[SROA] Make the computation of adjusted pointers not leak GEP
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / SROA.cpp
1 //===- SROA.cpp - Scalar Replacement Of Aggregates ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This transformation implements the well known scalar replacement of
11 /// aggregates transformation. It tries to identify promotable elements of an
12 /// aggregate alloca, and promote them to registers. It will also try to
13 /// convert uses of an element (or set of elements) of an alloca into a vector
14 /// or bitfield-style integer scalar if appropriate.
15 ///
16 /// It works to do this with minimal slicing of the alloca so that regions
17 /// which are merely transferred in and out of external memory remain unchanged
18 /// and are not decomposed to scalar code.
19 ///
20 /// Because this also performs alloca promotion, it can be thought of as also
21 /// serving the purpose of SSA formation. The algorithm iterates on the
22 /// function until all opportunities for promotion have been realized.
23 ///
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25
26 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
27 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
28 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
31 #include "llvm/Analysis/AssumptionTracker.h"
32 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
33 #include "llvm/Analysis/PtrUseVisitor.h"
34 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
35 #include "llvm/IR/Constants.h"
36 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
37 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
38 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
39 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
40 #include "llvm/IR/Dominators.h"
41 #include "llvm/IR/Function.h"
42 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
43 #include "llvm/IR/InstVisitor.h"
44 #include "llvm/IR/Instructions.h"
45 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
46 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
47 #include "llvm/IR/Operator.h"
48 #include "llvm/Pass.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Compiler.h"
51 #include "llvm/Support/Debug.h"
52 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
53 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
54 #include "llvm/Support/TimeValue.h"
55 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
58 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
59
60 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
61 // We only use this for a debug check in C++11
62 #include <random>
63 #endif
64
65 using namespace llvm;
66
67 #define DEBUG_TYPE "sroa"
68
69 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
70 STATISTIC(NumAllocaPartitions, "Number of alloca partitions formed");
71 STATISTIC(MaxPartitionsPerAlloca, "Maximum number of partitions per alloca");
72 STATISTIC(NumAllocaPartitionUses, "Number of alloca partition uses rewritten");
73 STATISTIC(MaxUsesPerAllocaPartition, "Maximum number of uses of a partition");
74 STATISTIC(NumNewAllocas, "Number of new, smaller allocas introduced");
75 STATISTIC(NumPromoted, "Number of allocas promoted to SSA values");
76 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
77 STATISTIC(NumDeleted, "Number of instructions deleted");
78 STATISTIC(NumVectorized, "Number of vectorized aggregates");
79
80 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
81 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
82 static cl::opt<bool> ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false),
83                                      cl::Hidden);
84
85 /// Hidden option to enable randomly shuffling the slices to help uncover
86 /// instability in their order.
87 static cl::opt<bool> SROARandomShuffleSlices("sroa-random-shuffle-slices",
88                                              cl::init(false), cl::Hidden);
89
90 /// Hidden option to experiment with completely strict handling of inbounds
91 /// GEPs.
92 static cl::opt<bool> SROAStrictInbounds("sroa-strict-inbounds", cl::init(false),
93                                         cl::Hidden);
94
95 namespace {
96 /// \brief A custom IRBuilder inserter which prefixes all names if they are
97 /// preserved.
98 template <bool preserveNames = true>
99 class IRBuilderPrefixedInserter
100     : public IRBuilderDefaultInserter<preserveNames> {
101   std::string Prefix;
102
103 public:
104   void SetNamePrefix(const Twine &P) { Prefix = P.str(); }
105
106 protected:
107   void InsertHelper(Instruction *I, const Twine &Name, BasicBlock *BB,
108                     BasicBlock::iterator InsertPt) const {
109     IRBuilderDefaultInserter<preserveNames>::InsertHelper(
110         I, Name.isTriviallyEmpty() ? Name : Prefix + Name, BB, InsertPt);
111   }
112 };
113
114 // Specialization for not preserving the name is trivial.
115 template <>
116 class IRBuilderPrefixedInserter<false>
117     : public IRBuilderDefaultInserter<false> {
118 public:
119   void SetNamePrefix(const Twine &P) {}
120 };
121
122 /// \brief Provide a typedef for IRBuilder that drops names in release builds.
123 #ifndef NDEBUG
124 typedef llvm::IRBuilder<true, ConstantFolder, IRBuilderPrefixedInserter<true>>
125     IRBuilderTy;
126 #else
127 typedef llvm::IRBuilder<false, ConstantFolder, IRBuilderPrefixedInserter<false>>
128     IRBuilderTy;
129 #endif
130 }
131
132 namespace {
133 /// \brief A used slice of an alloca.
134 ///
135 /// This structure represents a slice of an alloca used by some instruction. It
136 /// stores both the begin and end offsets of this use, a pointer to the use
137 /// itself, and a flag indicating whether we can classify the use as splittable
138 /// or not when forming partitions of the alloca.
139 class Slice {
140   /// \brief The beginning offset of the range.
141   uint64_t BeginOffset;
142
143   /// \brief The ending offset, not included in the range.
144   uint64_t EndOffset;
145
146   /// \brief Storage for both the use of this slice and whether it can be
147   /// split.
148   PointerIntPair<Use *, 1, bool> UseAndIsSplittable;
149
150 public:
151   Slice() : BeginOffset(), EndOffset() {}
152   Slice(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U, bool IsSplittable)
153       : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset),
154         UseAndIsSplittable(U, IsSplittable) {}
155
156   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
157   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
158
159   bool isSplittable() const { return UseAndIsSplittable.getInt(); }
160   void makeUnsplittable() { UseAndIsSplittable.setInt(false); }
161
162   Use *getUse() const { return UseAndIsSplittable.getPointer(); }
163
164   bool isDead() const { return getUse() == nullptr; }
165   void kill() { UseAndIsSplittable.setPointer(nullptr); }
166
167   /// \brief Support for ordering ranges.
168   ///
169   /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
170   /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
171   /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
172   /// same start position.
173   bool operator<(const Slice &RHS) const {
174     if (beginOffset() < RHS.beginOffset())
175       return true;
176     if (beginOffset() > RHS.beginOffset())
177       return false;
178     if (isSplittable() != RHS.isSplittable())
179       return !isSplittable();
180     if (endOffset() > RHS.endOffset())
181       return true;
182     return false;
183   }
184
185   /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
186   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(const Slice &LHS,
187                                               uint64_t RHSOffset) {
188     return LHS.beginOffset() < RHSOffset;
189   }
190   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
191                                               const Slice &RHS) {
192     return LHSOffset < RHS.beginOffset();
193   }
194
195   bool operator==(const Slice &RHS) const {
196     return isSplittable() == RHS.isSplittable() &&
197            beginOffset() == RHS.beginOffset() && endOffset() == RHS.endOffset();
198   }
199   bool operator!=(const Slice &RHS) const { return !operator==(RHS); }
200 };
201 } // end anonymous namespace
202
203 namespace llvm {
204 template <typename T> struct isPodLike;
205 template <> struct isPodLike<Slice> { static const bool value = true; };
206 }
207
208 namespace {
209 /// \brief Representation of the alloca slices.
210 ///
211 /// This class represents the slices of an alloca which are formed by its
212 /// various uses. If a pointer escapes, we can't fully build a representation
213 /// for the slices used and we reflect that in this structure. The uses are
214 /// stored, sorted by increasing beginning offset and with unsplittable slices
215 /// starting at a particular offset before splittable slices.
216 class AllocaSlices {
217 public:
218   /// \brief Construct the slices of a particular alloca.
219   AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI);
220
221   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
222   ///
223   /// If this is true, the slices are never fully built and should be
224   /// ignored.
225   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
226
227   /// \brief Support for iterating over the slices.
228   /// @{
229   typedef SmallVectorImpl<Slice>::iterator iterator;
230   typedef iterator_range<iterator> range;
231   iterator begin() { return Slices.begin(); }
232   iterator end() { return Slices.end(); }
233
234   typedef SmallVectorImpl<Slice>::const_iterator const_iterator;
235   typedef iterator_range<const_iterator> const_range;
236   const_iterator begin() const { return Slices.begin(); }
237   const_iterator end() const { return Slices.end(); }
238   /// @}
239
240   /// \brief Erase a range of slices.
241   void erase(iterator Start, iterator Stop) { Slices.erase(Start, Stop); }
242
243   /// \brief Insert new slices for this alloca.
244   ///
245   /// This moves the slices into the alloca's slices collection, and re-sorts
246   /// everything so that the usual ordering properties of the alloca's slices
247   /// hold.
248   void insert(ArrayRef<Slice> NewSlices) {
249     int OldSize = Slices.size();
250     std::move(NewSlices.begin(), NewSlices.end(), std::back_inserter(Slices));
251     auto SliceI = Slices.begin() + OldSize;
252     std::sort(SliceI, Slices.end());
253     std::inplace_merge(Slices.begin(), SliceI, Slices.end());
254   }
255
256   // Forward declare an iterator to befriend it.
257   class partition_iterator;
258
259   /// \brief A partition of the slices.
260   ///
261   /// An ephemeral representation for a range of slices which can be viewed as
262   /// a partition of the alloca. This range represents a span of the alloca's
263   /// memory which cannot be split, and provides access to all of the slices
264   /// overlapping some part of the partition.
265   ///
266   /// Objects of this type are produced by traversing the alloca's slices, but
267   /// are only ephemeral and not persistent.
268   class Partition {
269   private:
270     friend class AllocaSlices;
271     friend class AllocaSlices::partition_iterator;
272
273     /// \brief The begining and ending offsets of the alloca for this partition.
274     uint64_t BeginOffset, EndOffset;
275
276     /// \brief The start end end iterators of this partition.
277     iterator SI, SJ;
278
279     /// \brief A collection of split slice tails overlapping the partition.
280     SmallVector<Slice *, 4> SplitTails;
281
282     /// \brief Raw constructor builds an empty partition starting and ending at
283     /// the given iterator.
284     Partition(iterator SI) : SI(SI), SJ(SI) {}
285
286   public:
287     /// \brief The start offset of this partition.
288     ///
289     /// All of the contained slices start at or after this offset.
290     uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
291
292     /// \brief The end offset of this partition.
293     ///
294     /// All of the contained slices end at or before this offset.
295     uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
296
297     /// \brief The size of the partition.
298     ///
299     /// Note that this can never be zero.
300     uint64_t size() const {
301       assert(BeginOffset < EndOffset && "Partitions must span some bytes!");
302       return EndOffset - BeginOffset;
303     }
304
305     /// \brief Test whether this partition contains no slices, and merely spans
306     /// a region occupied by split slices.
307     bool empty() const { return SI == SJ; }
308
309     /// \name Iterate slices that start within the partition.
310     /// These may be splittable or unsplittable. They have a begin offset >= the
311     /// partition begin offset.
312     /// @{
313     // FIXME: We should probably define a "concat_iterator" helper and use that
314     // to stitch together pointee_iterators over the split tails and the
315     // contiguous iterators of the partition. That would give a much nicer
316     // interface here. We could then additionally expose filtered iterators for
317     // split, unsplit, and unsplittable splices based on the usage patterns.
318     iterator begin() const { return SI; }
319     iterator end() const { return SJ; }
320     /// @}
321
322     /// \brief Get the sequence of split slice tails.
323     ///
324     /// These tails are of slices which start before this partition but are
325     /// split and overlap into the partition. We accumulate these while forming
326     /// partitions.
327     ArrayRef<Slice *> splitSliceTails() const { return SplitTails; }
328   };
329
330   /// \brief An iterator over partitions of the alloca's slices.
331   ///
332   /// This iterator implements the core algorithm for partitioning the alloca's
333   /// slices. It is a forward iterator as we don't support backtracking for
334   /// efficiency reasons, and re-use a single storage area to maintain the
335   /// current set of split slices.
336   ///
337   /// It is templated on the slice iterator type to use so that it can operate
338   /// with either const or non-const slice iterators.
339   class partition_iterator
340       : public iterator_facade_base<partition_iterator,
341                                     std::forward_iterator_tag, Partition> {
342     friend class AllocaSlices;
343
344     /// \brief Most of the state for walking the partitions is held in a class
345     /// with a nice interface for examining them.
346     Partition P;
347
348     /// \brief We need to keep the end of the slices to know when to stop.
349     AllocaSlices::iterator SE;
350
351     /// \brief We also need to keep track of the maximum split end offset seen.
352     /// FIXME: Do we really?
353     uint64_t MaxSplitSliceEndOffset;
354
355     /// \brief Sets the partition to be empty at given iterator, and sets the
356     /// end iterator.
357     partition_iterator(AllocaSlices::iterator SI, AllocaSlices::iterator SE)
358         : P(SI), SE(SE), MaxSplitSliceEndOffset(0) {
359       // If not already at the end, advance our state to form the initial
360       // partition.
361       if (SI != SE)
362         advance();
363     }
364
365     /// \brief Advance the iterator to the next partition.
366     ///
367     /// Requires that the iterator not be at the end of the slices.
368     void advance() {
369       assert((P.SI != SE || !P.SplitTails.empty()) &&
370              "Cannot advance past the end of the slices!");
371
372       // Clear out any split uses which have ended.
373       if (!P.SplitTails.empty()) {
374         if (P.EndOffset >= MaxSplitSliceEndOffset) {
375           // If we've finished all splits, this is easy.
376           P.SplitTails.clear();
377           MaxSplitSliceEndOffset = 0;
378         } else {
379           // Remove the uses which have ended in the prior partition. This
380           // cannot change the max split slice end because we just checked that
381           // the prior partition ended prior to that max.
382           P.SplitTails.erase(
383               std::remove_if(
384                   P.SplitTails.begin(), P.SplitTails.end(),
385                   [&](Slice *S) { return S->endOffset() <= P.EndOffset; }),
386               P.SplitTails.end());
387           assert(std::any_of(P.SplitTails.begin(), P.SplitTails.end(),
388                              [&](Slice *S) {
389                                return S->endOffset() == MaxSplitSliceEndOffset;
390                              }) &&
391                  "Could not find the current max split slice offset!");
392           assert(std::all_of(P.SplitTails.begin(), P.SplitTails.end(),
393                              [&](Slice *S) {
394                                return S->endOffset() <= MaxSplitSliceEndOffset;
395                              }) &&
396                  "Max split slice end offset is not actually the max!");
397         }
398       }
399
400       // If P.SI is already at the end, then we've cleared the split tail and
401       // now have an end iterator.
402       if (P.SI == SE) {
403         assert(P.SplitTails.empty() && "Failed to clear the split slices!");
404         return;
405       }
406
407       // If we had a non-empty partition previously, set up the state for
408       // subsequent partitions.
409       if (P.SI != P.SJ) {
410         // Accumulate all the splittable slices which started in the old
411         // partition into the split list.
412         for (Slice &S : P)
413           if (S.isSplittable() && S.endOffset() > P.EndOffset) {
414             P.SplitTails.push_back(&S);
415             MaxSplitSliceEndOffset =
416                 std::max(S.endOffset(), MaxSplitSliceEndOffset);
417           }
418
419         // Start from the end of the previous partition.
420         P.SI = P.SJ;
421
422         // If P.SI is now at the end, we at most have a tail of split slices.
423         if (P.SI == SE) {
424           P.BeginOffset = P.EndOffset;
425           P.EndOffset = MaxSplitSliceEndOffset;
426           return;
427         }
428
429         // If the we have split slices and the next slice is after a gap and is
430         // not splittable immediately form an empty partition for the split
431         // slices up until the next slice begins.
432         if (!P.SplitTails.empty() && P.SI->beginOffset() != P.EndOffset &&
433             !P.SI->isSplittable()) {
434           P.BeginOffset = P.EndOffset;
435           P.EndOffset = P.SI->beginOffset();
436           return;
437         }
438       }
439
440       // OK, we need to consume new slices. Set the end offset based on the
441       // current slice, and step SJ past it. The beginning offset of the
442       // parttion is the beginning offset of the next slice unless we have
443       // pre-existing split slices that are continuing, in which case we begin
444       // at the prior end offset.
445       P.BeginOffset = P.SplitTails.empty() ? P.SI->beginOffset() : P.EndOffset;
446       P.EndOffset = P.SI->endOffset();
447       ++P.SJ;
448
449       // There are two strategies to form a partition based on whether the
450       // partition starts with an unsplittable slice or a splittable slice.
