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1623       Int8Ptr = Ptr;
1624       Int8PtrOffset = Offset;
1625     }
1626
1627     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1628     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1629       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1630     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1631       if (GA->mayBeOverridden())
1632         break;
1633       Ptr = GA->getAliasee();
1634     } else {
1635       break;
1636     }
1637     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1638   } while (Visited.insert(Ptr));
1639
1640   if (!OffsetPtr) {
1641     if (!Int8Ptr) {
1642       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
1643                                   Prefix + ".raw_cast");
1644       Int8PtrOffset = Offset;
1645     }
1646
1647     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1648       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1649                             Prefix + ".raw_idx");
1650   }
1651   Ptr = OffsetPtr;
1652
1653   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1654   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1655     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, Prefix + ".cast");
1656
1657   return Ptr;
1658 }
1659
1660 /// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to a vector.
1661 ///
1662 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1663 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1664 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1665 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1666 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1667 /// be promotable, so we have an early test here.
1668 static bool isVectorPromotionViable(const TargetData &TD,
1669                                     Type *AllocaTy,
1670                                     AllocaPartitioning &P,
1671                                     uint64_t PartitionBeginOffset,
1672                                     uint64_t PartitionEndOffset,
1673                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
1674                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
1675   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
1676   if (!Ty)
1677     return false;
1678
1679   uint64_t VecSize = TD.getTypeSizeInBits(Ty);
1680   uint64_t ElementSize = Ty->getScalarSizeInBits();
1681
1682   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1683   // that aren't byte sized.
1684   if (ElementSize % 8)
1685     return false;
1686   assert((VecSize % 8) == 0 && "vector size not a multiple of element size?");
1687   VecSize /= 8;
1688   ElementSize /= 8;
1689
1690   for (; I != E; ++I) {
1691     if (!I->U)
1692       continue; // Skip dead use.
1693
1694     uint64_t BeginOffset = I->BeginOffset - PartitionBeginOffset;
1695     uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1696     if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1697         BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1698       return false;
1699     uint64_t EndOffset = I->EndOffset - PartitionBeginOffset;
1700     uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1701     if (EndIndex * ElementSize != EndOffset ||
1702         EndIndex > Ty->getNumElements())
1703       return false;
1704
1705     // FIXME: We should build shuffle vector instructions to handle
1706     // non-element-sized accesses.
1707     if ((EndOffset - BeginOffset) != ElementSize &&
1708         (EndOffset - BeginOffset) != VecSize)
1709       return false;
1710
1711     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
1712       if (MI->isVolatile())
1713         return false;
1714       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
1715         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
1716           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
1717         if (!MTO.IsSplittable)
1718           return false;
1719       }
1720     } else if (I->U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1721       // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1722       return false;
1723     } else if (!isa<LoadInst>(I->U->getUser()) &&
1724                !isa<StoreInst>(I->U->getUser())) {
1725       return false;
1726     }
1727   }
1728   return true;
1729 }
1730
1731 /// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to an int.
1732 ///
1733 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1734 /// partition (and its newly formed alloca) into an integer alloca suitable for
1735 /// promotion to an SSA value. We only can ensure this for a limited set of
1736 /// operations, and we don't want to do the rewrites unless we are confident
1737 /// that the result will be promotable, so we have an early test here.
1738 static bool isIntegerPromotionViable(const TargetData &TD,
1739                                      Type *AllocaTy,
1740                                      AllocaPartitioning &P,
1741                                      AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
1742                                      AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
1743   IntegerType *Ty = dyn_cast<IntegerType>(AllocaTy);
1744   if (!Ty)
1745     return false;
1746
1747   // Check the uses to ensure the uses are (likely) promoteable integer uses.
1748   // Also ensure that the alloca has a covering load or store. We don't want
1749   // promote because of some other unsplittable entry (which we may make
1750   // splittable later) and lose the ability to promote each element access.
1751   bool WholeAllocaOp = false;
1752   for (; I != E; ++I) {
1753     if (!I->U)
1754       continue; // Skip dead use.
1755     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->U->getUser())) {
1756       if (LI->isVolatile() || !LI->getType()->isIntegerTy())
1757         return false;
1758       if (LI->getType() == Ty)
1759         WholeAllocaOp = true;
1760     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I->U->getUser())) {
1761       if (SI->isVolatile() || !SI->getValueOperand()->getType()->isIntegerTy())
1762         return false;
1763       if (SI->getValueOperand()->getType() == Ty)
1764         WholeAllocaOp = true;
1765     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
1766       if (MI->isVolatile())
1767         return false;
1768       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
1769         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
1770           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
1771         if (!MTO.IsSplittable)
1772           return false;
1773       }
1774     } else {
1775       return false;
1776     }
1777   }
1778   return WholeAllocaOp;
1779 }
1780
1781 namespace {
1782 /// \brief Visitor to speculate PHIs and Selects where possible.
1783 class PHIOrSelectSpeculator : public InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator> {
1784   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1785   friend class llvm::InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator>;
1786
1787   const TargetData &TD;
1788   AllocaPartitioning &P;
1789   SROA &Pass;
1790
1791 public:
1792   PHIOrSelectSpeculator(const TargetData &TD, AllocaPartitioning &P, SROA &Pass)
1793     : TD(TD), P(P), Pass(Pass) {}
1794
1795   /// \brief Visit the users of an alloca partition and rewrite them.
1796   void visitUsers(AllocaPartitioning::const_iterator PI) {
1797     // Note that we need to use an index here as the underlying vector of uses
1798     // may be grown during speculation. However, we never need to re-visit the
1799     // new uses, and so we can use the initial size bound.
1800     for (unsigned Idx = 0, Size = P.use_size(PI); Idx != Size; ++Idx) {
1801       const AllocaPartitioning::PartitionUse &PU = P.getUse(PI, Idx);
1802       if (!PU.U)
1803         continue; // Skip dead use.
1804
1805       visit(cast<Instruction>(PU.U->getUser()));
1806     }
1807   }
1808
1809 private:
1810   // By default, skip this instruction.
