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