451       if (!P.SI->isSplittable()) {
452         // When we're forming an unsplittable region, it must always start at
453         // the first slice and will extend through its end.
454         assert(P.BeginOffset == P.SI->beginOffset());
455
456         // Form a partition including all of the overlapping slices with this
457         // unsplittable slice.
458         while (P.SJ != SE && P.SJ->beginOffset() < P.EndOffset) {
459           if (!P.SJ->isSplittable())
460             P.EndOffset = std::max(P.EndOffset, P.SJ->endOffset());
461           ++P.SJ;
462         }
463
464         // We have a partition across a set of overlapping unsplittable
465         // partitions.
466         return;
467       }
468
469       // If we're starting with a splittable slice, then we need to form
470       // a synthetic partition spanning it and any other overlapping splittable
471       // splices.
472       assert(P.SI->isSplittable() && "Forming a splittable partition!");
473
474       // Collect all of the overlapping splittable slices.
475       while (P.SJ != SE && P.SJ->beginOffset() < P.EndOffset &&
476              P.SJ->isSplittable()) {
477         P.EndOffset = std::max(P.EndOffset, P.SJ->endOffset());
478         ++P.SJ;
479       }
480
481       // Back upiP.EndOffset if we ended the span early when encountering an
482       // unsplittable slice. This synthesizes the early end offset of
483       // a partition spanning only splittable slices.
484       if (P.SJ != SE && P.SJ->beginOffset() < P.EndOffset) {
485         assert(!P.SJ->isSplittable());
486         P.EndOffset = P.SJ->beginOffset();
487       }
488     }
489
490   public:
491     bool operator==(const partition_iterator &RHS) const {
492       assert(SE == RHS.SE &&
493              "End iterators don't match between compared partition iterators!");
494
495       // The observed positions of partitions is marked by the P.SI iterator and
496       // the emptyness of the split slices. The latter is only relevant when
497       // P.SI == SE, as the end iterator will additionally have an empty split
498       // slices list, but the prior may have the same P.SI and a tail of split
499       // slices.
500       if (P.SI == RHS.P.SI &&
501           P.SplitTails.empty() == RHS.P.SplitTails.empty()) {
502         assert(P.SJ == RHS.P.SJ &&
503                "Same set of slices formed two different sized partitions!");
504         assert(P.SplitTails.size() == RHS.P.SplitTails.size() &&
505                "Same slice position with differently sized non-empty split "
506                "slice tails!");
507         return true;
508       }
509       return false;
510     }
511
512     partition_iterator &operator++() {
513       advance();
514       return *this;
515     }
516
517     Partition &operator*() { return P; }
518   };
519
520   /// \brief A forward range over the partitions of the alloca's slices.
521   ///
522   /// This accesses an iterator range over the partitions of the alloca's
523   /// slices. It computes these partitions on the fly based on the overlapping
524   /// offsets of the slices and the ability to split them. It will visit "empty"
525   /// partitions to cover regions of the alloca only accessed via split
526   /// slices.
527   iterator_range<partition_iterator> partitions() {
528     return make_range(partition_iterator(begin(), end()),
529                       partition_iterator(end(), end()));
530   }
531
532   /// \brief Access the dead users for this alloca.
533   ArrayRef<Instruction *> getDeadUsers() const { return DeadUsers; }
534
535   /// \brief Access the dead operands referring to this alloca.
536   ///
537   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
538   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
539   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
540   /// need to replace with undef.
541   ArrayRef<Use *> getDeadOperands() const { return DeadOperands; }
542
543 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
544   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
545   void printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
546                   StringRef Indent = "  ") const;
547   void printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
548                 StringRef Indent = "  ") const;
549   void print(raw_ostream &OS) const;
550   void dump(const_iterator I) const;
551   void dump() const;
552 #endif
553
554 private:
555   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
556   class SliceBuilder;
557   friend class AllocaSlices::SliceBuilder;
558
559 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
560   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
561   AllocaInst &AI;
562 #endif
563
564   /// \brief The instruction responsible for this alloca not having a known set
565   /// of slices.
566   ///
567   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
568   /// store a pointer to that here and abort trying to form slices of the
569   /// alloca. This will be null if the alloca slices are analyzed successfully.
570   Instruction *PointerEscapingInstr;
571
572   /// \brief The slices of the alloca.
573   ///
574   /// We store a vector of the slices formed by uses of the alloca here. This
575   /// vector is sorted by increasing begin offset, and then the unsplittable
576   /// slices before the splittable ones. See the Slice inner class for more
577   /// details.
578   SmallVector<Slice, 8> Slices;
579
580   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
581   ///
582   /// Note that these are not separated by slice. This is because we expect an
583   /// alloca to be completely rewritten or not rewritten at all. If rewritten,
584   /// all these instructions can simply be removed and replaced with undef as
585   /// they come from outside of the allocated space.
586   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
587
588   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
589   ///
590   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
591   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
592   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
593   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
594   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
595   /// the alloca.
596   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
597 };
598 }
599
600 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
601   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
602   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
603   // early on.
604   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
605     return SI.getOperand(1 + CI->isZero());
606   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
607     return SI.getOperand(1);
608
609   return nullptr;
610 }
611
612 /// \brief A helper that folds a PHI node or a select.
613 static Value *foldPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
614   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
615     // If PN merges together the same value, return that value.
616     return PN->hasConstantValue();
617   }
618   return foldSelectInst(cast<SelectInst>(I));
619 }
620
621 /// \brief Builder for the alloca slices.
622 ///
623 /// This class builds a set of alloca slices by recursively visiting the uses
624 /// of an alloca and making a slice for each load and store at each offset.
625 class AllocaSlices::SliceBuilder : public PtrUseVisitor<SliceBuilder> {
626   friend class PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
627   friend class InstVisitor<SliceBuilder>;
628   typedef PtrUseVisitor<SliceBuilder> Base;
629
630   const uint64_t AllocSize;
631   AllocaSlices &AS;
632
633   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferSliceMap;
634   SmallDenseMap<Instruction *, uint64_t> PHIOrSelectSizes;
635
636   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
637   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
638
639 public:
640   SliceBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS)
641       : PtrUseVisitor<SliceBuilder>(DL),
642         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())), AS(AS) {}
643
644 private:
645   void markAsDead(Instruction &I) {
646     if (VisitedDeadInsts.insert(&I).second)
647       AS.DeadUsers.push_back(&I);
648   }
649
650   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
651                  bool IsSplittable = false) {
652     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
653     // past the end of the allocation.
654     if (Size == 0 || Offset.uge(AllocSize)) {
655       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
656                    << " which has zero size or starts outside of the "
657                    << AllocSize << " byte alloca:\n"
658                    << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
659                    << "       use: " << I << "\n");
660       return markAsDead(I);
661     }
662
663     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
664     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
665
666     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
667     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
668     // This may appear superficially to be something we could ignore entirely,
669     // but that is not so! There may be widened loads or PHI-node uses where
670     // some instructions are dead but not others. We can't completely ignore
671     // them, and so have to record at least the information here.
672     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
673     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
674       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
675                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
676                    << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
677                    << "       use: " << I << "\n");
678       EndOffset = AllocSize;
679     }
680
681     AS.Slices.push_back(Slice(BeginOffset, EndOffset, U, IsSplittable));
682   }
683
684   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
685     if (BC.use_empty())
686       return markAsDead(BC);
687
688     return Base::visitBitCastInst(BC);
689   }
690
691   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
692     if (GEPI.use_empty())
693       return markAsDead(GEPI);
694
695     if (SROAStrictInbounds && GEPI.isInBounds()) {
696       // FIXME: This is a manually un-factored variant of the basic code inside
697       // of GEPs with checking of the inbounds invariant specified in the
698       // langref in a very strict sense. If we ever want to enable
699       // SROAStrictInbounds, this code should be factored cleanly into
700       // PtrUseVisitor, but it is easier to experiment with SROAStrictInbounds
701       // by writing out the code here where we have tho underlying allocation
702       // size readily available.
703       APInt GEPOffset = Offset;
704       for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI),
705                              GTE = gep_type_end(GEPI);
706            GTI != GTE; ++GTI) {
707         ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
708         if (!OpC)
709           break;
710
711         // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
712         if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
713           unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
714           const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
715           GEPOffset +=
716               APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(ElementIdx));
717         } else {
718           // For array or vector indices, scale the index by the size of the
719           // type.
720           APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth());
721           GEPOffset += Index * APInt(Offset.getBitWidth(),
722                                      DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
723         }
724
725         // If this index has computed an intermediate pointer which is not
726         // inbounds, then the result of the GEP is a poison value and we can
727         // delete it and all uses.
728         if (GEPOffset.ugt(AllocSize))
729           return markAsDead(GEPI);
730       }
731     }
732
733     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
734   }
735
736   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
737                          uint64_t Size, bool IsVolatile) {
738     // We allow splitting of loads and stores where the type is an integer type
739     // and cover the entire alloca. This prevents us from splitting over
740     // eagerly.
741     // FIXME: In the great blue eventually, we should eagerly split all integer
742     // loads and stores, and then have a separate step that merges adjacent
743     // alloca partitions into a single partition suitable for integer widening.
744     // Or we should skip the merge step and rely on GVN and other passes to
745     // merge adjacent loads and stores that survive mem2reg.
746     bool IsSplittable =
747         Ty->isIntegerTy() && !IsVolatile && Offset == 0 && Size >= AllocSize;
748
749     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
750   }
751
752   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
753     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
754            "All simple FCA loads should have been pre-split");
755
756     if (!IsOffsetKnown)
757       return PI.setAborted(&LI);
758
759     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI.getType());
760     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, Size, LI.isVolatile());
761   }
762
763   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
764     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
765     if (ValOp == *U)
766       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
767     if (!IsOffsetKnown)
768       return PI.setAborted(&SI);
769
770     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(ValOp->getType());
771
772     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
773     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
774     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
775     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
776     // risk of overflow.
777     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
778     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
779     if (Size > AllocSize || Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
780       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte store @" << Offset
781                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
782                    << " byte alloca:\n"
783                    << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
784                    << "       use: " << SI << "\n");
785       return markAsDead(SI);
786     }
787
788     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
789            "All simple FCA stores should have been pre-split");
790     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, Size, SI.isVolatile());
791   }
792
793   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
794     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
795     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
796     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
797         (IsOffsetKnown && Offset.uge(AllocSize)))
798       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
799       return markAsDead(II);
800
801     if (!IsOffsetKnown)
802       return PI.setAborted(&II);
803
804     insertUse(II, Offset, Length ? Length->getLimitedValue()
805                                  : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
806               (bool)Length);
807   }
808
809   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
810     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
811     if (Length && Length->getValue() == 0)
812       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
813       return markAsDead(II);
814
815     // Because we can visit these intrinsics twice, also check to see if the
816     // first time marked this instruction as dead. If so, skip it.
817     if (VisitedDeadInsts.count(&II))
818       return;
819
820     if (!IsOffsetKnown)
821       return PI.setAborted(&II);
822
823     // This side of the transfer is completely out-of-bounds, and so we can
824     // nuke the entire transfer. However, we also need to nuke the other side
825     // if already added to our partitions.
826     // FIXME: Yet another place we really should bypass this when
827     // instrumenting for ASan.
828     if (Offset.uge(AllocSize)) {
829       SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI =
830           MemTransferSliceMap.find(&II);
831       if (MTPI != MemTransferSliceMap.end())
832         AS.Slices[MTPI->second].kill();
833       return markAsDead(II);
834     }
835
836     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
837     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue() : AllocSize - RawOffset;
838
839     // Check for the special case where the same exact value is used for both
840     // source and dest.
841     if (*U == II.getRawDest() && *U == II.getRawSource()) {
842       // For non-volatile transfers this is a no-op.
843       if (!II.isVolatile())
844         return markAsDead(II);
845
846       return insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/false);
847     }
848
849     // If we have seen both source and destination for a mem transfer, then
850     // they both point to the same alloca.
851     bool Inserted;
852     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI;
853     std::tie(MTPI, Inserted) =
854         MemTransferSliceMap.insert(std::make_pair(&II, AS.Slices.size()));
855     unsigned PrevIdx = MTPI->second;
856     if (!Inserted) {
857       Slice &PrevP = AS.Slices[PrevIdx];
858
859       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
860       // In that case, we can completely elide the transfer.
861       if (!II.isVolatile() && PrevP.beginOffset() == RawOffset) {
862         PrevP.kill();
863         return markAsDead(II);
864       }
865
866       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
867       // split those.
868       PrevP.makeUnsplittable();
869     }
870
871     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
872     insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/Inserted && Length);
873
874     // Check that we ended up with a valid index in the map.
875     assert(AS.Slices[PrevIdx].getUse()->getUser() == &II &&
876            "Map index doesn't point back to a slice with this user.");
877   }
878
879   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
880   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
881   // doesn't make sense.
882   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
883     if (!IsOffsetKnown)
884       return PI.setAborted(&II);
885
886     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
887         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
888       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
889       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
890                                Length->getLimitedValue());
891       insertUse(II, Offset, Size, true);
892       return;
893     }
894
895     Base::visitIntrinsicInst(II);
896   }
897
898   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
899     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
900     // the same offset to be a viable use for slicing purposes. These uses
901     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
902     // size.
903     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
904     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
905     Visited.insert(Root);
906     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
907     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
908     // a size zero access.
909     Size = 0;
910     do {
911       Instruction *I, *UsedI;
912       std::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
913
914       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
915         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(LI->getType()));
916         continue;
917       }
918       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
919         Value *Op = SI->getOperand(0);
920         if (Op == UsedI)
921           return SI;
922         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(Op->getType()));
923         continue;
924       }
925
926       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
927         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
928           return GEP;
929       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
930                  !isa<SelectInst>(I)) {
931         return I;
932       }
933
934       for (User *U : I->users())
935         if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)).second)
936           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(U)));
937     } while (!Uses.empty());
938
939     return nullptr;
940   }
941
942   void visitPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
943     assert(isa<PHINode>(I) || isa<SelectInst>(I));
944     if (I.use_empty())
945       return markAsDead(I);
946
947     // TODO: We could use SimplifyInstruction here to fold PHINodes and
948     // SelectInsts. However, doing so requires to change the current
949     // dead-operand-tracking mechanism. For instance, suppose neither loading
950     // from %U nor %other traps. Then "load (select undef, %U, %other)" does not
951     // trap either.  However, if we simply replace %U with undef using the
952     // current dead-operand-tracking mechanism, "load (select undef, undef,
953     // %other)" may trap because the select may return the first operand
954     // "undef".
955     if (Value *Result = foldPHINodeOrSelectInst(I)) {
956       if (Result == *U)
957         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
958         // through the PHI/select as if we had RAUW'ed it.
959         enqueueUsers(I);
960       else
961         // Otherwise the operand to the PHI/select is dead, and we can replace
962         // it with undef.
963         AS.DeadOperands.push_back(U);
964
965       return;
966     }
967
968     if (!IsOffsetKnown)
969       return PI.setAborted(&I);
970
971     // See if we already have computed info on this node.
972     uint64_t &Size = PHIOrSelectSizes[&I];
973     if (!Size) {
974       // This is a new PHI/Select, check for an unsafe use of it.
975       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&I, Size))
976         return PI.setAborted(UnsafeI);
977     }
978
979     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
980     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
981     // case them here and use a separate structure to track the operands
982     // themselves which should be replaced with undef.
983     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
984     // for address sanitization.
985     if (Offset.uge(AllocSize)) {
986       AS.DeadOperands.push_back(U);
987       return;
988     }
989
990     insertUse(I, Offset, Size);
991   }
992
993   void visitPHINode(PHINode &PN) { visitPHINodeOrSelectInst(PN); }
994
995   void visitSelectInst(SelectInst &SI) { visitPHINodeOrSelectInst(SI); }
996
997   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
998   void visitInstruction(Instruction &I) { PI.setAborted(&I); }
999 };
1000
1001 AllocaSlices::AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI)
1002     :
1003 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1004       AI(AI),
1005 #endif
1006       PointerEscapingInstr(nullptr) {
1007   SliceBuilder PB(DL, AI, *this);
1008   SliceBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
1009   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
1010     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
1011     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaSlices.