1811   void visitInstruction(Instruction &I) {}
1812
1813   /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1814   /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1815   /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1816   /// From this:
1817   ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1818   ///   %V = load i32* %P2
1819   /// to:
1820   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1821   ///   ...
1822   ///   %V2 = load i32* %Other
1823   ///   ...
1824   ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1825   ///
1826   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1827   /// to the select can be loaded unconditionally.
1828   ///
1829   /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1830   /// Transforms/Util/Local.h
1831   bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN, SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
1832     // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1833     // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1834     // TODO: Allow recursive phi users.
1835     // TODO: Allow stores.
1836     BasicBlock *BB = PN.getParent();
1837     unsigned MaxAlign = 0;
1838     for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end();
1839          UI != UE; ++UI) {
1840       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1841       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1842
1843       // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1844       // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1845       // a PHI.
1846       if (LI->getParent() != BB) return false;
1847
1848       // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1849       // could store.
1850       for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1851         if (BBI->mayWriteToMemory())
1852           return false;
1853
1854       MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1855       Loads.push_back(LI);
1856     }
1857
1858     // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1859     // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1860     // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1861     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num;
1862          ++Idx) {
1863       TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1864       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1865
1866       // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1867       // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1868       // in the predecessor.
1869       if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1870         return false;
1871
1872       // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1873       // critical.
1874       if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1875         continue;
1876
1877       // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1878       // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1879       // block.
1880       if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1881           isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, &TD))
1882         continue;
1883
1884       return false;
1885     }
1886
1887     return true;
1888   }
1889
1890   void visitPHINode(PHINode &PN) {
1891     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1892
1893     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
1894     if (!isSafePHIToSpeculate(PN, Loads))
1895       return;
1896
1897     assert(!Loads.empty());
1898
1899     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1900     IRBuilder<> PHIBuilder(&PN);
1901     PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1902                                           PN.getName() + ".sroa.speculated");
1903
1904     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1905     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1906     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(Loads.back());
1907     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1908     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1909
1910     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1911     do {
1912       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
1913       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1914       Pass.DeadInsts.push_back(LI);
1915     } while (!Loads.empty());
1916
1917     // Inject loads into all of the pred blocks.
1918     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1919       BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1920       TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1921       Use *InUse = &PN.getOperandUse(PN.getOperandNumForIncomingValue(Idx));
1922       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1923       IRBuilder<> PredBuilder(TI);
1924
1925       LoadInst *Load
1926         = PredBuilder.CreateLoad(InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." +
1927                                          Pred->getName()));
1928       ++NumLoadsSpeculated;
1929       Load->setAlignment(Align);
1930       if (TBAATag)
1931         Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1932       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1933
1934       Instruction *Ptr = dyn_cast<Instruction>(InVal);
1935       if (!Ptr)
1936         // No uses to rewrite.
1937         continue;
1938
1939       // Try to lookup and rewrite any partition uses corresponding to this phi
1940       // input.
1941       AllocaPartitioning::iterator PI
1942         = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(InUse);
1943       if (PI == P.end())
1944         continue;
1945
1946       // Replace the Use in the PartitionUse for this operand with the Use
1947       // inside the load.
1948       AllocaPartitioning::use_iterator UI
1949         = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(InUse);
1950       assert(isa<PHINode>(*UI->U->getUser()));
1951       UI->U = &Load->getOperandUse(Load->getPointerOperandIndex());
1952     }
1953     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1954   }
1955
1956   /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1957   /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1958   /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1959   /// From this:
1960   ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1961   ///   %V = load i32* %P2
1962   /// to:
1963   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1964   ///   %V2 = load i32* %Other
1965   ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1966   ///
1967   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1968   /// to the select can be loaded unconditionally.
1969   bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
1970                                SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
1971     Value *TValue = SI.getTrueValue();
1972     Value *FValue = SI.getFalseValue();
1973     bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
1974     bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
1975
1976     for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end();
1977          UI != UE; ++UI) {
1978       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1979       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1980
1981       // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1982       // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1983       // accesses to it.
1984       if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI,
1985                                                       LI->getAlignment(), &TD))
1986         return false;
1987       if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI,
1988                                                       LI->getAlignment(), &TD))
1989         return false;
1990       Loads.push_back(LI);
1991     }
1992
1993     return true;
1994   }
1995
1996   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
1997     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1998     IRBuilder<> IRB(&SI);
1999
2000     // If the select isn't safe to speculate, just use simple logic to emit it.
2001     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
2002     if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, Loads))
2003       return;
2004
2005     Use *Ops[2] = { &SI.getOperandUse(1), &SI.getOperandUse(2) };
2006     AllocaPartitioning::iterator PIs[2];
2007     AllocaPartitioning::PartitionUse PUs[2];
2008     for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
2009       PIs[i] = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
2010       if (PIs[i] != P.end()) {
2011         // If the pointer is within the partitioning, remove the select from
2012         // its uses. We'll add in the new loads below.
2013         AllocaPartitioning::use_iterator UI
2014           = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
2015         PUs[i] = *UI;
2016         // Clear out the use here so that the offsets into the use list remain
2017         // stable but this use is ignored when rewriting.
2018         UI->U = 0;
2019       }
2020     }
2021
2022     Value *TV = SI.getTrueValue();
2023     Value *FV = SI.getFalseValue();
2024     // Replace the loads of the select with a select of two loads.
2025     while (!Loads.empty()) {
2026       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
2027
2028       IRB.SetInsertPoint(LI);
2029       LoadInst *TL =
2030         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
2031       LoadInst *FL =
2032         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
2033       NumLoadsSpeculated += 2;
2034
2035       // Transfer alignment and TBAA info if present.
2036       TL->setAlignment(LI->getAlignment());
2037       FL->setAlignment(LI->getAlignment());
2038       if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
2039         TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
2040         FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
2041       }
2042
2043       Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
2044                                   LI->getName() + ".sroa.speculated");
2045
2046       LoadInst *Loads[2] = { TL, FL };
2047       for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
2048         if (PIs[i] != P.end()) {
2049           Use *LoadUse = &Loads[i]->getOperandUse(0);
2050           assert(PUs[i].U->get() == LoadUse->get());
2051           PUs[i].U = LoadUse;
2052           P.use_push_back(PIs[i], PUs[i]);
2053         }
2054       }
2055
2056       DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
2057       LI->replaceAllUsesWith(V);
2058       Pass.DeadInsts.push_back(LI);
2059     }
2060   }
2061 };
2062
2063 /// \brief Visitor to rewrite instructions using a partition of an alloca to
2064 /// use a new alloca.
