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