1012     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
1013                                                   : PtrI.getAbortingInst();
1014     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
1015     return;
1016   }
1017
1018   Slices.erase(std::remove_if(Slices.begin(), Slices.end(),
1019                               [](const Slice &S) {
1020                                 return S.isDead();
1021                               }),
1022                Slices.end());
1023
1024 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
1025   if (SROARandomShuffleSlices) {
1026     std::mt19937 MT(static_cast<unsigned>(sys::TimeValue::now().msec()));
1027     std::shuffle(Slices.begin(), Slices.end(), MT);
1028   }
1029 #endif
1030
1031   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
1032   // and the sizes to be in descending order.
1033   std::sort(Slices.begin(), Slices.end());
1034 }
1035
1036 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1037
1038 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1039                          StringRef Indent) const {
1040   printSlice(OS, I, Indent);
1041   OS << "\n";
1042   printUse(OS, I, Indent);
1043 }
1044
1045 void AllocaSlices::printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1046                               StringRef Indent) const {
1047   OS << Indent << "[" << I->beginOffset() << "," << I->endOffset() << ")"
1048      << " slice #" << (I - begin())
1049      << (I->isSplittable() ? " (splittable)" : "");
1050 }
1051
1052 void AllocaSlices::printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1053                             StringRef Indent) const {
1054   OS << Indent << "  used by: " << *I->getUse()->getUser() << "\n";
1055 }
1056
1057 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS) const {
1058   if (PointerEscapingInstr) {
1059     OS << "Can't analyze slices for alloca: " << AI << "\n"
1060        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
1061        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
1062     return;
1063   }
1064
1065   OS << "Slices of alloca: " << AI << "\n";
1066   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
1067     print(OS, I);
1068 }
1069
1070 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump(const_iterator I) const {
1071   print(dbgs(), I);
1072 }
1073 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump() const { print(dbgs()); }
1074
1075 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1076
1077 namespace {
1078 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
1079 ///
1080 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
1081 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
1082 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
1083 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
1084 /// scalar values.
1085 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1086   AllocaInst &AI;
1087   DIBuilder &DIB;
1088
1089   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
1090   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
1091
1092 public:
1093   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction *> &Insts, SSAUpdater &S,
1094                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
1095       : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
1096
1097   void run(const SmallVectorImpl<Instruction *> &Insts) {
1098     // Retain the debug information attached to the alloca for use when
1099     // rewriting loads and stores.
1100     if (auto *L = LocalAsMetadata::getIfExists(&AI)) {
1101       if (auto *DebugNode = MetadataAsValue::getIfExists(AI.getContext(), L)) {
1102         for (User *U : DebugNode->users())
1103           if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(U))
1104             DDIs.push_back(DDI);
1105           else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(U))
1106             DVIs.push_back(DVI);
1107       }
1108     }
1109
1110     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1111
1112     // While we have the debug information, clear it off of the alloca. The
1113     // caller takes care of deleting the alloca.
1114     while (!DDIs.empty())
1115       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1116     while (!DVIs.empty())
1117       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1118   }
1119
1120   bool
1121   isInstInList(Instruction *I,
1122                const SmallVectorImpl<Instruction *> &Insts) const override {
1123     Value *Ptr;
1124     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1125       Ptr = LI->getOperand(0);
1126     else
1127       Ptr = cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
1128
1129     // Only used to detect cycles, which will be rare and quickly found as
1130     // we're walking up a chain of defs rather than down through uses.
1131     SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1132
1133     do {
1134       if (Ptr == &AI)
1135         return true;
1136
1137       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Ptr))
1138         Ptr = BCI->getOperand(0);
1139       else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
1140         Ptr = GEPI->getPointerOperand();
1141       else
1142         return false;
1143
1144     } while (Visited.insert(Ptr).second);
1145
1146     return false;
1147   }
1148
1149   void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const override {
1150     for (DbgDeclareInst *DDI : DDIs)
1151       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1152         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
1153       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
1154         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
1155     for (DbgValueInst *DVI : DVIs) {
1156       Value *Arg = nullptr;
1157       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1158         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
1159         // may be zapped by an optimization pass in future.
1160         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
1161           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
1162         else if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
1163           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
1164         if (!Arg)
1165           Arg = SI->getValueOperand();
1166       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
1167         Arg = LI->getPointerOperand();
1168       } else {
1169         continue;
1170       }
1171       Instruction *DbgVal =
1172           DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
1173                                       DIExpression(DVI->getExpression()), Inst);
1174       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1175     }
1176   }
1177 };
1178 } // end anon namespace
1179
1180 namespace {
1181 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
1182 ///
1183 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
1184 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
1185 /// a few steps to this process.
1186 ///
1187 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
1188 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
1189 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
1190 ///    as necessary and try to isolate individual scalar accesses.
1191 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
1192 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
1193 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
1194 ///    select to be a PHI or select of the results.
1195 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
1196 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
1197 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
1198 ///    SSA vector values.
1199 class SROA : public FunctionPass {
1200   const bool RequiresDomTree;
1201
1202   LLVMContext *C;
1203   const DataLayout *DL;
1204   DominatorTree *DT;
1205   AssumptionTracker *AT;
1206
1207   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
1208   ///
1209   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
1210   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
1211   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
1212   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
1213   /// already present to ensure it is re-visited.
1214   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16>> Worklist;
1215
1216   /// \brief A collection of instructions to delete.
1217   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
1218   /// efficient.
1219   SetVector<Instruction *, SmallVector<Instruction *, 8>> DeadInsts;
1220
1221   /// \brief Post-promotion worklist.
1222   ///
1223   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
1224   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
1225   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
1226   ///
1227   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
1228   /// the event they are deleted.
1229   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16>> PostPromotionWorklist;
1230
1231   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
1232   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
1233
1234   /// \brief A worklist of PHIs to speculate prior to promoting allocas.
1235   ///
1236   /// All of these PHIs have been checked for the safety of speculation and by
1237   /// being speculated will allow promoting allocas currently in the promotable
1238   /// queue.
1239   SetVector<PHINode *, SmallVector<PHINode *, 2>> SpeculatablePHIs;
1240
1241   /// \brief A worklist of select instructions to speculate prior to promoting
1242   /// allocas.
1243   ///
1244   /// All of these select instructions have been checked for the safety of
1245   /// speculation and by being speculated will allow promoting allocas
1246   /// currently in the promotable queue.
1247   SetVector<SelectInst *, SmallVector<SelectInst *, 2>> SpeculatableSelects;
1248
1249 public:
1250   SROA(bool RequiresDomTree = true)
1251       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree), C(nullptr),
1252         DL(nullptr), DT(nullptr) {
1253     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1254   }
1255   bool runOnFunction(Function &F) override;
1256   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
1257
1258   const char *getPassName() const override { return "SROA"; }
1259   static char ID;
1260
1261 private:
1262   friend class PHIOrSelectSpeculator;
1263   friend class AllocaSliceRewriter;
1264
1265   bool presplitLoadsAndStores(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS);
1266   bool rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS,
1267                         AllocaSlices::Partition &P);
1268   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS);
1269   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
1270   void clobberUse(Use &U);
1271   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSetImpl<AllocaInst *> &DeletedAllocas);
1272   bool promoteAllocas(Function &F);
1273 };
1274 }
1275
1276 char SROA::ID = 0;
1277
1278 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
1279   return new SROA(RequiresDomTree);
1280 }
1281
1282 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates", false,
1283                       false)
1284 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionTracker)
1285 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
1286 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates", false,
1287                     false)
1288
1289 /// Walk the range of a partitioning looking for a common type to cover this
1290 /// sequence of slices.
1291 static Type *findCommonType(AllocaSlices::const_iterator B,
1292                             AllocaSlices::const_iterator E,
1293                             uint64_t EndOffset) {
1294   Type *Ty = nullptr;
1295   bool TyIsCommon = true;
1296   IntegerType *ITy = nullptr;
1297
1298   // Note that we need to look at *every* alloca slice's Use to ensure we
1299   // always get consistent results regardless of the order of slices.
1300   for (AllocaSlices::const_iterator I = B; I != E; ++I) {
1301     Use *U = I->getUse();
1302     if (isa<IntrinsicInst>(*U->getUser()))
1303       continue;
1304     if (I->beginOffset() != B->beginOffset() || I->endOffset() != EndOffset)
1305       continue;
1306
1307     Type *UserTy = nullptr;
1308     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1309       UserTy = LI->getType();
1310     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1311       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1312     }
1313
1314     if (IntegerType *UserITy = dyn_cast_or_null<IntegerType>(UserTy)) {
1315       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
1316       // this for split integer operations where we want to use the type of the
1317       // entity causing the split. Also skip if the type is not a byte width
1318       // multiple.
1319       if (UserITy->getBitWidth() % 8 != 0 ||
1320           UserITy->getBitWidth() / 8 > (EndOffset - B->beginOffset()))
1321         continue;
1322
1323       // Track the largest bitwidth integer type used in this way in case there
1324       // is no common type.
1325       if (!ITy || ITy->getBitWidth() < UserITy->getBitWidth())
1326         ITy = UserITy;
1327     }
1328
1329     // To avoid depending on the order of slices, Ty and TyIsCommon must not
1330     // depend on types skipped above.
1331     if (!UserTy || (Ty && Ty != UserTy))
1332       TyIsCommon = false; // Give up on anything but an iN type.
1333     else
1334       Ty = UserTy;
1335   }
1336
1337   return TyIsCommon ? Ty : ITy;
1338 }
1339
1340 /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1341 /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1342 /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1343 /// From this:
1344 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1345 ///   %V = load i32* %P2
1346 /// to:
1347 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1348 ///   ...
1349 ///   %V2 = load i32* %Other
1350 ///   ...
1351 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1352 ///
1353 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1354 /// to the select can be loaded unconditionally.
1355 ///
1356 /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1357 /// Transforms/Util/Local.h
1358 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN, const DataLayout *DL = nullptr) {
1359   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1360   // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1361   // TODO: Allow recursive phi users.
1362   // TODO: Allow stores.
1363   BasicBlock *BB = PN.getParent();
1364   unsigned MaxAlign = 0;
1365   bool HaveLoad = false;
1366   for (User *U : PN.users()) {
1367     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1368     if (!LI || !LI->isSimple())
1369       return false;
1370
1371     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1372     // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1373     // a PHI.
1374     if (LI->getParent() != BB)
1375       return false;
1376
1377     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1378     // could store.
1379     for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1380       if (BBI->mayWriteToMemory())
1381         return false;
1382
1383     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1384     HaveLoad = true;
1385   }
1386
1387   if (!HaveLoad)
1388     return false;
1389
1390   // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1391   // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1392   // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1393   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1394     TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1395     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1396
1397     // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1398     // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1399     // in the predecessor.
1400     if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1401       return false;
1402
1403     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1404     // critical.
1405     if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1406       continue;
1407
1408     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1409     // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1410     // block.
1411     if (InVal->isDereferenceablePointer(DL) ||
1412         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, DL))
1413       continue;
1414
1415     return false;
1416   }
1417
1418   return true;
1419 }
1420
1421 static void speculatePHINodeLoads(PHINode &PN) {
1422   DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1423
1424   Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1425   IRBuilderTy PHIBuilder(&PN);
1426   PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1427                                         PN.getName() + ".sroa.speculated");
1428
1429   // Get the AA tags and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1430   // matter which one we get and if any differ.
1431   LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1432
1433   AAMDNodes AATags;
1434   SomeLoad->getAAMetadata(AATags);
1435   unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1436
1437   // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1438   while (!PN.use_empty()) {
1439     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1440     LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1441     LI->eraseFromParent();
1442   }
1443
1444   // Inject loads into all of the pred blocks.
1445   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1446     BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1447     TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1448     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1449     IRBuilderTy PredBuilder(TI);
1450
1451     LoadInst *Load = PredBuilder.CreateLoad(
1452         InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." + Pred->getName()));
1453     ++NumLoadsSpeculated;
1454     Load->setAlignment(Align);
1455     if (AATags)
1456       Load->setAAMetadata(AATags);
1457     NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1458   }
1459
1460   DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1461   PN.eraseFromParent();
1462 }
1463
1464 /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1465 /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1466 /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1467 /// From this:
1468 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1469 ///   %V = load i32* %P2
1470 /// to:
1471 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1472 ///   %V2 = load i32* %Other
1473 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1474 ///
1475 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1476 /// to the select can be loaded unconditionally.
1477 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
1478                                     const DataLayout *DL = nullptr) {
1479   Value *TValue = SI.getTrueValue();
1480   Value *FValue = SI.getFalseValue();
1481   bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer(DL);
1482   bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer(DL);
1483
1484   for (User *U : SI.users()) {
1485     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1486     if (!LI || !LI->isSimple())
1487       return false;
1488
1489     // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1490     // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1491     // accesses to it.
1492     if (!TDerefable &&
1493         !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1494       return false;
1495     if (!FDerefable &&
1496         !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1497       return false;
1498   }
1499
1500   return true;
1501 }
1502
1503 static void speculateSelectInstLoads(SelectInst &SI) {
1504   DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1505
1506   IRBuilderTy IRB(&SI);
1507   Value *TV = SI.getTrueValue();
1508   Value *FV = SI.getFalseValue();
1509   // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1510   while (!SI.use_empty()) {
1511     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI.user_back());
1512     assert(LI->isSimple() && "We only speculate simple loads");
1513
1514     IRB.SetInsertPoint(LI);
1515     LoadInst *TL =
1516         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1517     LoadInst *FL =
1518         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1519     NumLoadsSpeculated += 2;
1520
1521     // Transfer alignment and AA info if present.
1522     TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1523     FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1524
1525     AAMDNodes Tags;
1526     LI->getAAMetadata(Tags);
1527     if (Tags) {
1528       TL->setAAMetadata(Tags);
1529       FL->setAAMetadata(Tags);
1530     }
1531
1532     Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1533                                 LI->getName() + ".sroa.speculated");
1534
1535     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1536     LI->replaceAllUsesWith(V);
1537     LI->eraseFromParent();
1538   }
1539   SI.eraseFromParent();
1540 }
1541
1542 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1543 ///
1544 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1545 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1546 static Value *buildGEP(IRBuilderTy &IRB, Value *BasePtr,
1547                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices, Twine NamePrefix) {
1548   if (Indices.empty())
1549     return BasePtr;
1550
1551   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1552   // in that case.
1553   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1554     return BasePtr;
1555
1556   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, NamePrefix + "sroa_idx");
1557 }
1558
1559 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1560 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1561 ///
1562 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1563 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1564 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1565 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1566 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1567 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1568 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1569                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1570                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1571                                     Twine NamePrefix) {
1572   if (Ty == TargetTy)
1573     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1574
1575   // Pointer size to use for the indices.
1576   unsigned PtrSize = DL.getPointerTypeSizeInBits(BasePtr->getType());
1577
1578   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1579   // type.
1580   unsigned NumLayers = 0;
1581   Type *ElementTy = Ty;
1582   do {
1583     if (ElementTy->isPointerTy())
1584       break;
1585
1586     if (ArrayType *ArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(ElementTy)) {
1587       ElementTy = ArrayTy->getElementType();
1588       Indices.push_back(IRB.getIntN(PtrSize, 0));
1589     } else if (VectorType *VectorTy = dyn_cast<VectorType>(ElementTy)) {
1590       ElementTy = VectorTy->getElementType();
1591       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1592     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1593       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1594         break; // Nothing left to descend into.
1595       ElementTy = *STy->element_begin();
1596       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1597     } else {
1598       break;
1599     }
1600     ++NumLayers;
1601   } while (ElementTy != TargetTy);
1602   if (ElementTy != TargetTy)
1603     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1604
1605   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1606 }
1607
1608 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1609 ///
1610 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1611 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1612 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1613                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1614                                        Type *TargetTy,
1615                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1616                                        Twine NamePrefix) {
1617   if (Offset == 0)
1618     return getNaturalGEPWithType(IRB, DL, Ptr, Ty, TargetTy, Indices,
1619                                  NamePrefix);
1620
1621   // We can't recurse through pointer types.