2065 ///
2066 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
2067 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
2068 /// lives here.
2069 class AllocaPartitionRewriter : public InstVisitor<AllocaPartitionRewriter,
2070                                                    bool> {
2071   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2072   friend class llvm::InstVisitor<AllocaPartitionRewriter, bool>;
2073
2074   const TargetData &TD;
2075   AllocaPartitioning &P;
2076   SROA &Pass;
2077   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2078   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2079
2080   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2081   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2082   // non-null, we have some strict guarantees about the rewriten alloca:
2083   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2084   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2085   //     element.
2086   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2087   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2088   //     which are promotable via mem2reg.
2089   VectorType *VecTy;
2090   Type *ElementTy;
2091   uint64_t ElementSize;
2092
2093   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2094   // alloca has a promotion-targeted integer type due to passing
2095   // isIntegerPromotionViable above. If it is non-null does, the desired
2096   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2097   IntegerType *IntPromotionTy;
2098
2099   // The offset of the partition user currently being rewritten.
2100   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
2101   Use *OldUse;
2102   Instruction *OldPtr;
2103
2104   // The name prefix to use when rewriting instructions for this alloca.
2105   std::string NamePrefix;
2106
2107 public:
2108   AllocaPartitionRewriter(const TargetData &TD, AllocaPartitioning &P,
2109                           AllocaPartitioning::iterator PI,
2110                           SROA &Pass, AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2111                           uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset)
2112     : TD(TD), P(P), Pass(Pass),
2113       OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2114       NewAllocaBeginOffset(NewBeginOffset),
2115       NewAllocaEndOffset(NewEndOffset),
2116       VecTy(), ElementTy(), ElementSize(), IntPromotionTy(),
2117       BeginOffset(), EndOffset() {
2118   }
2119
2120   /// \brief Visit the users of the alloca partition and rewrite them.
2121   bool visitUsers(AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2122                   AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2123     if (isVectorPromotionViable(TD, NewAI.getAllocatedType(), P,
2124                                 NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset,
2125                                 I, E)) {
2126       ++NumVectorized;
2127       VecTy = cast<VectorType>(NewAI.getAllocatedType());
2128       ElementTy = VecTy->getElementType();
2129       assert((VecTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
2130              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2131       ElementSize = VecTy->getScalarSizeInBits() / 8;
2132     } else if (isIntegerPromotionViable(TD, NewAI.getAllocatedType(),
2133                                         P, I, E)) {
2134       IntPromotionTy = cast<IntegerType>(NewAI.getAllocatedType());
2135     }
2136     bool CanSROA = true;
2137     for (; I != E; ++I) {
2138       if (!I->U)
2139         continue; // Skip dead uses.
2140       BeginOffset = I->BeginOffset;
2141       EndOffset = I->EndOffset;
2142       OldUse = I->U;
2143       OldPtr = cast<Instruction>(I->U->get());
2144       NamePrefix = (Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset)).str();
2145       CanSROA &= visit(cast<Instruction>(I->U->getUser()));
2146     }
2147     if (VecTy) {
2148       assert(CanSROA);
2149       VecTy = 0;
2150       ElementTy = 0;
2151       ElementSize = 0;
2152     }
2153     return CanSROA;
2154   }
2155
2156 private:
2157   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2158   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2159     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2160     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2161   }
2162
2163   Twine getName(const Twine &Suffix) {
2164     return NamePrefix + Suffix;
2165   }
2166
2167   Value *getAdjustedAllocaPtr(IRBuilder<> &IRB, Type *PointerTy) {
2168     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset);
2169     APInt Offset(TD.getPointerSizeInBits(), BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2170     return getAdjustedPtr(IRB, TD, &NewAI, Offset, PointerTy, getName(""));
2171   }
2172
2173   /// \brief Compute suitable alignment to access an offset into the new alloca.
2174   unsigned getOffsetAlign(uint64_t Offset) {
2175     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2176     if (!NewAIAlign)
2177       NewAIAlign = TD.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2178     return MinAlign(NewAIAlign, Offset);
2179   }
2180
2181   /// \brief Compute suitable alignment to access this partition of the new
2182   /// alloca.
2183   unsigned getPartitionAlign() {
2184     return getOffsetAlign(BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2185   }
2186
2187   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at an offset of the
2188   /// new alloca.
2189   ///
2190   /// \returns zero if the type's ABI alignment is a suitable alignment,
2191   /// otherwise returns the maximal suitable alignment.
2192   unsigned getOffsetTypeAlign(Type *Ty, uint64_t Offset) {
2193     unsigned Align = getOffsetAlign(Offset);
2194     return Align == TD.getABITypeAlignment(Ty) ? 0 : Align;
2195   }
2196
2197   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at the beginning of
2198   /// this partition of the new alloca.
2199   ///
2200   /// See \c getOffsetTypeAlign for details; this routine delegates to it.