1622   if (Ty->isPointerTy())
1623     return nullptr;
1624
1625   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1626   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1627   // over a vector from the IR completely.
1628   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1629     unsigned ElementSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1630     if (ElementSizeInBits % 8 != 0) {
1631       // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1632       return nullptr;
1633     }
1634     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1635     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1636     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1637       return nullptr;
1638     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1639     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1640     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, VecTy->getElementType(),
1641                                     Offset, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1642   }
1643
1644   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1645     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1646     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1647     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1648     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1649       return nullptr;
1650
1651     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1652     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1653     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1654                                     Indices, NamePrefix);
1655   }
1656
1657   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1658   if (!STy)
1659     return nullptr;
1660
1661   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1662   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1663   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1664     return nullptr;
1665   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1666   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1667   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1668   if (Offset.uge(DL.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1669     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
1670
1671   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1672   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1673                                   Indices, NamePrefix);
1674 }
1675
1676 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1677 /// resulting in a particular type.
1678 ///
1679 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1680 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1681 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1682 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1683 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1684 ///
1685 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1686 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1687                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1688                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1689                                       Twine NamePrefix) {
1690   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1691
1692   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1693   // an i8.
1694   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy(Ty->getAddressSpace()) && TargetTy->isIntegerTy(8))
1695     return nullptr;
1696
1697   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1698   if (!ElementTy->isSized())
1699     return nullptr; // We can't GEP through an unsized element.
1700   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1701   if (ElementSize == 0)
1702     return nullptr; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1703   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1704
1705   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1706   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1707   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1708                                   Indices, NamePrefix);
1709 }
1710
1711 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1712 /// resulting pointer has PointerTy.
1713 ///
1714 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1715 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1716 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1717 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1718 /// bitcast to the type.
1719 ///
1720 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1721 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1722 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1723 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1724 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1725 /// surrounding code.
1726 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL, Value *Ptr,
1727                              APInt Offset, Type *PointerTy, Twine NamePrefix) {
1728   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1729   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1730   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1731   Visited.insert(Ptr);
1732   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1733
1734   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1735   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1736   // fall back to it, so keep it and the base it was computed from around here.
1737   Value *OffsetPtr = nullptr;
1738   Value *OffsetBasePtr;
1739
1740   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1741   // byte offset.
1742   Value *Int8Ptr = nullptr;
1743   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1744
1745   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1746
1747   do {
1748     // First fold any existing GEPs into the offset.
1749     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1750       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1751       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
1752         break;
1753       Offset += GEPOffset;
1754       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1755       if (!Visited.insert(Ptr).second)
1756         break;
1757     }
1758
1759     // See if we can perform a natural GEP here.
1760     Indices.clear();
1761     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, DL, Ptr, Offset, TargetTy,
1762                                            Indices, NamePrefix)) {
1763       // If we have a new natural pointer at the offset, clear out any old
1764       // offset pointer we computed. Unless it is the base pointer or
1765       // a non-instruction, we built a GEP we don't need. Zap it.
1766       if (OffsetPtr && OffsetPtr != OffsetBasePtr)
1767         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr)) {
1768           assert(I->use_empty() && "Built a GEP with uses some how!");
1769           I->eraseFromParent();
1770         }
1771       OffsetPtr = P;
1772       OffsetBasePtr = Ptr;
1773       // If we also found a pointer of the right type, we're done.
1774       if (P->getType() == PointerTy)
1775         return P;
1776     }
1777
1778     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1779     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1780       Int8Ptr = Ptr;
1781       Int8PtrOffset = Offset;
1782     }
1783
1784     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1785     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1786       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1787     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1788       if (GA->mayBeOverridden())
1789         break;
1790       Ptr = GA->getAliasee();
1791     } else {
1792       break;
1793     }
1794     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1795   } while (Visited.insert(Ptr).second);
1796
1797   if (!OffsetPtr) {
1798     if (!Int8Ptr) {
1799       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(
1800           Ptr, IRB.getInt8PtrTy(PointerTy->getPointerAddressSpace()),
1801           NamePrefix + "sroa_raw_cast");
1802       Int8PtrOffset = Offset;
1803     }
1804
1805     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0
1806                     ? Int8Ptr
1807                     : IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1808                                             NamePrefix + "sroa_raw_idx");
1809   }
1810   Ptr = OffsetPtr;
1811
1812   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1813   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1814     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, NamePrefix + "sroa_cast");
1815
1816   return Ptr;
1817 }
1818
1819 /// \brief Compute the adjusted alignment for a load or store from an offset.
1820 static unsigned getAdjustedAlignment(Instruction *I, uint64_t Offset,
1821                                      const DataLayout &DL) {
1822   unsigned Alignment;
1823   Type *Ty;
1824   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
1825     Alignment = LI->getAlignment();
1826     Ty = LI->getType();
1827   } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
1828     Alignment = SI->getAlignment();
1829     Ty = SI->getValueOperand()->getType();
1830   } else {
1831     llvm_unreachable("Only loads and stores are allowed!");
1832   }
1833
1834   if (!Alignment)
1835     Alignment = DL.getABITypeAlignment(Ty);
1836
1837   return MinAlign(Alignment, Offset);
1838 }
1839
1840 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1841 ///
1842 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1843 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1844 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1845 /// underlying value, and convert that value.
1846 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1847   if (OldTy == NewTy)
1848     return true;
1849   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1850     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1851       if (NewITy->getBitWidth() >= OldITy->getBitWidth())
1852         return true;
1853   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1854     return false;
1855   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1856     return false;
1857
1858   // We can convert pointers to integers and vice-versa. Same for vectors
1859   // of pointers and integers.
1860   OldTy = OldTy->getScalarType();
1861   NewTy = NewTy->getScalarType();
1862   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1863     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
1864       return true;
1865     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
1866       return true;
1867     return false;
1868   }
1869
1870   return true;
1871 }
1872
1873 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1874 /// type.
1875 ///
1876 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1877 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1878 /// two types for viability with this routine.
1879 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1880                            Type *NewTy) {
1881   Type *OldTy = V->getType();
1882   assert(canConvertValue(DL, OldTy, NewTy) && "Value not convertable to type");
1883
1884   if (OldTy == NewTy)
1885     return V;
1886
1887   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1888     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1889       if (NewITy->getBitWidth() > OldITy->getBitWidth())
1890         return IRB.CreateZExt(V, NewITy);
1891
1892   // See if we need inttoptr for this type pair. A cast involving both scalars
1893   // and vectors requires and additional bitcast.
1894   if (OldTy->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1895       NewTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
1896     // Expand <2 x i32> to i8* --> <2 x i32> to i64 to i8*
1897     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1898       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1899                                 NewTy);
1900
1901     // Expand i128 to <2 x i8*> --> i128 to <2 x i64> to <2 x i8*>
1902     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1903       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1904                                 NewTy);
1905
1906     return IRB.CreateIntToPtr(V, NewTy);
1907   }
1908
1909   // See if we need ptrtoint for this type pair. A cast involving both scalars
1910   // and vectors requires and additional bitcast.
1911   if (OldTy->getScalarType()->isPointerTy() &&
1912       NewTy->getScalarType()->isIntegerTy()) {
1913     // Expand <2 x i8*> to i128 --> <2 x i8*> to <2 x i64> to i128
1914     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1915       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1916                                NewTy);
1917
1918     // Expand i8* to <2 x i32> --> i8* to i64 to <2 x i32>
1919     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1920       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1921                                NewTy);
1922
1923     return IRB.CreatePtrToInt(V, NewTy);
1924   }
1925
1926   return IRB.CreateBitCast(V, NewTy);
1927 }
1928
1929 /// \brief Test whether the given slice use can be promoted to a vector.
1930 ///
1931 /// This function is called to test each entry in a partioning which is slated
1932 /// for a single slice.
1933 static bool isVectorPromotionViableForSlice(AllocaSlices::Partition &P,
1934                                             const Slice &S, VectorType *Ty,
1935                                             uint64_t ElementSize,
1936                                             const DataLayout &DL) {
1937   // First validate the slice offsets.
1938   uint64_t BeginOffset =
1939       std::max(S.beginOffset(), P.beginOffset()) - P.beginOffset();
1940   uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1941   if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1942       BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1943     return false;
1944   uint64_t EndOffset =
1945       std::min(S.endOffset(), P.endOffset()) - P.beginOffset();
1946   uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1947   if (EndIndex * ElementSize != EndOffset || EndIndex > Ty->getNumElements())
1948     return false;
1949
1950   assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1951   uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1952   Type *SliceTy = (NumElements == 1)
1953                       ? Ty->getElementType()
1954                       : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1955
1956   Type *SplitIntTy =
1957       Type::getIntNTy(Ty->getContext(), NumElements * ElementSize * 8);
1958
1959   Use *U = S.getUse();
1960
1961   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1962     if (MI->isVolatile())
1963       return false;
1964     if (!S.isSplittable())
1965       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1966   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1967     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1968         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1969       return false;
1970   } else if (U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1971     // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1972     return false;
1973   } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1974     if (LI->isVolatile())
1975       return false;
1976     Type *LTy = LI->getType();
1977     if (P.beginOffset() > S.beginOffset() || P.endOffset() < S.endOffset()) {
1978       assert(LTy->isIntegerTy());
1979       LTy = SplitIntTy;
1980     }
1981     if (!canConvertValue(DL, SliceTy, LTy))
1982       return false;
1983   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1984     if (SI->isVolatile())
1985       return false;
1986     Type *STy = SI->getValueOperand()->getType();
1987     if (P.beginOffset() > S.beginOffset() || P.endOffset() < S.endOffset()) {
1988       assert(STy->isIntegerTy());
1989       STy = SplitIntTy;
1990     }
1991     if (!canConvertValue(DL, STy, SliceTy))
1992       return false;
1993   } else {
1994     return false;
1995   }
1996
1997   return true;
1998 }
1999
2000 /// \brief Test whether the given alloca partitioning and range of slices can be
2001 /// promoted to a vector.
2002 ///
2003 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
2004 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
2005 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
2006 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
2007 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
2008 /// be promotable, so we have an early test here.
2009 static VectorType *isVectorPromotionViable(AllocaSlices::Partition &P,
2010                                            const DataLayout &DL) {
2011   // Collect the candidate types for vector-based promotion. Also track whether
2012   // we have different element types.
2013   SmallVector<VectorType *, 4> CandidateTys;
2014   Type *CommonEltTy = nullptr;
2015   bool HaveCommonEltTy = true;
2016   auto CheckCandidateType = [&](Type *Ty) {
2017     if (auto *VTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
2018       CandidateTys.push_back(VTy);
2019       if (!CommonEltTy)
2020         CommonEltTy = VTy->getElementType();
2021       else if (CommonEltTy != VTy->getElementType())
2022         HaveCommonEltTy = false;
2023     }
2024   };
2025   // Consider any loads or stores that are the exact size of the slice.
2026   for (const Slice &S : P)
2027     if (S.beginOffset() == P.beginOffset() &&
2028         S.endOffset() == P.endOffset()) {
2029       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(S.getUse()->getUser()))
2030         CheckCandidateType(LI->getType());
2031       else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(S.getUse()->getUser()))
2032         CheckCandidateType(SI->getValueOperand()->getType());
2033     }
2034
2035   // If we didn't find a vector type, nothing to do here.
2036   if (CandidateTys.empty())
2037     return nullptr;
2038
2039   // Remove non-integer vector types if we had multiple common element types.
2040   // FIXME: It'd be nice to replace them with integer vector types, but we can't
2041   // do that until all the backends are known to produce good code for all
2042   // integer vector types.
2043   if (!HaveCommonEltTy) {
2044     CandidateTys.erase(std::remove_if(CandidateTys.begin(), CandidateTys.end(),
2045                                       [](VectorType *VTy) {
2046                          return !VTy->getElementType()->isIntegerTy();
2047                        }),
2048                        CandidateTys.end());
2049
2050     // If there were no integer vector types, give up.
2051     if (CandidateTys.empty())
2052       return nullptr;
2053
2054     // Rank the remaining candidate vector types. This is easy because we know
2055     // they're all integer vectors. We sort by ascending number of elements.
2056     auto RankVectorTypes = [&DL](VectorType *RHSTy, VectorType *LHSTy) {
2057       assert(DL.getTypeSizeInBits(RHSTy) == DL.getTypeSizeInBits(LHSTy) &&
2058              "Cannot have vector types of different sizes!");
2059       assert(RHSTy->getElementType()->isIntegerTy() &&
2060              "All non-integer types eliminated!");
2061       assert(LHSTy->getElementType()->isIntegerTy() &&
2062              "All non-integer types eliminated!");
2063       return RHSTy->getNumElements() < LHSTy->getNumElements();
2064     };
2065     std::sort(CandidateTys.begin(), CandidateTys.end(), RankVectorTypes);
2066     CandidateTys.erase(
2067         std::unique(CandidateTys.begin(), CandidateTys.end(), RankVectorTypes),
2068         CandidateTys.end());
2069   } else {
2070 // The only way to have the same element type in every vector type is to
2071 // have the same vector type. Check that and remove all but one.
2072 #ifndef NDEBUG
2073     for (VectorType *VTy : CandidateTys) {
2074       assert(VTy->getElementType() == CommonEltTy &&
2075              "Unaccounted for element type!");
2076       assert(VTy == CandidateTys[0] &&
2077              "Different vector types with the same element type!");
2078     }
2079 #endif
2080     CandidateTys.resize(1);
2081   }
2082
2083   // Try each vector type, and return the one which works.
2084   auto CheckVectorTypeForPromotion = [&](VectorType *VTy) {
2085     uint64_t ElementSize = DL.getTypeSizeInBits(VTy->getElementType());
2086
2087     // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
2088     // that aren't byte sized.
2089     if (ElementSize % 8)
2090       return false;
2091     assert((DL.getTypeSizeInBits(VTy) % 8) == 0 &&
2092            "vector size not a multiple of element size?");
2093     ElementSize /= 8;
2094
2095     for (const Slice &S : P)
2096       if (!isVectorPromotionViableForSlice(P, S, VTy, ElementSize, DL))
2097         return false;
2098
2099     for (const Slice *S : P.splitSliceTails())
2100       if (!isVectorPromotionViableForSlice(P, *S, VTy, ElementSize, DL))
2101         return false;
2102
2103     return true;
2104   };
2105   for (VectorType *VTy : CandidateTys)
2106     if (CheckVectorTypeForPromotion(VTy))
2107       return VTy;
2108
2109   return nullptr;
2110 }
2111
2112 /// \brief Test whether a slice of an alloca is valid for integer widening.
2113 ///
2114 /// This implements the necessary checking for the \c isIntegerWideningViable
2115 /// test below on a single slice of the alloca.
2116 static bool isIntegerWideningViableForSlice(const Slice &S,
2117                                             uint64_t AllocBeginOffset,
2118                                             Type *AllocaTy,
2119                                             const DataLayout &DL,
2120                                             bool &WholeAllocaOp) {
2121   uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(AllocaTy);
2122
2123   uint64_t RelBegin = S.beginOffset() - AllocBeginOffset;
2124   uint64_t RelEnd = S.endOffset() - AllocBeginOffset;
2125
2126   // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
2127   // the end of the aloca's type and into its padding.
2128   if (RelEnd > Size)
2129     return false;
2130
2131   Use *U = S.getUse();
2132
2133   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
2134     if (LI->isVolatile())
2135       return false;
2136     // Note that we don't count vector loads or stores as whole-alloca
2137     // operations which enable integer widening because we would prefer to use
2138     // vector widening instead.
2139     if (!isa<VectorType>(LI->getType()) && RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2140       WholeAllocaOp = true;
2141     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
2142       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
2143         return false;
2144     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2145                !canConvertValue(DL, AllocaTy, LI->getType())) {
2146       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
2147       // they are promotable.
2148       return false;
2149     }
2150   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
2151     Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
2152     if (SI->isVolatile())
2153       return false;
2154     // Note that we don't count vector loads or stores as whole-alloca
2155     // operations which enable integer widening because we would prefer to use
2156     // vector widening instead.
2157     if (!isa<VectorType>(ValueTy) && RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2158       WholeAllocaOp = true;
2159     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
2160       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
2161         return false;
2162     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2163                !canConvertValue(DL, ValueTy, AllocaTy)) {
2164       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
2165       // they are promotable.
2166       return false;
2167     }
2168   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
2169     if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
2170       return false;
2171     if (!S.isSplittable())
2172       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
2173   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
2174     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
2175         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
2176       return false;
2177   } else {
2178     return false;
2179   }
2180
2181   return true;
2182 }
2183
2184 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
2185 /// widened to promotable ones.
2186 ///
2187 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
2188 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
2189 /// promote the resulting alloca.
2190 static bool isIntegerWideningViable(AllocaSlices::Partition &P, Type *AllocaTy,
2191                                     const DataLayout &DL) {
2192   uint64_t SizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
2193   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
2194   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
2195     return false;
2196
2197   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
2198   if (SizeInBits != DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
2199     return false;
2200
2201   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
2202   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
2203   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
2204   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
2205   if (!canConvertValue(DL, AllocaTy, IntTy) ||
2206       !canConvertValue(DL, IntTy, AllocaTy))
2207     return false;
2208
2209   // While examining uses, we ensure that the alloca has a covering load or
2210   // store. We don't want to widen the integer operations only to fail to
2211   // promote due to some other unsplittable entry (which we may make splittable
2212   // later). However, if there are only splittable uses, go ahead and assume
2213   // that we cover the alloca.
2214   // FIXME: We shouldn't consider split slices that happen to start in the
2215   // partition here...
2216   bool WholeAllocaOp =
2217       P.begin() != P.end() ? false : DL.isLegalInteger(SizeInBits);
2218
2219   for (const Slice &S : P)
2220     if (!isIntegerWideningViableForSlice(S, P.beginOffset(), AllocaTy, DL,
2221                                          WholeAllocaOp))
2222       return false;
2223
2224   for (const Slice *S : P.splitSliceTails())
2225     if (!isIntegerWideningViableForSlice(*S, P.beginOffset(), AllocaTy, DL,
2226                                          WholeAllocaOp))
2227       return false;
2228
2229   return WholeAllocaOp;
2230 }
2231
2232 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
2233                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
2234                              const Twine &Name) {
2235   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
2236   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2237   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2238          "Element extends past full value");
2239   uint64_t ShAmt = 8 * Offset;
2240   if (DL.isBigEndian())
2241     ShAmt = 8 * (DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2242   if (ShAmt) {
2243     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
2244     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
2245   }
2246   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2247          "Cannot extract to a larger integer!");
2248   if (Ty != IntTy) {
2249     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
2250     DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
2251   }
2252   return V;
2253 }
2254
2255 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *Old,
2256                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
2257   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
2258   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
2259   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2260          "Cannot insert a larger integer!");
2261   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
2262   if (Ty != IntTy) {
2263     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
2264     DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
2265   }
2266   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2267          "Element store outside of alloca store");
2268   uint64_t ShAmt = 8 * Offset;
2269   if (DL.isBigEndian())
2270     ShAmt = 8 * (DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2271   if (ShAmt) {
2272     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
2273     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
2274   }
2275
2276   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
2277     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
2278     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
2279     DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
2280     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
2281     DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
2282   }
2283   return V;
2284 }
2285
2286 static Value *extractVector(IRBuilderTy &IRB, Value *V, unsigned BeginIndex,
2287                             unsigned EndIndex, const Twine &Name) {
2288   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
2289   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2290   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2291
2292   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
2293     return V;
2294
2295   if (NumElements == 1) {
2296     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
2297                                  Name + ".extract");
2298     DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
2299     return V;
2300   }
2301
2302   SmallVector<Constant *, 8> Mask;
2303   Mask.reserve(NumElements);
2304   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
2305     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
2306   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
2307                               ConstantVector::get(Mask), Name + ".extract");
2308   DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
2309   return V;
2310 }
2311
2312 static Value *insertVector(IRBuilderTy &IRB, Value *Old, Value *V,
2313                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
2314   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
2315   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
2316
2317   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
2318   if (!Ty) {
2319     // Single element to insert.
2320     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
2321                                 Name + ".insert");
2322     DEBUG(dbgs() << "     insert: " << *V << "\n");
2323     return V;
2324   }
2325
2326   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
2327          "Too many elements!");
2328   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
2329     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
2330     return V;
2331   }
2332   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
2333
2334   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
2335   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
2336   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
2337   // incoming vector.
2338   SmallVector<Constant *, 8> Mask;
2339   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
2340   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
2341     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
2342       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
2343     else
2344       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
2345   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
2346                               ConstantVector::get(Mask), Name + ".expand");
2347   DEBUG(dbgs() << "    shuffle: " << *V << "\n");
2348
2349   Mask.clear();
2350   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
2351     Mask.push_back(IRB.getInt1(i >= BeginIndex && i < EndIndex));
2352
2353   V = IRB.CreateSelect(ConstantVector::get(Mask), V, Old, Name + "blend");
2354
2355   DEBUG(dbgs() << "    blend: " << *V << "\n");
2356   return V;
2357 }
2358
2359 namespace {
2360 /// \brief Visitor to rewrite instructions using p particular slice of an alloca
2361 /// to use a new alloca.
2362 ///
2363 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
2364 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
2365 /// lives here.
2366 class AllocaSliceRewriter : public InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> {
2367   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2368   friend class llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
2369   typedef llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> Base;
2370
2371   const DataLayout &DL;
2372   AllocaSlices &AS;
2373   SROA &Pass;
2374   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2375   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2376   Type *NewAllocaTy;
2377
2378   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2379   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
2380   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
2381   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2382   IntegerType *IntTy;
2383
2384   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2385   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2386   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
2387   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2388   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2389   //     element.
2390   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2391   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2392   //     which are promotable via mem2reg.
2393   VectorType *VecTy;
2394   Type *ElementTy;
2395   uint64_t ElementSize;
2396
2397   // The original offset of the slice currently being rewritten relative to
2398   // the original alloca.
2399   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
2400   // The new offsets of the slice currently being rewritten relative to the
2401   // original alloca.
2402   uint64_t NewBeginOffset, NewEndOffset;
2403
2404   uint64_t SliceSize;
2405   bool IsSplittable;
2406   bool IsSplit;
2407   Use *OldUse;
2408   Instruction *OldPtr;
2409
2410   // Track post-rewrite users which are PHI nodes and Selects.
2411   SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers;
2412   SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers;
2413
2414   // Utility IR builder, whose name prefix is setup for each visited use, and
2415   // the insertion point is set to point to the user.
2416   IRBuilderTy IRB;
2417
2418 public:
2419   AllocaSliceRewriter(const DataLayout &DL, AllocaSlices &AS, SROA &Pass,
2420                       AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2421                       uint64_t NewAllocaBeginOffset,
2422                       uint64_t NewAllocaEndOffset, bool IsIntegerPromotable,
2423                       VectorType *PromotableVecTy,
2424                       SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers,
2425                       SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers)
2426       : DL(DL), AS(AS), Pass(Pass), OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2427         NewAllocaBeginOffset(NewAllocaBeginOffset),
2428         NewAllocaEndOffset(NewAllocaEndOffset),
2429         NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
2430         IntTy(IsIntegerPromotable
2431                   ? Type::getIntNTy(
2432                         NewAI.getContext(),
2433                         DL.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()))
2434                   : nullptr),
2435         VecTy(PromotableVecTy),
2436         ElementTy(VecTy ? VecTy->getElementType() : nullptr),
2437         ElementSize(VecTy ? DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8 : 0),
2438         BeginOffset(), EndOffset(), IsSplittable(), IsSplit(), OldUse(),
2439         OldPtr(), PHIUsers(PHIUsers), SelectUsers(SelectUsers),
2440         IRB(NewAI.getContext(), ConstantFolder()) {
2441     if (VecTy) {
2442       assert((DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) % 8) == 0 &&
2443              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2444       ++NumVectorized;
2445     }
2446     assert((!IntTy && !VecTy) || (IntTy && !VecTy) || (!IntTy && VecTy));
2447   }
2448
2449   bool visit(AllocaSlices::const_iterator I) {
2450     bool CanSROA = true;
2451     BeginOffset = I->beginOffset();
2452     EndOffset = I->endOffset();
2453     IsSplittable = I->isSplittable();
2454     IsSplit =
2455         BeginOffset < NewAllocaBeginOffset || EndOffset > NewAllocaEndOffset;
2456     DEBUG(dbgs() << "  rewriting " << (IsSplit ? "split " : ""));
2457     DEBUG(AS.printSlice(dbgs(), I, ""));
2458     DEBUG(dbgs() << "\n");
2459
2460     // Compute the intersecting offset range.
2461     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2462     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2463     NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2464     NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2465
2466     SliceSize = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2467
2468     OldUse = I->getUse();
2469     OldPtr = cast<Instruction>(OldUse->get());
2470
2471     Instruction *OldUserI = cast<Instruction>(OldUse->getUser());
2472     IRB.SetInsertPoint(OldUserI);
2473     IRB.SetCurrentDebugLocation(OldUserI->getDebugLoc());
2474     IRB.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) + ".");
2475
2476     CanSROA &= visit(cast<Instruction>(OldUse->getUser()));
2477     if (VecTy || IntTy)
2478       assert(CanSROA);
2479     return CanSROA;
2480   }
2481
2482 private:
2483   // Make sure the other visit overloads are visible.
2484   using Base::visit;
2485
2486   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2487   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2488     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2489     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2490   }
2491
2492   Value *getNewAllocaSlicePtr(IRBuilderTy &IRB, Type *PointerTy) {
2493     // Note that the offset computation can use BeginOffset or NewBeginOffset
2494     // interchangeably for unsplit slices.
2495     assert(IsSplit || BeginOffset == NewBeginOffset);
2496     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2497
2498 #ifndef NDEBUG
2499     StringRef OldName = OldPtr->getName();
2500     // Skip through the last '.sroa.' component of the name.
2501     size_t LastSROAPrefix = OldName.rfind(".sroa.");
2502     if (LastSROAPrefix != StringRef::npos) {
2503       OldName = OldName.substr(LastSROAPrefix + strlen(".sroa."));
2504       // Look for an SROA slice index.
2505       size_t IndexEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2506       if (IndexEnd != StringRef::npos && OldName[IndexEnd] == '.') {
2507         // Strip the index and look for the offset.
2508         OldName = OldName.substr(IndexEnd + 1);
2509         size_t OffsetEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2510         if (OffsetEnd != StringRef::npos && OldName[OffsetEnd] == '.')
2511           // Strip the offset.
2512           OldName = OldName.substr(OffsetEnd + 1);
2513       }
2514     }
2515     // Strip any SROA suffixes as well.
2516     OldName = OldName.substr(0, OldName.find(".sroa_"));
2517 #endif
2518
2519     return getAdjustedPtr(IRB, DL, &NewAI,
2520                           APInt(DL.getPointerSizeInBits(), Offset), PointerTy,
2521 #ifndef NDEBUG
2522                           Twine(OldName) + "."
2523 #else
2524                           Twine()
2525 #endif
2526                           );
2527   }
2528
2529   /// \brief Compute suitable alignment to access this slice of the *new*
2530   /// alloca.
2531   ///
2532   /// You can optionally pass a type to this routine and if that type's ABI
2533   /// alignment is itself suitable, this will return zero.
2534   unsigned getSliceAlign(Type *Ty = nullptr) {
2535     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2536     if (!NewAIAlign)
2537       NewAIAlign = DL.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2538     unsigned Align =
2539         MinAlign(NewAIAlign, NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2540     return (Ty && Align == DL.getABITypeAlignment(Ty)) ? 0 : Align;
2541   }
2542
2543   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
2544     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2545     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2546     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2547     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2548     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2549     return Index;
2550   }
2551
2552   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2553     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2554     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2555       Pass.DeadInsts.insert(I);
2556   }
2557
2558   Value *rewriteVectorizedLoadInst() {
2559     unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2560     unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2561     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2562
2563     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
2564     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2565   }
2566
2567   Value *rewriteIntegerLoad(LoadInst &LI) {
2568     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2569     assert(!LI.isVolatile());
2570     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
2571     V = convertValue(DL, IRB, V, IntTy);
2572     assert(NewBeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2573     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2574     if (Offset > 0 || NewEndOffset < NewAllocaEndOffset)
2575       V = extractInteger(DL, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2576                          "extract");
2577     return V;
2578   }
2579
2580   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2581     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2582     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2583     assert(OldOp == OldPtr);
2584
2585     Type *TargetTy = IsSplit ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), SliceSize * 8)
2586                              : LI.getType();
2587     bool IsPtrAdjusted = false;
2588     Value *V;
2589     if (VecTy) {
2590       V = rewriteVectorizedLoadInst();
2591     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2592       V = rewriteIntegerLoad(LI);
2593     } else if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2594                canConvertValue(DL, NewAllocaTy, LI.getType())) {
2595       V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), LI.isVolatile(),
2596                                 LI.getName());
2597     } else {
2598       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo();
2599       V = IRB.CreateAlignedLoad(getNewAllocaSlicePtr(IRB, LTy),
2600                                 getSliceAlign(TargetTy), LI.isVolatile(),
2601                                 LI.getName());
2602       IsPtrAdjusted = true;
2603     }
2604     V = convertValue(DL, IRB, V, TargetTy);
2605
2606     if (IsSplit) {
2607       assert(!LI.isVolatile());
2608       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2609              "Only integer type loads and stores are split");
2610       assert(SliceSize < DL.getTypeStoreSize(LI.getType()) &&
2611              "Split load isn't smaller than original load");
2612       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2613                  DL.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2614              "Non-byte-multiple bit width");
2615       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2616       IRB.SetInsertPoint(std::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2617       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2618       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2619       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2620       // LI only used for this computation.
2621       Value *Placeholder =
2622           new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo()));
2623       V = insertInteger(DL, IRB, Placeholder, V, NewBeginOffset, "insert");
2624       LI.replaceAllUsesWith(V);
2625       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2626       delete Placeholder;
2627     } else {
2628       LI.replaceAllUsesWith(V);
2629     }
2630
2631     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2632     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2633     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2634     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2635   }
2636
2637   bool rewriteVectorizedStoreInst(Value *V, StoreInst &SI, Value *OldOp) {
2638     if (V->getType() != VecTy) {
2639       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2640       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2641       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2642       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2643       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2644       Type *SliceTy = (NumElements == 1)
2645                           ? ElementTy
2646                           : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2647       if (V->getType() != SliceTy)
2648         V = convertValue(DL, IRB, V, SliceTy);
2649
2650       // Mix in the existing elements.
2651       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
2652       V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, "vec");
2653     }
2654     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2655     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2656
2657     (void)Store;
2658     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2659     return true;
2660   }
2661
2662   bool rewriteIntegerStore(Value *V, StoreInst &SI) {
2663     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2664     assert(!SI.isVolatile());
2665     if (DL.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2666       Value *Old =
2667           IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
2668       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2669       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2670       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2671       V = insertInteger(DL, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset, "insert");
2672     }
2673     V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2674     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2675     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2676     (void)Store;
2677     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2678     return true;
2679   }
2680
2681   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2682     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2683     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2684     assert(OldOp == OldPtr);
2685
2686     Value *V = SI.getValueOperand();
2687
2688     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2689     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2690     if (V->getType()->isPointerTy())
2691       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2692         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2693
2694     if (SliceSize < DL.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2695       assert(!SI.isVolatile());
2696       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2697              "Only integer type loads and stores are split");
2698       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2699                  DL.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2700              "Non-byte-multiple bit width");
2701       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), SliceSize * 8);
2702       V = extractInteger(DL, IRB, V, NarrowTy, NewBeginOffset, "extract");
2703     }
2704
2705     if (VecTy)
2706       return rewriteVectorizedStoreInst(V, SI, OldOp);
2707     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2708       return rewriteIntegerStore(V, SI);
2709
2710     StoreInst *NewSI;
2711     if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2712         NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2713         canConvertValue(DL, V->getType(), NewAllocaTy)) {
2714       V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2715       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2716                                      SI.isVolatile());
2717     } else {
2718       Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, V->getType()->getPointerTo());
2719       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, NewPtr, getSliceAlign(V->getType()),
2720                                      SI.isVolatile());
2721     }
2722     (void)NewSI;
2723     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2724     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2725
2726     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2727     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2728   }
2729
2730   /// \brief Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2731   /// number of bytes.