2201   unsigned getPartitionTypeAlign(Type *Ty) {
2202     return getOffsetTypeAlign(Ty, BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2203   }
2204
2205   ConstantInt *getIndex(IRBuilder<> &IRB, uint64_t Offset) {
2206     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2207     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2208     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2209     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2210     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2211     return IRB.getInt32(Index);
2212   }
2213
2214   Value *extractInteger(IRBuilder<> &IRB, IntegerType *TargetTy,
2215                         uint64_t Offset) {
2216     assert(IntPromotionTy && "Alloca is not an integer we can extract from");
2217     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2218                                      getName(".load"));
2219     assert(Offset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2220     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2221     if (RelOffset)
2222       V = IRB.CreateLShr(V, RelOffset*8, getName(".shift"));
2223     if (TargetTy != IntPromotionTy) {
2224       assert(TargetTy->getBitWidth() < IntPromotionTy->getBitWidth() &&
2225              "Cannot extract to a larger integer!");
2226       V = IRB.CreateTrunc(V, TargetTy, getName(".trunc"));
2227     }
2228     return V;
2229   }
2230
2231   StoreInst *insertInteger(IRBuilder<> &IRB, Value *V, uint64_t Offset) {
2232     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
2233     if (Ty == IntPromotionTy)
2234       return IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2235
2236     assert(Ty->getBitWidth() < IntPromotionTy->getBitWidth() &&
2237            "Cannot insert a larger integer!");
2238     V = IRB.CreateZExt(V, IntPromotionTy, getName(".ext"));
2239     assert(Offset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2240     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2241     if (RelOffset)
2242       V = IRB.CreateShl(V, RelOffset*8, getName(".shift"));
2243
2244     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntPromotionTy->getBitWidth())
2245                                .shl(RelOffset*8);
2246     Value *Old = IRB.CreateAnd(IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI,
2247                                                      NewAI.getAlignment(),
2248                                                      getName(".oldload")),
2249                                Mask, getName(".mask"));
2250     return IRB.CreateAlignedStore(IRB.CreateOr(Old, V, getName(".insert")),
2251                                   &NewAI, NewAI.getAlignment());
2252   }
2253
2254   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2255     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2256     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2257       Pass.DeadInsts.push_back(I);
2258   }
2259
2260   Value *getValueCast(IRBuilder<> &IRB, Value *V, Type *Ty) {
2261     if (V->getType()->isIntegerTy() && Ty->isPointerTy())
2262       return IRB.CreateIntToPtr(V, Ty);
2263     if (V->getType()->isPointerTy() && Ty->isIntegerTy())
2264       return IRB.CreatePtrToInt(V, Ty);
2265
2266     return IRB.CreateBitCast(V, Ty);
2267   }
2268
2269   bool rewriteVectorizedLoadInst(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI, Value *OldOp) {
2270     Value *Result;
2271     if (LI.getType() == VecTy->getElementType() ||
2272         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2273       Result = IRB.CreateExtractElement(
2274         IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), getName(".load")),
2275         getIndex(IRB, BeginOffset), getName(".extract"));
2276     } else {
2277       Result = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2278                                      getName(".load"));
2279     }
2280     if (Result->getType() != LI.getType())
2281       Result = getValueCast(IRB, Result, LI.getType());
2282     LI.replaceAllUsesWith(Result);
2283     Pass.DeadInsts.push_back(&LI);
2284
2285     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Result << "\n");
2286     return true;
2287   }
2288
2289   bool rewriteIntegerLoad(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI) {
2290     assert(!LI.isVolatile());
2291     Value *Result = extractInteger(IRB, cast<IntegerType>(LI.getType()),
2292                                    BeginOffset);
2293     LI.replaceAllUsesWith(Result);
2294     Pass.DeadInsts.push_back(&LI);
2295     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Result << "\n");
2296     return true;
2297   }
2298
2299   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2300     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2301     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2302     assert(OldOp == OldPtr);
2303     IRBuilder<> IRB(&LI);
2304
2305     if (VecTy)
2306       return rewriteVectorizedLoadInst(IRB, LI, OldOp);
2307     if (IntPromotionTy)
2308       return rewriteIntegerLoad(IRB, LI);
2309
2310     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2311                                          LI.getPointerOperand()->getType());
2312     LI.setOperand(0, NewPtr);
2313     LI.setAlignment(getPartitionTypeAlign(LI.getType()));
2314     DEBUG(dbgs() << "          to: " << LI << "\n");
2315
2316     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2317     return NewPtr == &NewAI && !LI.isVolatile();
2318   }
2319
2320   bool rewriteVectorizedStoreInst(IRBuilder<> &IRB, StoreInst &SI,
2321                                   Value *OldOp) {
2322     Value *V = SI.getValueOperand();
2323     if (V->getType() == ElementTy ||
2324         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2325       if (V->getType() != ElementTy)
2326         V = getValueCast(IRB, V, ElementTy);
2327       LoadInst *LI = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2328                                            getName(".load"));
2329       V = IRB.CreateInsertElement(LI, V, getIndex(IRB, BeginOffset),
2330                                   getName(".insert"));
2331     } else if (V->getType() != VecTy) {
2332       V = getValueCast(IRB, V, VecTy);
2333     }
2334     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2335     Pass.DeadInsts.push_back(&SI);
2336
2337     (void)Store;
2338     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2339     return true;
2340   }
2341
2342   bool rewriteIntegerStore(IRBuilder<> &IRB, StoreInst &SI) {
2343     assert(!SI.isVolatile());
2344     StoreInst *Store = insertInteger(IRB, SI.getValueOperand(), BeginOffset);
2345     Pass.DeadInsts.push_back(&SI);
2346     (void)Store;
2347     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2348     return true;
2349   }
2350
2351   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2352     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2353     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2354     assert(OldOp == OldPtr);
2355     IRBuilder<> IRB(&SI);
2356
2357     if (VecTy)
2358       return rewriteVectorizedStoreInst(IRB, SI, OldOp);
2359     if (IntPromotionTy)
2360       return rewriteIntegerStore(IRB, SI);
2361
2362     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2363                                          SI.getPointerOperand()->getType());
2364     SI.setOperand(1, NewPtr);
2365     SI.setAlignment(getPartitionTypeAlign(SI.getValueOperand()->getType()));
2366     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2367
2368     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2369     return NewPtr == &NewAI && !SI.isVolatile();
2370   }
2371
2372   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2373     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2374     IRBuilder<> IRB(&II);
2375     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2376
2377     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2378     // pointer to the new alloca.
2379     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2380       II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
2381       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2382       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getPartitionAlign()));
2383
2384       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2385       return false;
2386     }
2387
2388     // Record this instruction for deletion.
2389     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2390       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2391
2392     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2393     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2394
2395     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2396     // a single value type, just emit a memset.
2397     if (!VecTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2398                    EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2399                    !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2400                    !TD.isLegalInteger(TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy)))) {
2401       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2402       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2403       CallInst *New
2404         = IRB.CreateMemSet(getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2405                                                 II.getRawDest()->getType()),
2406                            II.getValue(), Size, getPartitionAlign(),
2407                            II.isVolatile());
2408       (void)New;
2409       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2410       return false;
2411     }
2412
2413     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2414     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2415     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2416     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, bitcasting to the
2417     // desired scalar type, and splatting it across any desired vector type.
2418     Value *V = II.getValue();
2419     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2420     Type *IntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(),
2421                                   TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy));
2422     if (TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy) > VTy->getBitWidth())
2423       V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, IntTy, getName(".zext")),
2424                         ConstantExpr::getUDiv(
2425                           Constant::getAllOnesValue(IntTy),
2426                           ConstantExpr::getZExt(
2427                             Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2428                             IntTy)),
2429                         getName(".isplat"));
2430     if (V->getType() != ScalarTy) {
2431       if (ScalarTy->isPointerTy())
2432         V = IRB.CreateIntToPtr(V, ScalarTy);
2433       else if (ScalarTy->isPrimitiveType() || ScalarTy->isVectorTy())
2434         V = IRB.CreateBitCast(V, ScalarTy);
2435       else if (ScalarTy->isIntegerTy())
2436         llvm_unreachable("Computed different integer types with equal widths");
2437       else
2438         llvm_unreachable("Invalid scalar type");
2439     }
2440
2441     // If this is an element-wide memset of a vectorizable alloca, insert it.
2442     if (VecTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2443                   EndOffset < NewAllocaEndOffset)) {
2444       StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(
2445         IRB.CreateInsertElement(IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI,
2446                                                       NewAI.getAlignment(),
2447                                                       getName(".load")),
2448                                 V, getIndex(IRB, BeginOffset),
2449                                 getName(".insert")),
2450         &NewAI, NewAI.getAlignment());
2451       (void)Store;
2452       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2453       return true;
2454     }
2455
2456     // Splat to a vector if needed.
2457     if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy)) {
2458       VectorType *SplatSourceTy = VectorType::get(V->getType(), 1);
2459       V = IRB.CreateShuffleVector(
2460         IRB.CreateInsertElement(UndefValue::get(SplatSourceTy), V,
2461                                 IRB.getInt32(0), getName(".vsplat.insert")),
2462         UndefValue::get(SplatSourceTy),
2463         ConstantVector::getSplat(VecTy->getNumElements(), IRB.getInt32(0)),
2464         getName(".vsplat.shuffle"));
2465       assert(V->getType() == VecTy);
2466     }
2467
2468     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2469                                         II.isVolatile());
2470     (void)New;
2471     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2472     return !II.isVolatile();
2473   }
2474
2475   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2476     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2477     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2478
2479     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2480     IRBuilder<> IRB(&II);
2481
2482     assert(II.getRawSource() == OldPtr || II.getRawDest() == OldPtr);
2483     bool IsDest = II.getRawDest() == OldPtr;
2484
2485     const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2486       = P.getMemTransferOffsets(II);
2487
2488     // Compute the relative offset within the transfer.
2489     unsigned IntPtrWidth = TD.getPointerSizeInBits();
2490     APInt RelOffset(IntPtrWidth, BeginOffset - (IsDest ? MTO.DestBegin
2491                                                        : MTO.SourceBegin));
2492
2493     unsigned Align = II.getAlignment();
2494     if (Align > 1)
2495       Align = MinAlign(RelOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue(),
2496                        MinAlign(II.getAlignment(), getPartitionAlign()));
2497
2498     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2499     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2500     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2501     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2502     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2503     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2504     // update both source and dest of a single call.
2505     if (!MTO.IsSplittable) {
2506       Value *OldOp = IsDest ? II.getRawDest() : II.getRawSource();
2507       if (IsDest)
2508         II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
2509       else
2510         II.setSource(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawSource()->getType()));
2511
2512       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2513       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, Align));
2514
2515       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2516       deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2517       return false;
2518     }
2519     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2520     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2521     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2522     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2523     // downsides to splitting and transforming the operations.
2524
2525     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2526     // a single value type, just emit a memcpy.
2527     bool EmitMemCpy
2528       = !VecTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2529                    EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2530                    !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2531
2532     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2533     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2534     // a no-op.
2535     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2536       uint64_t OrigBegin = IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin;
2537       uint64_t OrigEnd = IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd;
2538       // Ensure the start lines up.
2539       assert(BeginOffset == OrigBegin);
2540       (void)OrigBegin;
2541
2542       // Rewrite the size as needed.
2543       if (EndOffset != OrigEnd)
2544         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2545                                       EndOffset - BeginOffset));
2546       return false;
2547     }
2548     // Record this instruction for deletion.
2549     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2550       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2551
2552     bool IsVectorElement = VecTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2553                                      EndOffset < NewAllocaEndOffset);
2554
2555     Type *OtherPtrTy = IsDest ? II.getRawSource()->getType()
2556                               : II.getRawDest()->getType();
2557     if (!EmitMemCpy)
2558       OtherPtrTy = IsVectorElement ? VecTy->getElementType()->getPointerTo()
2559                                    : NewAI.getType();
2560
2561     // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2562     // a single, simple GEP in most cases.
2563     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2564     OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, TD, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy,
2565                               getName("." + OtherPtr->getName()));
2566
2567     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2568     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2569     if (AllocaInst *AI
2570           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets()))
2571       Pass.Worklist.insert(AI);
2572
2573     if (EmitMemCpy) {
2574       Value *OurPtr
2575         = getAdjustedAllocaPtr(IRB, IsDest ? II.getRawDest()->getType()
2576                                            : II.getRawSource()->getType());
2577       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2578       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2579
2580       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(IsDest ? OurPtr : OtherPtr,
2581                                        IsDest ? OtherPtr : OurPtr,
2582                                        Size, Align, II.isVolatile());
2583       (void)New;
2584       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2585       return false;
2586     }
2587
2588     // Note that we clamp the alignment to 1 here as a 0 alignment for a memcpy
2589     // is equivalent to 1, but that isn't true if we end up rewriting this as
2590     // a load or store.