2732   ///
2733   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2734   /// call this routine.
2735   /// FIXME: Heed the advice above.
2736   ///
2737   /// \param V The i8 value to splat.
2738   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2739   Value *getIntegerSplat(Value *V, unsigned Size) {
2740     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2741     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2742     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2743     if (Size == 1)
2744       return V;
2745
2746     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size * 8);
2747     V = IRB.CreateMul(
2748         IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, "zext"),
2749         ConstantExpr::getUDiv(
2750             Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2751             ConstantExpr::getZExt(Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2752                                   SplatIntTy)),
2753         "isplat");
2754     return V;
2755   }
2756
2757   /// \brief Compute a vector splat for a given element value.
2758   Value *getVectorSplat(Value *V, unsigned NumElements) {
2759     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, "vsplat");
2760     DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2761     return V;
2762   }
2763
2764   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2765     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2766     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2767
2768     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2769     // pointer to the new alloca.
2770     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2771       assert(!IsSplit);
2772       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2773       II.setDest(getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()));
2774       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2775       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getSliceAlign()));
2776
2777       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2778       return false;
2779     }
2780
2781     // Record this instruction for deletion.
2782     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2783
2784     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2785     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2786
2787     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2788     // a single value type, just emit a memset.
2789     if (!VecTy && !IntTy &&
2790         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2791          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(AllocaTy) ||
2792          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2793          !DL.isLegalInteger(DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)) ||
2794          DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) % 8 != 0)) {
2795       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2796       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2797       CallInst *New = IRB.CreateMemSet(
2798           getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()), II.getValue(), Size,
2799           getSliceAlign(), II.isVolatile());
2800       (void)New;
2801       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2802       return false;
2803     }
2804
2805     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2806     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2807     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2808     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2809     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2810     Value *V;
2811
2812     if (VecTy) {
2813       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2814       assert(ElementTy == ScalarTy);
2815
2816       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2817       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2818       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2819       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2820       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2821
2822       Value *Splat =
2823           getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8);
2824       Splat = convertValue(DL, IRB, Splat, ElementTy);
2825       if (NumElements > 1)
2826         Splat = getVectorSplat(Splat, NumElements);
2827
2828       Value *Old =
2829           IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
2830       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, "vec");
2831     } else if (IntTy) {
2832       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2833       // set integer.
2834       assert(!II.isVolatile());
2835
2836       uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2837       V = getIntegerSplat(II.getValue(), Size);
2838
2839       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2840                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2841         Value *Old =
2842             IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
2843         Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2844         uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2845         V = insertInteger(DL, IRB, Old, V, Offset, "insert");
2846       } else {
2847         assert(V->getType() == IntTy &&
2848                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2849       }
2850       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2851     } else {
2852       // Established these invariants above.
2853       assert(NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2854       assert(NewEndOffset == NewAllocaEndOffset);
2855
2856       V = getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) / 8);
2857       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2858         V = getVectorSplat(V, AllocaVecTy->getNumElements());
2859
2860       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2861     }
2862
2863     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2864                                         II.isVolatile());
2865     (void)New;
2866     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2867     return !II.isVolatile();
2868   }
2869
2870   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2871     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2872     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2873
2874     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2875
2876     bool IsDest = &II.getRawDestUse() == OldUse;
2877     assert((IsDest && II.getRawDest() == OldPtr) ||
2878            (!IsDest && II.getRawSource() == OldPtr));
2879
2880     unsigned SliceAlign = getSliceAlign();
2881
2882     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2883     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2884     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2885     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2886     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2887     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2888     // update both source and dest of a single call.
2889     if (!IsSplittable) {
2890       Value *AdjustedPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2891       if (IsDest)
2892         II.setDest(AdjustedPtr);
2893       else
2894         II.setSource(AdjustedPtr);
2895
2896       if (II.getAlignment() > SliceAlign) {
2897         Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2898         II.setAlignment(
2899             ConstantInt::get(CstTy, MinAlign(II.getAlignment(), SliceAlign)));
2900       }
2901
2902       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2903       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2904       return false;
2905     }
2906     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2907     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2908     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2909     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2910     // downsides to splitting and transforming the operations.
2911
2912     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2913     // a single value type, just emit a memcpy.
2914     bool EmitMemCpy =
2915         !VecTy && !IntTy &&
2916         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2917          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(NewAI.getAllocatedType()) ||
2918          !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2919
2920     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2921     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2922     // a no-op.
2923     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2924       // Ensure the start lines up.
2925       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2926
2927       // Rewrite the size as needed.
2928       if (NewEndOffset != EndOffset)
2929         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2930                                       NewEndOffset - NewBeginOffset));
2931       return false;
2932     }
2933     // Record this instruction for deletion.
2934     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2935
2936     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2937     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2938     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2939     if (AllocaInst *AI =
2940             dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets())) {
2941       assert(AI != &OldAI && AI != &NewAI &&
2942              "Splittable transfers cannot reach the same alloca on both ends.");
2943       Pass.Worklist.insert(AI);
2944     }
2945
2946     Type *OtherPtrTy = OtherPtr->getType();
2947     unsigned OtherAS = OtherPtrTy->getPointerAddressSpace();
2948
2949     // Compute the relative offset for the other pointer within the transfer.
2950     unsigned IntPtrWidth = DL.getPointerSizeInBits(OtherAS);
2951     APInt OtherOffset(IntPtrWidth, NewBeginOffset - BeginOffset);
2952     unsigned OtherAlign = MinAlign(II.getAlignment() ? II.getAlignment() : 1,
2953                                    OtherOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue());
2954
2955     if (EmitMemCpy) {
2956       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2957       // a single, simple GEP in most cases.
2958       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2959                                 OtherPtr->getName() + ".");
2960
2961       Value *OurPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2962       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2963       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2964
2965       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(
2966           IsDest ? OurPtr : OtherPtr, IsDest ? OtherPtr : OurPtr, Size,
2967           MinAlign(SliceAlign, OtherAlign), II.isVolatile());
2968       (void)New;
2969       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2970       return false;
2971     }
2972
2973     bool IsWholeAlloca = NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2974                          NewEndOffset == NewAllocaEndOffset;
2975     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2976     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(NewBeginOffset) : 0;
2977     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(NewEndOffset) : 0;
2978     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2979     IntegerType *SubIntTy =
2980         IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size * 8) : nullptr;
2981
2982     // Reset the other pointer type to match the register type we're going to
2983     // use, but using the address space of the original other pointer.
2984     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
2985       if (NumElements == 1)
2986         OtherPtrTy = VecTy->getElementType();
2987       else
2988         OtherPtrTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
2989
2990       OtherPtrTy = OtherPtrTy->getPointerTo(OtherAS);
2991     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
2992       OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo(OtherAS);
2993     } else {
2994       OtherPtrTy = NewAllocaTy->getPointerTo(OtherAS);
2995     }
2996
2997     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2998                                    OtherPtr->getName() + ".");
2999     unsigned SrcAlign = OtherAlign;
3000     Value *DstPtr = &NewAI;
3001     unsigned DstAlign = SliceAlign;
3002     if (!IsDest) {
3003       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
3004       std::swap(SrcAlign, DstAlign);
3005     }
3006
3007     Value *Src;
3008     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
3009       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
3010       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, "vec");
3011     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
3012       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
3013       Src = convertValue(DL, IRB, Src, IntTy);
3014       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
3015       Src = extractInteger(DL, IRB, Src, SubIntTy, Offset, "extract");
3016     } else {
3017       Src =
3018           IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, SrcAlign, II.isVolatile(), "copyload");
3019     }
3020
3021     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
3022       Value *Old =
3023           IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
3024       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, "vec");
3025     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
3026       Value *Old =
3027           IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
3028       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
3029       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
3030       Src = insertInteger(DL, IRB, Old, Src, Offset, "insert");
3031       Src = convertValue(DL, IRB, Src, NewAllocaTy);
3032     }
3033
3034     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
3035         IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, DstAlign, II.isVolatile()));
3036     (void)Store;
3037     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
3038     return !II.isVolatile();
3039   }
3040
3041   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
3042     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3043            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3044     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
3045     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
3046
3047     // Record this instruction for deletion.
3048     Pass.DeadInsts.insert(&II);
3049
3050     ConstantInt *Size =
3051         ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
3052                          NewEndOffset - NewBeginOffset);
3053     Value *Ptr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
3054     Value *New;
3055     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
3056       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
3057     else
3058       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
3059
3060     (void)New;
3061     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
3062     return true;
3063   }
3064
3065   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
3066     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
3067     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "PHIs are unsplittable");
3068     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "PHIs are unsplittable");
3069
3070     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
3071     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
3072     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
3073     // dominate the PHI.
3074     IRBuilderTy PtrBuilder(IRB);
3075     if (isa<PHINode>(OldPtr))
3076       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr->getParent()->getFirstInsertionPt());
3077     else
3078       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr);
3079     PtrBuilder.SetCurrentDebugLocation(OldPtr->getDebugLoc());
3080
3081     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
3082     // Replace the operands which were using the old pointer.
3083     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
3084
3085     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
3086     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
3087
3088     // PHIs can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
3089     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
3090     // fully-rewritten alloca.
3091     PHIUsers.insert(&PN);
3092     return true;
3093   }
3094
3095   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
3096     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
3097     assert((SI.getTrueValue() == OldPtr || SI.getFalseValue() == OldPtr) &&
3098            "Pointer isn't an operand!");
3099     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Selects are unsplittable");
3100     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "Selects are unsplittable");
3101
3102     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
3103     // Replace the operands which were using the old pointer.
3104     if (SI.getOperand(1) == OldPtr)
3105       SI.setOperand(1, NewPtr);
3106     if (SI.getOperand(2) == OldPtr)
3107       SI.setOperand(2, NewPtr);
3108
3109     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
3110     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
3111
3112     // Selects can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
3113     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
3114     // fully-rewritten alloca.
3115     SelectUsers.insert(&SI);
3116     return true;
3117   }
3118 };
3119 }
3120
3121 namespace {
3122 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
3123 ///
3124 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
3125 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
3126 /// with scalar loads and stores.
3127 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
3128   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
3129   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
3130
3131   const DataLayout &DL;
3132
3133   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
3134   SmallVector<Use *, 8> Queue;
3135
3136   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
3137   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
3138
3139   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
3140   /// value (as opposed to the user).
3141   Use *U;
3142
3143 public:
3144   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
3145
3146   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
3147   /// it.
3148   bool rewrite(Instruction &I) {
3149     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
3150     enqueueUsers(I);
3151     bool Changed = false;
3152     while (!Queue.empty()) {
3153       U = Queue.pop_back_val();
3154       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
3155     }
3156     return Changed;
3157   }
3158
3159 private:
3160   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
3161   /// This uses a set to de-duplicate users.
3162   void enqueueUsers(Instruction &I) {
3163     for (Use &U : I.uses())
3164       if (Visited.insert(U.getUser()).second)
3165         Queue.push_back(&U);
3166   }
3167
3168   // Conservative default is to not rewrite anything.
3169   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
3170
3171   /// \brief Generic recursive split emission class.
3172   template <typename Derived> class OpSplitter {
3173   protected:
3174     /// The builder used to form new instructions.
3175     IRBuilderTy IRB;
3176     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
3177     /// appropriate value within the aggregate.
3178     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
3179     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
3180     /// within the aggregate.
3181     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
3182     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
3183     /// split operations.
3184     Value *Ptr;
3185
3186     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
3187     /// single zero GEP index.
3188     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3189         : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
3190
3191   public:
3192     /// \brief Generic recursive split emission routine.
3193     ///
3194     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
3195     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
3196     /// and emits that single value operation via the template argument.
3197     ///
3198     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
3199     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
3200     /// formatted differently (GEPs need actual values).
3201     ///
3202     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
3203     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
3204     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
3205     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3206       if (Ty->isSingleValueType())
3207         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
3208
3209       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3210         unsigned OldSize = Indices.size();
3211         (void)OldSize;
3212         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
3213              ++Idx) {
3214           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3215           Indices.push_back(Idx);
3216           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3217           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3218           GEPIndices.pop_back();
3219           Indices.pop_back();
3220         }
3221         return;
3222       }
3223
3224       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3225         unsigned OldSize = Indices.size();
3226         (void)OldSize;
3227         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
3228              ++Idx) {
3229           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3230           Indices.push_back(Idx);
3231           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3232           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3233           GEPIndices.pop_back();
3234           Indices.pop_back();
3235         }
3236         return;
3237       }
3238
3239       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
3240     }
3241   };
3242
3243   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
3244     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3245         : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
3246
3247     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
3248     /// recursive emission to actually load values.
3249     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3250       assert(Ty->isSingleValueType());
3251       // Load the single value and insert it using the indices.
3252       Value *GEP = IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
3253       Value *Load = IRB.CreateLoad(GEP, Name + ".load");
3254       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
3255       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
3256     }
3257   };
3258
3259   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
3260     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
3261     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
3262       return false;
3263
3264     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
3265     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
3266     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
3267     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
3268     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
3269     LI.replaceAllUsesWith(V);
3270     LI.eraseFromParent();
3271     return true;
3272   }
3273
3274   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
3275     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3276         : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
3277
3278     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
3279     /// recursive emission to actually produce stores.
3280     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3281       assert(Ty->isSingleValueType());
3282       // Extract the single value and store it using the indices.
3283       Value *Store = IRB.CreateStore(
3284           IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
3285           IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
3286       (void)Store;
3287       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
3288     }
3289   };
3290
3291   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
3292     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
3293       return false;
3294     Value *V = SI.getValueOperand();
3295     if (V->getType()->isSingleValueType())
3296       return false;
3297
3298     // We have an aggregate being stored, split it apart.
3299     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
3300     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
3301     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
3302     SI.eraseFromParent();
3303     return true;
3304   }
3305
3306   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
3307     enqueueUsers(BC);
3308     return false;
3309   }
3310
3311   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
3312     enqueueUsers(GEPI);
3313     return false;
3314   }
3315
3316   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
3317     enqueueUsers(PN);
3318     return false;
3319   }
3320
3321   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
3322     enqueueUsers(SI);
3323     return false;
3324   }
3325 };
3326 }
3327
3328 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
3329 ///
3330 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
3331 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
3332 /// size or the allocated size.
3333 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
3334   if (Ty->isSingleValueType())
3335     return Ty;
3336
3337   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
3338   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
3339
3340   Type *InnerTy;
3341   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3342     InnerTy = ArrTy->getElementType();
3343   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3344     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3345     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
3346     InnerTy = STy->getElementType(Index);
3347   } else {
3348     return Ty;
3349   }
3350
3351   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
3352       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
3353     return Ty;
3354
3355   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
3356 }
3357
3358 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
3359 /// offset and size.
3360 ///
3361 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
3362 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
3363 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
3364 /// and the same for structs.
3365 ///
3366 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
3367 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
3368 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
3369 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
3370 /// return a type if necessary.
3371 static Type *getTypePartition(const DataLayout &DL, Type *Ty, uint64_t Offset,
3372                               uint64_t Size) {
3373   if (Offset == 0 && DL.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
3374     return stripAggregateTypeWrapping(DL, Ty);
3375   if (Offset > DL.getTypeAllocSize(Ty) ||
3376       (DL.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
3377     return nullptr;
3378
3379   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
3380     // We can't partition pointers...
3381     if (SeqTy->isPointerTy())
3382       return nullptr;
3383
3384     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
3385     uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3386     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
3387     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy)) {
3388       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
3389         return nullptr;
3390     } else if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy)) {
3391       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
3392         return nullptr;
3393     }
3394     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3395
3396     // First check if we need to recurse.
3397     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3398       // Bail if the partition ends in a different array element.
3399       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3400         return nullptr;
3401       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3402       return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3403     }
3404     assert(Offset == 0);
3405
3406     if (Size == ElementSize)
3407       return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3408     assert(Size > ElementSize);
3409     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3410     if (NumElements * ElementSize != Size)
3411       return nullptr;
3412     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3413   }
3414
3415   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3416   if (!STy)
3417     return nullptr;
3418
3419   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3420   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3421     return nullptr;
3422   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3423   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3424     return nullptr;
3425
3426   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3427   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3428
3429   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3430   uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3431   if (Offset >= ElementSize)
3432     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
3433
3434   // See if any partition must be contained by the element.
3435   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3436     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3437       return nullptr;
3438     return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3439   }
3440   assert(Offset == 0);
3441
3442   if (Size == ElementSize)
3443     return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3444
3445   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3446                                EE = STy->element_end();
3447   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3448     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3449     if (Index == EndIndex)
3450       return nullptr; // Within a single element and its padding.
3451
3452     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3453     // expected size.
3454     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3455     // sub-struct to find a natural end point.
3456     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3457       return nullptr;
3458
3459     assert(Index < EndIndex);
3460     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3461   }
3462
3463   // Try to build up a sub-structure.
3464   StructType *SubTy =
3465       StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE), STy->isPacked());
3466   const StructLayout *SubSL = DL.getStructLayout(SubTy);
3467   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3468     return nullptr; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3469
3470   return SubTy;
3471 }
3472
3473 /// \brief Pre-split loads and stores to simplify rewriting.
3474 ///
3475 /// We want to break up the splittable load+store pairs as much as
3476 /// possible. This is important to do as a preprocessing step, as once we
3477 /// start rewriting the accesses to partitions of the alloca we lose the
3478 /// necessary information to correctly split apart paired loads and stores
3479 /// which both point into this alloca. The case to consider is something like
3480 /// the following:
3481 ///
3482 ///   %a = alloca [12 x i8]
3483 ///   %gep1 = getelementptr [12 x i8]* %a, i32 0, i32 0
3484 ///   %gep2 = getelementptr [12 x i8]* %a, i32 0, i32 4
3485 ///   %gep3 = getelementptr [12 x i8]* %a, i32 0, i32 8
3486 ///   %iptr1 = bitcast i8* %gep1 to i64*
3487 ///   %iptr2 = bitcast i8* %gep2 to i64*
3488 ///   %fptr1 = bitcast i8* %gep1 to float*
3489 ///   %fptr2 = bitcast i8* %gep2 to float*
3490 ///   %fptr3 = bitcast i8* %gep3 to float*
3491 ///   store float 0.0, float* %fptr1
3492 ///   store float 1.0, float* %fptr2
3493 ///   %v = load i64* %iptr1
3494 ///   store i64 %v, i64* %iptr2
3495 ///   %f1 = load float* %fptr2
3496 ///   %f2 = load float* %fptr3
3497 ///
3498 /// Here we want to form 3 partitions of the alloca, each 4 bytes large, and
3499 /// promote everything so we recover the 2 SSA values that should have been
3500 /// there all along.
3501 ///
3502 /// \returns true if any changes are made.
3503 bool SROA::presplitLoadsAndStores(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS) {
3504   DEBUG(dbgs() << "Pre-splitting loads and stores\n");
3505
3506   // Track the loads and stores which are candidates for pre-splitting here, in
3507   // the order they first appear during the partition scan. These give stable
3508   // iteration order and a basis for tracking which loads and stores we
3509   // actually split.
3510   SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
3511   SmallVector<StoreInst *, 4> Stores;
3512
3513   // We need to accumulate the splits required of each load or store where we
3514   // can find them via a direct lookup. This is important to cross-check loads
3515   // and stores against each other. We also track the slice so that we can kill
3516   // all the slices that end up split.
3517   struct SplitOffsets {
3518     Slice *S;
3519     std::vector<uint64_t> Splits;
3520   };
3521   SmallDenseMap<Instruction *, SplitOffsets, 8> SplitOffsetsMap;
3522
3523   DEBUG(dbgs() << "  Searching for candidate loads and stores\n");
3524   for (auto &P : AS.partitions()) {
3525     for (Slice &S : P) {
3526       if (!S.isSplittable())
3527         continue;
3528       if (S.endOffset() <= P.endOffset())
3529         continue;
3530       assert(P.endOffset() > S.beginOffset() &&
3531              "Empty or backwards partition!");
3532
3533       // Determine if this is a pre-splittable slice.
3534       Instruction *I = cast<Instruction>(S.getUse()->getUser());
3535       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3536         assert(!LI->isVolatile() && "Cannot split volatile loads!");
3537
3538         // The load must be used exclusively to store into other pointers for
3539         // us to be able to arbitrarily pre-split it. The stores must also be
3540         // simple to avoid changing semantics.
3541         auto IsLoadSimplyStored = [](LoadInst *LI) {
3542           for (User *LU : LI->users()) {
3543             auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(LU);
3544             if (!SI || !SI->isSimple())
3545               return false;
3546           }
3547           return true;
3548         };
3549         if (!IsLoadSimplyStored(LI))
3550           continue;
3551
3552         Loads.push_back(LI);
3553       } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(S.getUse()->getUser())) {
3554         if (!SI ||
3555             S.getUse() != &SI->getOperandUse(SI->getPointerOperandIndex()))
3556           continue;
3557         auto *StoredLoad = dyn_cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3558         if (!StoredLoad || !StoredLoad->isSimple())
3559           continue;
3560         assert(!SI->isVolatile() && "Cannot split volatile stores!");
3561
3562         Stores.push_back(SI);
3563       } else {
3564         // Other uses cannot be pre-split.
3565         continue;
3566       }
3567
3568       // Record the initial split.
3569       DEBUG(dbgs() << "    Candidate: " << *I << "\n");
3570       auto &Offsets = SplitOffsetsMap[I];
3571       assert(Offsets.Splits.empty() &&
3572              "Should not have splits the first time we see an instruction!");
3573       Offsets.S = &S;
3574       Offsets.Splits.push_back(P.endOffset());
3575     }
3576
3577     // Now scan the already split slices, and add a split for any of them which
3578     // we're going to pre-split.
3579     for (Slice *S : P.splitSliceTails()) {
3580       auto SplitOffsetsMapI =
3581           SplitOffsetsMap.find(cast<Instruction>(S->getUse()->getUser()));
3582       if (SplitOffsetsMapI == SplitOffsetsMap.end())
3583         continue;
3584       auto &Offsets = SplitOffsetsMapI->second;
3585
3586       assert(Offsets.S == S && "Found a mismatched slice!");
3587       assert(!Offsets.Splits.empty() &&
3588              "Cannot have an empty set of splits on the second partition!");
3589       assert(Offsets.Splits.back() == P.beginOffset() &&
3590              "Previous split does not end where this one begins!");
3591
3592       // Record each split. The last partition's end isn't needed as the size
3593       // of the slice dictates that.
3594       if (S->endOffset() > P.endOffset())
3595         Offsets.Splits.push_back(P.endOffset());
3596     }
3597   }
3598
3599   // We may have split loads where some of their stores are split stores. For
3600   // such loads and stores, we can only pre-split them if their splits exactly
3601   // match relative to their starting offset. We have to verify this prior to
3602   // any rewriting.
3603   SmallPtrSet<LoadInst *, 4> BadSplitLoads;
3604   Stores.erase(
3605       std::remove_if(Stores.begin(), Stores.end(),
3606                      [&BadSplitLoads, &SplitOffsetsMap](StoreInst *SI) {
3607                        // Lookup the load we are storing in our map of split
3608                        // offsets.
3609                        auto *LI = cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3610                        auto LoadOffsetsI = SplitOffsetsMap.find(LI);
3611                        if (LoadOffsetsI == SplitOffsetsMap.end())
3612                          return false; // Unrelated loads are always safe.
3613                        auto &LoadOffsets = LoadOffsetsI->second;
3614
3615                        // Now lookup the store's offsets.
3616                        auto &StoreOffsets = SplitOffsetsMap[SI];
3617
3618                        // If the relative offsets of each split in the load and
3619                        // store match exactly, then we can split them and we
3620                        // don't need to remove them here.
3621                        if (LoadOffsets.Splits == StoreOffsets.Splits)
3622                          return false;
3623
3624                        DEBUG(dbgs()
3625                              << "    Mismatched splits for load and store:\n"
3626                              << "      " << *LI << "\n"
3627                              << "      " << *SI << "\n");
3628
3629                        // We've found a store and load that we need to split
3630                        // with mismatched relative splits. Just give up on them
3631                        // and remove both instructions from our list of
3632                        // candidates.
3633                        BadSplitLoads.insert(LI);
3634                        return true;
3635                      }),
3636       Stores.end());
3637   Loads.erase(std::remove_if(Loads.begin(), Loads.end(),
3638                              [&BadSplitLoads](LoadInst *LI) {
3639                                return BadSplitLoads.count(LI);
3640                              }),
3641               Loads.end());
3642
3643   // If no loads or stores are left, there is no pre-splitting to be done for
3644   // this alloca.
3645   if (Loads.empty() && Stores.empty())
3646     return false;
3647
3648   // From here on, we can't fail and will be building new accesses, so rig up
3649   // an IR builder.
3650   IRBuilderTy IRB(&AI);
3651
3652   // Collect the new slices which we will merge into the alloca slices.
3653   SmallVector<Slice, 4> NewSlices;
3654
3655   // Track any allocas we end up splitting loads and stores for so we iterate
3656   // on them.
3657   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> ResplitPromotableAllocas;
3658
3659   // At this point, we have collected all of the loads and stores we can
3660   // pre-split, and the specific splits needed for them. We actually do the
3661   // splitting in a specific order in order to handle when one of the loads in
3662   // the value operand to one of the stores.
3663   //
3664   // First, we rewrite all of the split loads, and just accumulate each split
3665   // load in a parallel structure. We also build the slices for them and append
3666   // them to the alloca slices.
3667   SmallDenseMap<LoadInst *, std::vector<LoadInst *>, 1> SplitLoadsMap;
3668   std::vector<LoadInst *> SplitLoads;
3669   for (LoadInst *LI : Loads) {
3670     SplitLoads.clear();
3671
3672     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(LI->getType());
3673     uint64_t LoadSize = Ty->getBitWidth() / 8;
3674     assert(LoadSize > 0 && "Cannot have a zero-sized integer load!");
3675
3676     auto &Offsets = SplitOffsetsMap[LI];
3677     assert(LoadSize == Offsets.S->endOffset() - Offsets.S->beginOffset() &&
3678            "Slice size should always match load size exactly!");
3679     uint64_t BaseOffset = Offsets.S->beginOffset();
3680     assert(BaseOffset + LoadSize > BaseOffset &&
3681            "Cannot represent alloca access size using 64-bit integers!");
3682
3683     Instruction *BasePtr = cast<Instruction>(LI->getPointerOperand());
3684     IRB.SetInsertPoint(BasicBlock::iterator(LI));
3685
3686     DEBUG(dbgs() << "  Splitting load: " << *LI << "\n");
3687
3688     uint64_t PartOffset = 0, PartSize = Offsets.Splits.front();
3689     int Idx = 0, Size = Offsets.Splits.size();
3690     for (;;) {
3691       auto *PartTy = Type::getIntNTy(Ty->getContext(), PartSize * 8);
3692       auto *PartPtrTy = PartTy->getPointerTo(LI->getPointerAddressSpace());
3693       LoadInst *PLoad = IRB.CreateAlignedLoad(
3694           getAdjustedPtr(IRB, *DL, BasePtr,
3695                          APInt(DL->getPointerSizeInBits(), PartOffset),
3696                          PartPtrTy, BasePtr->getName() + "."),
3697           getAdjustedAlignment(LI, PartOffset, *DL), /*IsVolatile*/ false,
3698           LI->getName());
3699
3700       // Append this load onto the list of split loads so we can find it later
3701       // to rewrite the stores.
3702       SplitLoads.push_back(PLoad);
3703
3704       // Now build a new slice for the alloca.
3705       NewSlices.push_back(
3706           Slice(BaseOffset + PartOffset, BaseOffset + PartOffset + PartSize,
3707                 &PLoad->getOperandUse(PLoad->getPointerOperandIndex()),
3708                 /*IsSplittable*/ true));
3709       DEBUG(dbgs() << "    new slice [" << NewSlices.back().beginOffset()
3710                    << ", " << NewSlices.back().endOffset() << "): " << *PLoad
3711                    << "\n");
3712
3713       // See if we've handled all the splits.
3714       if (Idx >= Size)
3715         break;
3716
3717       // Setup the next partition.
3718       PartOffset = Offsets.Splits[Idx];
3719       ++Idx;
3720       PartSize = (Idx < Size ? Offsets.Splits[Idx] : LoadSize) - PartOffset;
3721     }
3722
3723     // Now that we have the split loads, do the slow walk over all uses of the
3724     // load and rewrite them as split stores, or save the split loads to use
3725     // below if the store is going to be split there anyways.
3726     bool DeferredStores = false;
3727     for (User *LU : LI->users()) {
3728       StoreInst *SI = cast<StoreInst>(LU);
3729       if (!Stores.empty() && SplitOffsetsMap.count(SI)) {
3730         DeferredStores = true;
3731         DEBUG(dbgs() << "    Deferred splitting of store: " << *SI << "\n");
3732         continue;
3733       }
3734
3735       Value *StoreBasePtr = SI->getPointerOperand();
3736       IRB.SetInsertPoint(BasicBlock::iterator(SI));
3737
3738       DEBUG(dbgs() << "    Splitting store of load: " << *SI << "\n");
3739
3740       for (int Idx = 0, Size = SplitLoads.size(); Idx < Size; ++Idx) {
3741         LoadInst *PLoad = SplitLoads[Idx];
3742         uint64_t PartOffset = Idx == 0 ? 0 : Offsets.Splits[Idx - 1];
3743         auto *PartPtrTy =
3744             PLoad->getType()->getPointerTo(SI->getPointerAddressSpace());
3745
3746         StoreInst *PStore = IRB.CreateAlignedStore(
3747             PLoad, getAdjustedPtr(IRB, *DL, StoreBasePtr,
3748                                   APInt(DL->getPointerSizeInBits(), PartOffset),
3749                                   PartPtrTy, StoreBasePtr->getName() + "."),
3750             getAdjustedAlignment(SI, PartOffset, *DL), /*IsVolatile*/ false);
3751         (void)PStore;
3752         DEBUG(dbgs() << "      +" << PartOffset << ":" << *PStore << "\n");
3753       }
3754
3755       // We want to immediately iterate on any allocas impacted by splitting
3756       // this store, and we have to track any promotable alloca (indicated by
3757       // a direct store) as needing to be resplit because it is no longer
3758       // promotable.
3759       if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(StoreBasePtr)) {
3760         ResplitPromotableAllocas.insert(OtherAI);
3761         Worklist.insert(OtherAI);
3762       } else if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(
3763                      StoreBasePtr->stripInBoundsOffsets())) {
3764         Worklist.insert(OtherAI);
3765       }
3766
3767       // Mark the original store as dead.
3768       DeadInsts.insert(SI);
3769     }
3770
3771     // Save the split loads if there are deferred stores among the users.
3772     if (DeferredStores)
3773       SplitLoadsMap.insert(std::make_pair(LI, std::move(SplitLoads)));
3774
3775     // Mark the original load as dead and kill the original slice.
3776     DeadInsts.insert(LI);
3777     Offsets.S->kill();
3778   }
3779
3780   // Second, we rewrite all of the split stores. At this point, we know that
3781   // all loads from this alloca have been split already. For stores of such
3782   // loads, we can simply look up the pre-existing split loads. For stores of
3783   // other loads, we split those loads first and then write split stores of
3784   // them.
3785   for (StoreInst *SI : Stores) {
3786     auto *LI = cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3787     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(LI->getType());
3788     uint64_t StoreSize = Ty->getBitWidth() / 8;
3789     assert(StoreSize > 0 && "Cannot have a zero-sized integer store!");
3790
3791     auto &Offsets = SplitOffsetsMap[SI];
3792     assert(StoreSize == Offsets.S->endOffset() - Offsets.S->beginOffset() &&
3793            "Slice size should always match load size exactly!");
3794     uint64_t BaseOffset = Offsets.S->beginOffset();
3795     assert(BaseOffset + StoreSize > BaseOffset &&
3796            "Cannot represent alloca access size using 64-bit integers!");
3797
3798     Value *LoadBasePtr = LI->getPointerOperand();
3799     Instruction *StoreBasePtr = cast<Instruction>(SI->getPointerOperand());
3800
3801     DEBUG(dbgs() << "  Splitting store: " << *SI << "\n");
3802
3803     // Check whether we have an already split load.