2591     if (!Align)
2592       Align = 1;
2593
2594     Value *SrcPtr = OtherPtr;
2595     Value *DstPtr = &NewAI;
2596     if (!IsDest)
2597       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2598
2599     Value *Src;
2600     if (IsVectorElement && !IsDest) {
2601       // We have to extract rather than load.
2602       Src = IRB.CreateExtractElement(
2603         IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, getName(".copyload")),
2604         getIndex(IRB, BeginOffset),
2605         getName(".copyextract"));
2606     } else {
2607       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, II.isVolatile(),
2608                                   getName(".copyload"));
2609     }
2610
2611     if (IsVectorElement && IsDest) {
2612       // We have to insert into a loaded copy before storing.
2613       Src = IRB.CreateInsertElement(
2614         IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), getName(".load")),
2615         Src, getIndex(IRB, BeginOffset),
2616         getName(".insert"));
2617     }
2618
2619     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2620       IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, Align, II.isVolatile()));
2621     (void)Store;
2622     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2623     return !II.isVolatile();
2624   }
2625
2626   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2627     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2628            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2629     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2630     IRBuilder<> IRB(&II);
2631     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2632
2633     // Record this instruction for deletion.
2634     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2635       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2636
2637     ConstantInt *Size
2638       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2639                          EndOffset - BeginOffset);
2640     Value *Ptr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getArgOperand(1)->getType());
2641     Value *New;
2642     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2643       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2644     else
2645       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2646
2647     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2648     return true;
2649   }
2650
2651   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2652     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2653
2654     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2655     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2656     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2657     // dominate the PHI.
2658     IRBuilder<> PtrBuilder(cast<Instruction>(OldPtr));
2659
2660     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2661     // Replace the operands which were using the old pointer.
2662     User::op_iterator OI = PN.op_begin(), OE = PN.op_end();
2663     for (; OI != OE; ++OI)
2664       if (*OI == OldPtr)
2665         *OI = NewPtr;
2666
2667     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2668     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2669     return false;
2670   }
2671
2672   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2673     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2674     IRBuilder<> IRB(&SI);
2675
2676     // Find the operand we need to rewrite here.
2677     bool IsTrueVal = SI.getTrueValue() == OldPtr;
2678     if (IsTrueVal)
2679       assert(SI.getFalseValue() != OldPtr && "Pointer is both operands!");
2680     else
2681       assert(SI.getFalseValue() == OldPtr && "Pointer isn't an operand!");
2682
2683     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, OldPtr->getType());
2684     SI.setOperand(IsTrueVal ? 1 : 2, NewPtr);
2685     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2686     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2687     return false;
2688   }
2689
2690 };
2691 }
2692
2693 namespace {
2694 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2695 ///
2696 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2697 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2698 /// with scalar loads and stores.
2699 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2700   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2701   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2702
2703   const TargetData &TD;
2704
2705   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2706   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2707
2708   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2709   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2710
2711   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2712   /// value (as opposed to the user).
2713   Use *U;
2714
2715 public:
2716   AggLoadStoreRewriter(const TargetData &TD) : TD(TD) {}
2717
2718   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2719   /// it.
2720   bool rewrite(Instruction &I) {
2721     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2722     enqueueUsers(I);
2723     bool Changed = false;
2724     while (!Queue.empty()) {
2725       U = Queue.pop_back_val();
2726       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2727     }
2728     return Changed;
2729   }
2730
2731 private:
2732   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2733   /// This uses a set to de-duplicate users.
2734   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2735     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
2736          ++UI)
2737       if (Visited.insert(*UI))
2738         Queue.push_back(&UI.getUse());
2739   }
2740
2741   // Conservative default is to not rewrite anything.
2742   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2743
2744   /// \brief Generic recursive split emission class.
2745   template <typename Derived>
2746   class OpSplitter {
2747   protected:
2748     /// The builder used to form new instructions.
2749     IRBuilder<> IRB;
2750     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
2751     /// appropriate value within the aggregate.
2752     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2753     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
2754     /// within the aggregate.
2755     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2756     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
2757     /// split operations.
2758     Value *Ptr;
2759
2760     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
2761     /// single zero GEP index.
2762     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2763       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
2764
2765   public:
2766     /// \brief Generic recursive split emission routine.
2767     ///
2768     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2769     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2770     /// and emits that single value operation via the template argument.
2771     ///
2772     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
2773     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
2774     /// formatted differently (GEPs need actual values).
2775     ///
2776     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
2777     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
2778     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
2779     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2780       if (Ty->isSingleValueType())
2781         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
2782
2783       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2784         unsigned OldSize = Indices.size();
2785         (void)OldSize;
2786         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
2787              ++Idx) {
2788           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2789           Indices.push_back(Idx);
2790           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2791           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2792           GEPIndices.pop_back();
2793           Indices.pop_back();
2794         }
2795         return;
2796       }
2797
2798       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2799         unsigned OldSize = Indices.size();
2800         (void)OldSize;
2801         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
2802              ++Idx) {
2803           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2804           Indices.push_back(Idx);
2805           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2806           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2807           GEPIndices.pop_back();
2808           Indices.pop_back();
2809         }
2810         return;
2811       }
2812
2813       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
2814     }
2815   };
2816
2817   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
2818     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2819       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2820
2821     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
2822     /// recursive emission to actually load values.
2823     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2824       assert(Ty->isSingleValueType());
2825       // Load the single value and insert it using the indices.
2826       Value *Load = IRB.CreateLoad(IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices,
2827                                                          Name + ".gep"),
2828                                    Name + ".load");
2829       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
2830       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
2831     }
2832   };
2833
2834   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2835     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
2836     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
2837       return false;
2838
2839     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
2840     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2841     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
2842     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
2843     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
2844     LI.replaceAllUsesWith(V);
2845     LI.eraseFromParent();
2846     return true;
2847   }
2848
2849   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
2850     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2851       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2852
2853     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
2854     /// recursive emission to actually produce stores.
2855     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2856       assert(Ty->isSingleValueType());
2857       // Extract the single value and store it using the indices.
2858       Value *Store = IRB.CreateStore(
2859         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
2860         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
2861       (void)Store;
2862       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2863     }
2864   };
2865
2866   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2867     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
2868       return false;
2869     Value *V = SI.getValueOperand();
2870     if (V->getType()->isSingleValueType())
2871       return false;
2872
2873     // We have an aggregate being stored, split it apart.
2874     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2875     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
2876     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
2877     SI.eraseFromParent();
2878     return true;
2879   }
2880
2881   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
2882     enqueueUsers(BC);
2883     return false;
2884   }
2885
2886   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
2887     enqueueUsers(GEPI);
2888     return false;
2889   }
2890
2891   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2892     enqueueUsers(PN);
2893     return false;
2894   }
2895
2896   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2897     enqueueUsers(SI);
2898     return false;
2899   }
2900 };
2901 }
2902
2903 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
2904 /// offset and size.
2905 ///
2906 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
2907 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
2908 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
2909 /// and the same for structs.
2910 ///
2911 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
2912 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
2913 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
2914 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
2915 /// return a type if necessary.
2916 static Type *getTypePartition(const TargetData &TD, Type *Ty,
2917                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
2918   if (Offset == 0 && TD.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
2919     return Ty;
2920
2921   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
2922     // We can't partition pointers...
2923     if (SeqTy->isPointerTy())
2924       return 0;
2925
2926     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
2927     uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
2928     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
2929     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy))
2930       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
2931         return 0;
2932     if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy))
2933       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
2934         return 0;
2935     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
2936
2937     // First check if we need to recurse.
2938     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
2939       // Bail if the partition ends in a different array element.
2940       if ((Offset + Size) > ElementSize)
2941         return 0;
2942       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
2943       return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
2944     }
2945     assert(Offset == 0);
2946
2947     if (Size == ElementSize)
2948       return ElementTy;
2949     assert(Size > ElementSize);
2950     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
2951     if (NumElements * ElementSize != Size)
2952       return 0;
2953     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
2954   }
2955
2956   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
2957   if (!STy)
2958     return 0;
2959
2960   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
2961   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
2962     return 0;
2963   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
2964   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
2965     return 0;
2966
2967   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
2968   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
2969
2970   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
2971   uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
2972   if (Offset >= ElementSize)
2973     return 0; // The offset points into alignment padding.
2974
2975   // See if any partition must be contained by the element.
2976   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
2977     if ((Offset + Size) > ElementSize)
2978       return 0;
2979     return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
2980   }
2981   assert(Offset == 0);
2982
2983   if (Size == ElementSize)
2984     return ElementTy;
2985
2986   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
2987                                EE = STy->element_end();
2988   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
2989     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
2990     if (Index == EndIndex)
2991       return 0; // Within a single element and its padding.
2992
2993     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
2994     // expected size.
2995     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
2996     // sub-struct to find a natural end point.
2997     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
2998       return 0;
2999
3000     assert(Index < EndIndex);
3001     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3002   }
3003
3004   // Try to build up a sub-structure.
3005   SmallVector<Type *, 4> ElementTys;
3006   do {
3007     ElementTys.push_back(*EI++);
3008   } while (EI != EE);
3009   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), ElementTys,
3010                                       STy->isPacked());
3011   const StructLayout *SubSL = TD.getStructLayout(SubTy);
3012   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3013     return 0; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3014
3015   return SubTy;
3016 }
3017
3018 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3019 ///
3020 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3021 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3022 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3023 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3024 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3025 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3026 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3027 /// promoted.
3028 bool SROA::rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
3029                                   AllocaPartitioning &P,
3030                                   AllocaPartitioning::iterator PI) {
3031   uint64_t AllocaSize = PI->EndOffset - PI->BeginOffset;
3032   bool IsLive = false;
3033   for (AllocaPartitioning::use_iterator UI = P.use_begin(PI),
3034                                         UE = P.use_end(PI);
3035        UI != UE && !IsLive; ++UI)
3036     if (UI->U)
3037       IsLive = true;
3038   if (!IsLive)
3039     return false; // No live uses left of this partition.
3040
3041   DEBUG(dbgs() << "Speculating PHIs and selects in partition "
3042                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ")\n");
3043
3044   PHIOrSelectSpeculator Speculator(*TD, P, *this);
3045   DEBUG(dbgs() << "  speculating ");
3046   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
3047   Speculator.visitUsers(PI);
3048
3049   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3050   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3051   // or an i8 array of an appropriate size.
3052   Type *AllocaTy = 0;
3053   if (Type *PartitionTy = P.getCommonType(PI))
3054     if (TD->getTypeAllocSize(PartitionTy) >= AllocaSize)
3055       AllocaTy = PartitionTy;
3056   if (!AllocaTy)
3057     if (Type *PartitionTy = getTypePartition(*TD, AI.getAllocatedType(),
3058                                              PI->BeginOffset, AllocaSize))
3059       AllocaTy = PartitionTy;
3060   if ((!AllocaTy ||
3061        (AllocaTy->isArrayTy() &&
3062         AllocaTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3063       TD->isLegalInteger(AllocaSize * 8))
3064     AllocaTy = Type::getIntNTy(*C, AllocaSize * 8);
3065   if (!AllocaTy)
3066     AllocaTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), AllocaSize);
3067   assert(TD->getTypeAllocSize(AllocaTy) >= AllocaSize);
3068
3069   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3070   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3071   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3072   // performe phi and select speculation.
3073   AllocaInst *NewAI;
3074   if (AllocaTy == AI.getAllocatedType()) {
3075     assert(PI->BeginOffset == 0 &&
3076            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3077     assert(PI == P.begin() && "Begin offset is zero on later partition");
3078     NewAI = &AI;
3079   } else {
3080     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3081     if (!Alignment) {
3082       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3083       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3084       // type.
3085       Alignment = TD->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3086     }
3087     Alignment = MinAlign(Alignment, PI->BeginOffset);
3088     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3089     // the alloca's alignment unconstrained.
3090     if (Alignment <= TD->getABITypeAlignment(AllocaTy))
3091       Alignment = 0;
3092     NewAI = new AllocaInst(AllocaTy, 0, Alignment,
3093                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(PI - P.begin()),
3094                            &AI);
3095     ++NumNewAllocas;
3096   }
3097
3098   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3099                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ") to: "
3100                << *NewAI << "\n");
3101
3102   AllocaPartitionRewriter Rewriter(*TD, P, PI, *this, AI, *NewAI,
3103                                    PI->BeginOffset, PI->EndOffset);
3104   DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3105   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
3106   if (Rewriter.visitUsers(P.use_begin(PI), P.use_end(PI))) {
3107     DEBUG(dbgs() << "  and queuing for promotion\n");
3108     PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3109   } else if (NewAI != &AI) {
3110     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3111     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3112     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3113     Worklist.insert(NewAI);
3114   }
3115   return true;
3116 }
3117
3118 /// \brief Walks the partitioning of an alloca rewriting uses of each partition.
3119 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P) {
3120   bool Changed = false;
3121   for (AllocaPartitioning::iterator PI = P.begin(), PE = P.end(); PI != PE;
3122        ++PI)
3123     Changed |= rewriteAllocaPartition(AI, P, PI);
3124
3125   return Changed;
3126 }
3127
3128 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3129 ///
3130 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3131 /// a partitioning of the alloca, and then hands it off to be split and
3132 /// rewritten as needed.
3133 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3134   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3135   ++NumAllocasAnalyzed;
3136
3137   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3138   if (AI.use_empty()) {
3139     AI.eraseFromParent();
3140     return true;
3141   }
3142
3143   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3144   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3145       TD->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3146     return false;
3147
3148   // First check if this is a non-aggregate type that we should simply promote.
3149   if (!AI.getAllocatedType()->isAggregateType() && isAllocaPromotable(&AI)) {
3150     DEBUG(dbgs() << "  Trivially scalar type, queuing for promotion...\n");
3151     PromotableAllocas.push_back(&AI);
3152     return false;
3153   }
3154
3155   bool Changed = false;
3156
3157   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3158   // better splitting and promotion opportunities.
3159   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*TD);
3160   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3161
3162   // Build the partition set using a recursive instruction-visiting builder.
3163   AllocaPartitioning P(*TD, AI);
3164   DEBUG(P.print(dbgs()));
3165   if (P.isEscaped())
3166     return Changed;
3167
3168   // No partitions to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3169   if (P.begin() == P.end())
3170     return Changed;
3171
3172   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3173   for (AllocaPartitioning::dead_user_iterator DI = P.dead_user_begin(),
3174                                               DE = P.dead_user_end();
3175        DI != DE; ++DI) {
3176     Changed = true;
3177     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
3178     DeadInsts.push_back(*DI);
3179   }
3180   for (AllocaPartitioning::dead_op_iterator DO = P.dead_op_begin(),
3181                                             DE = P.dead_op_end();
3182        DO != DE; ++DO) {
3183     Value *OldV = **DO;
3184     // Clobber the use with an undef value.
3185     **DO = UndefValue::get(OldV->getType());
3186     if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3187       if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3188         Changed = true;
3189         DeadInsts.push_back(OldI);
3190       }
3191   }
3192
3193   return splitAlloca(AI, P) || Changed;
3194 }
3195
3196 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3197 ///
3198 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3199 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3200 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3201 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3202 ///
3203 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3204 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3205 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst*, 4> &DeletedAllocas) {
3206   DeadSplitInsts.clear();
3207   while (!DeadInsts.empty()) {
3208     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3209     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3210
3211     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
3212       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
3213         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3214         *OI = 0;
3215         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3216           DeadInsts.push_back(U);
3217       }
3218
3219     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3220       DeletedAllocas.insert(AI);
3221
3222     ++NumDeleted;
3223     I->eraseFromParent();
3224   }
3225 }
3226
3227 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3228 ///
3229 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3230 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3231 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3232 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3233 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3234 /// promotion occured.
3235 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3236   if (PromotableAllocas.empty())
3237     return false;
3238
3239   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3240
3241   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3242     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3243     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT);
3244     PromotableAllocas.clear();
3245     return true;
3246   }
3247
3248   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3249   SSAUpdater SSA;
3250   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3251   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
3252
3253   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3254     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3255     for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
3256          UI != UE;) {
3257       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
3258       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3259       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3260       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3261       // scalar values produced.
3262       if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
3263         assert(onlyUsedByLifetimeMarkers(I) &&
3264                "Found a bitcast used outside of a lifetime marker.");
3265         while (!I->use_empty())
3266           cast<Instruction>(*I->use_begin())->eraseFromParent();
3267         I->eraseFromParent();
3268         continue;
3269       }
3270       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3271         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3272                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3273         II->eraseFromParent();
3274         continue;
3275       }
3276
3277       Insts.push_back(I);
3278     }
3279     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3280     Insts.clear();
3281   }
3282
3283   PromotableAllocas.clear();
3284   return true;
3285 }
3286
3287 namespace {
3288   /// \brief A predicate to test whether an alloca belongs to a set.
3289   class IsAllocaInSet {
3290     typedef SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> SetType;
3291     const SetType &Set;
3292
3293   public:
3294     typedef AllocaInst *argument_type;
3295
3296     IsAllocaInSet(const SetType &Set) : Set(Set) {}
3297     bool operator()(AllocaInst *AI) const { return Set.count(AI); }
3298   };
3299 }
3300
3301 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3302   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3303   C = &F.getContext();
3304   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
3305   if (!TD) {
3306     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3307     return false;
3308   }
3309   DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
3310
3311   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3312   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = llvm::prior(EntryBB.end());
3313        I != E; ++I)
3314     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3315       Worklist.insert(AI);
3316
3317   bool Changed = false;
3318   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3319   // the list of promotable allocas.
3320   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3321
3322   while (!Worklist.empty()) {
3323     Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3324     deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3325
3326     // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3327     // continue processing them.
3328     if (!DeletedAllocas.empty()) {
3329       Worklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3330       PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3331                                              PromotableAllocas.end(),
3332                                              IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
3333                               PromotableAllocas.end());
3334       DeletedAllocas.clear();
3335     }
3336   }
3337
3338   Changed |= promoteAllocas(F);
3339
3340   return Changed;
3341 }
3342
3343 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3344   if (RequiresDomTree)
3345     AU.addRequired<DominatorTree>();
3346   AU.setPreservesCFG();
3347 }