3804     auto SplitLoadsMapI = SplitLoadsMap.find(LI);
3805     std::vector<LoadInst *> *SplitLoads = nullptr;
3806     if (SplitLoadsMapI != SplitLoadsMap.end()) {
3807       SplitLoads = &SplitLoadsMapI->second;
3808       assert(SplitLoads->size() == Offsets.Splits.size() + 1 &&
3809              "Too few split loads for the number of splits in the store!");
3810     } else {
3811       DEBUG(dbgs() << "          of load: " << *LI << "\n");
3812     }
3813
3814     uint64_t PartOffset = 0, PartSize = Offsets.Splits.front();
3815     int Idx = 0, Size = Offsets.Splits.size();
3816     for (;;) {
3817       auto *PartTy = Type::getIntNTy(Ty->getContext(), PartSize * 8);
3818       auto *PartPtrTy = PartTy->getPointerTo(SI->getPointerAddressSpace());
3819
3820       // Either lookup a split load or create one.
3821       LoadInst *PLoad;
3822       if (SplitLoads) {
3823         PLoad = (*SplitLoads)[Idx];
3824       } else {
3825         IRB.SetInsertPoint(BasicBlock::iterator(LI));
3826         PLoad = IRB.CreateAlignedLoad(
3827             getAdjustedPtr(IRB, *DL, LoadBasePtr,
3828                            APInt(DL->getPointerSizeInBits(), PartOffset),
3829                            PartPtrTy, LoadBasePtr->getName() + "."),
3830             getAdjustedAlignment(LI, PartOffset, *DL), /*IsVolatile*/ false,
3831             LI->getName());
3832       }
3833
3834       // And store this partition.
3835       IRB.SetInsertPoint(BasicBlock::iterator(SI));
3836       StoreInst *PStore = IRB.CreateAlignedStore(
3837           PLoad, getAdjustedPtr(IRB, *DL, StoreBasePtr,
3838                                 APInt(DL->getPointerSizeInBits(), PartOffset),
3839                                 PartPtrTy, StoreBasePtr->getName() + "."),
3840           getAdjustedAlignment(SI, PartOffset, *DL), /*IsVolatile*/ false);
3841
3842       // Now build a new slice for the alloca.
3843       NewSlices.push_back(
3844           Slice(BaseOffset + PartOffset, BaseOffset + PartOffset + PartSize,
3845                 &PStore->getOperandUse(PStore->getPointerOperandIndex()),
3846                 /*IsSplittable*/ true));
3847       DEBUG(dbgs() << "    new slice [" << NewSlices.back().beginOffset()
3848                    << ", " << NewSlices.back().endOffset() << "): " << *PStore
3849                    << "\n");
3850       if (!SplitLoads) {
3851         DEBUG(dbgs() << "      of split load: " << *PLoad << "\n");
3852       }
3853
3854       // See if we've finished all the splits.
3855       if (Idx >= Size)
3856         break;
3857
3858       // Setup the next partition.
3859       PartOffset = Offsets.Splits[Idx];
3860       ++Idx;
3861       PartSize = (Idx < Size ? Offsets.Splits[Idx] : StoreSize) - PartOffset;
3862     }
3863
3864     // We want to immediately iterate on any allocas impacted by splitting
3865     // this load, which is only relevant if it isn't a load of this alloca and
3866     // thus we didn't already split the loads above. We also have to keep track
3867     // of any promotable allocas we split loads on as they can no longer be
3868     // promoted.
3869     if (!SplitLoads) {
3870       if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(LoadBasePtr)) {
3871         assert(OtherAI != &AI && "We can't re-split our own alloca!");
3872         ResplitPromotableAllocas.insert(OtherAI);
3873         Worklist.insert(OtherAI);
3874       } else if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(
3875                      LoadBasePtr->stripInBoundsOffsets())) {
3876         assert(OtherAI != &AI && "We can't re-split our own alloca!");
3877         Worklist.insert(OtherAI);
3878       }
3879     }
3880
3881     // Mark the original store as dead now that we've split it up and kill its
3882     // slice. Note that we leave the original load in place. It may in turn be
3883     // split up if it is an alloca load for some other alloca, but it may be
3884     // a normal load. This may introduce redundant loads, but where those can
3885     // be merged the rest of the optimizer should handle the merging, and this
3886     // uncovers SSA splits which is more important. In practice, the original
3887     // loads will almost always be fully split and removed eventually, and the
3888     // splits will be merged by any trivial CSE, including instcombine.
3889     DeadInsts.insert(SI);
3890     Offsets.S->kill();
3891   }
3892
3893   // Now we need to remove the killed slices, sort the newly added slices, and
3894   // merge the two sorted ranges of slices so that the entire range is sorted
3895   // properly for us to re-compute the partitions.
3896   AS.erase(std::remove_if(AS.begin(), AS.end(), [](const Slice &S) {
3897     return S.isDead();
3898   }), AS.end());
3899
3900   AS.insert(NewSlices);
3901
3902   DEBUG(dbgs() << "  Pre-split slices:\n");
3903 #ifndef NDEBUG
3904   for (auto I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
3905     DEBUG(AS.print(dbgs(), I, "    "));
3906 #endif
3907
3908   // Finally, don't try to promote any allocas that new require re-splitting.
3909   // They have already been added to the worklist above.
3910   PromotableAllocas.erase(
3911       std::remove_if(
3912           PromotableAllocas.begin(), PromotableAllocas.end(),
3913           [&](AllocaInst *AI) { return ResplitPromotableAllocas.count(AI); }),
3914       PromotableAllocas.end());
3915
3916   return true;
3917 }
3918
3919 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3920 ///
3921 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3922 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3923 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3924 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3925 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3926 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3927 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3928 /// promoted.
3929 bool SROA::rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS,
3930                             AllocaSlices::Partition &P) {
3931   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3932   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3933   // or an i8 array of an appropriate size.
3934   Type *SliceTy = nullptr;
3935   if (Type *CommonUseTy = findCommonType(P.begin(), P.end(), P.endOffset()))
3936     if (DL->getTypeAllocSize(CommonUseTy) >= P.size())
3937       SliceTy = CommonUseTy;
3938   if (!SliceTy)
3939     if (Type *TypePartitionTy = getTypePartition(*DL, AI.getAllocatedType(),
3940                                                  P.beginOffset(), P.size()))
3941       SliceTy = TypePartitionTy;
3942   if ((!SliceTy || (SliceTy->isArrayTy() &&
3943                     SliceTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3944       DL->isLegalInteger(P.size() * 8))
3945     SliceTy = Type::getIntNTy(*C, P.size() * 8);
3946   if (!SliceTy)
3947     SliceTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), P.size());
3948   assert(DL->getTypeAllocSize(SliceTy) >= P.size());
3949
3950   bool IsIntegerPromotable = isIntegerWideningViable(P, SliceTy, *DL);
3951
3952   VectorType *VecTy =
3953       IsIntegerPromotable ? nullptr : isVectorPromotionViable(P, *DL);
3954   if (VecTy)
3955     SliceTy = VecTy;
3956
3957   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3958   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3959   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3960   // perform phi and select speculation.
3961   AllocaInst *NewAI;
3962   if (SliceTy == AI.getAllocatedType()) {
3963     assert(P.beginOffset() == 0 &&
3964            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3965     NewAI = &AI;
3966     // FIXME: We should be able to bail at this point with "nothing changed".
3967     // FIXME: We might want to defer PHI speculation until after here.
3968   } else {
3969     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3970     if (!Alignment) {
3971       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3972       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3973       // type.
3974       Alignment = DL->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3975     }
3976     Alignment = MinAlign(Alignment, P.beginOffset());
3977     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3978     // the alloca's alignment unconstrained.
3979     if (Alignment <= DL->getABITypeAlignment(SliceTy))
3980       Alignment = 0;
3981     NewAI = new AllocaInst(
3982         SliceTy, nullptr, Alignment,
3983         AI.getName() + ".sroa." + Twine(P.begin() - AS.begin()), &AI);
3984     ++NumNewAllocas;
3985   }
3986
3987   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3988                << "[" << P.beginOffset() << "," << P.endOffset()
3989                << ") to: " << *NewAI << "\n");
3990
3991   // Track the high watermark on the worklist as it is only relevant for
3992   // promoted allocas. We will reset it to this point if the alloca is not in
3993   // fact scheduled for promotion.
3994   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3995   unsigned NumUses = 0;
3996   SmallPtrSet<PHINode *, 8> PHIUsers;
3997   SmallPtrSet<SelectInst *, 8> SelectUsers;
3998
3999   AllocaSliceRewriter Rewriter(*DL, AS, *this, AI, *NewAI, P.beginOffset(),
4000                                P.endOffset(), IsIntegerPromotable, VecTy,
4001                                PHIUsers, SelectUsers);
4002   bool Promotable = true;
4003   for (Slice *S : P.splitSliceTails()) {
4004     Promotable &= Rewriter.visit(S);
4005     ++NumUses;
4006   }
4007   for (Slice &S : P) {
4008     Promotable &= Rewriter.visit(&S);
4009     ++NumUses;
4010   }
4011
4012   NumAllocaPartitionUses += NumUses;
4013   MaxUsesPerAllocaPartition =
4014       std::max<unsigned>(NumUses, MaxUsesPerAllocaPartition);
4015
4016   // Now that we've processed all the slices in the new partition, check if any
4017   // PHIs or Selects would block promotion.
4018   for (SmallPtrSetImpl<PHINode *>::iterator I = PHIUsers.begin(),
4019                                             E = PHIUsers.end();
4020        I != E; ++I)
4021     if (!isSafePHIToSpeculate(**I, DL)) {
4022       Promotable = false;
4023       PHIUsers.clear();
4024       SelectUsers.clear();
4025       break;
4026     }
4027   for (SmallPtrSetImpl<SelectInst *>::iterator I = SelectUsers.begin(),
4028                                                E = SelectUsers.end();
4029        I != E; ++I)
4030     if (!isSafeSelectToSpeculate(**I, DL)) {
4031       Promotable = false;
4032       PHIUsers.clear();
4033       SelectUsers.clear();
4034       break;
4035     }
4036
4037   if (Promotable) {
4038     if (PHIUsers.empty() && SelectUsers.empty()) {
4039       // Promote the alloca.
4040       PromotableAllocas.push_back(NewAI);
4041     } else {
4042       // If we have either PHIs or Selects to speculate, add them to those
4043       // worklists and re-queue the new alloca so that we promote in on the
4044       // next iteration.
4045       for (PHINode *PHIUser : PHIUsers)
4046         SpeculatablePHIs.insert(PHIUser);
4047       for (SelectInst *SelectUser : SelectUsers)
4048         SpeculatableSelects.insert(SelectUser);
4049       Worklist.insert(NewAI);
4050     }
4051   } else {
4052     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
4053     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
4054     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
4055     if (NewAI != &AI)
4056       Worklist.insert(NewAI);
4057
4058     // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
4059     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
4060       PostPromotionWorklist.pop_back();
4061   }
4062
4063   return true;
4064 }
4065
4066 /// \brief Walks the slices of an alloca and form partitions based on them,
4067 /// rewriting each of their uses.
4068 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS) {
4069   if (AS.begin() == AS.end())
4070     return false;
4071
4072   unsigned NumPartitions = 0;
4073   bool Changed = false;
4074
4075   Changed |= presplitLoadsAndStores(AI, AS);
4076
4077   // Rewrite each partition.
4078   for (auto &P : AS.partitions()) {
4079     Changed |= rewritePartition(AI, AS, P);
4080     ++NumPartitions;
4081   }
4082
4083   NumAllocaPartitions += NumPartitions;
4084   MaxPartitionsPerAlloca =
4085       std::max<unsigned>(NumPartitions, MaxPartitionsPerAlloca);
4086
4087   return Changed;
4088 }
4089
4090 /// \brief Clobber a use with undef, deleting the used value if it becomes dead.
4091 void SROA::clobberUse(Use &U) {
4092   Value *OldV = U;
4093   // Replace the use with an undef value.
4094   U = UndefValue::get(OldV->getType());
4095
4096   // Check for this making an instruction dead. We have to garbage collect
4097   // all the dead instructions to ensure the uses of any alloca end up being
4098   // minimal.
4099   if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
4100     if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
4101       DeadInsts.insert(OldI);
4102     }
4103 }
4104
4105 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
4106 ///
4107 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
4108 /// the slices of the alloca, and then hands it off to be split and
4109 /// rewritten as needed.
4110 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
4111   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
4112   ++NumAllocasAnalyzed;
4113
4114   // Special case dead allocas, as they're trivial.
4115   if (AI.use_empty()) {
4116     AI.eraseFromParent();
4117     return true;
4118   }
4119
4120   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
4121   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
4122       DL->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
4123     return false;
4124
4125   bool Changed = false;
4126
4127   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
4128   // better splitting and promotion opportunities.
4129   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*DL);
4130   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
4131
4132   // Build the slices using a recursive instruction-visiting builder.
4133   AllocaSlices AS(*DL, AI);
4134   DEBUG(AS.print(dbgs()));
4135   if (AS.isEscaped())
4136     return Changed;
4137
4138   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
4139   for (Instruction *DeadUser : AS.getDeadUsers()) {
4140     // Free up everything used by this instruction.
4141     for (Use &DeadOp : DeadUser->operands())
4142       clobberUse(DeadOp);
4143
4144     // Now replace the uses of this instruction.
4145     DeadUser->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(DeadUser->getType()));
4146
4147     // And mark it for deletion.
4148     DeadInsts.insert(DeadUser);
4149     Changed = true;
4150   }
4151   for (Use *DeadOp : AS.getDeadOperands()) {
4152     clobberUse(*DeadOp);
4153     Changed = true;
4154   }
4155
4156   // No slices to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
4157   if (AS.begin() == AS.end())
4158     return Changed;
4159
4160   Changed |= splitAlloca(AI, AS);
4161
4162   DEBUG(dbgs() << "  Speculating PHIs\n");
4163   while (!SpeculatablePHIs.empty())
4164     speculatePHINodeLoads(*SpeculatablePHIs.pop_back_val());
4165
4166   DEBUG(dbgs() << "  Speculating Selects\n");
4167   while (!SpeculatableSelects.empty())
4168     speculateSelectInstLoads(*SpeculatableSelects.pop_back_val());
4169
4170   return Changed;
4171 }
4172
4173 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
4174 ///
4175 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
4176 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
4177 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
4178 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
4179 ///
4180 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
4181 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
4182 void SROA::deleteDeadInstructions(
4183     SmallPtrSetImpl<AllocaInst *> &DeletedAllocas) {
4184   while (!DeadInsts.empty()) {
4185     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
4186     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
4187
4188     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
4189
4190     for (Use &Operand : I->operands())
4191       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Operand)) {
4192         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
4193         Operand = nullptr;
4194         if (isInstructionTriviallyDead(U))
4195           DeadInsts.insert(U);
4196       }
4197
4198     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
4199       DeletedAllocas.insert(AI);
4200
4201     ++NumDeleted;
4202     I->eraseFromParent();
4203   }
4204 }
4205
4206 static void enqueueUsersInWorklist(Instruction &I,
4207                                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist,
4208                                    SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Visited) {
4209   for (User *U : I.users())
4210     if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)).second)
4211       Worklist.push_back(cast<Instruction>(U));
4212 }
4213
4214 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
4215 ///
4216 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
4217 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
4218 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
4219 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
4220 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
4221 /// promotion occurred.
4222 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
4223   if (PromotableAllocas.empty())
4224     return false;
4225
4226   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
4227
4228   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
4229     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
4230     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT, nullptr, AT);
4231     PromotableAllocas.clear();
4232     return true;
4233   }
4234
4235   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
4236   SSAUpdater SSA;
4237   DIBuilder DIB(*F.getParent(), /*AllowUnresolved*/ false);
4238   SmallVector<Instruction *, 64> Insts;
4239
4240   // We need a worklist to walk the uses of each alloca.
4241   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
4242   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4243   SmallVector<Instruction *, 32> DeadInsts;
4244
4245   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
4246     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
4247     Insts.clear();
4248     Worklist.clear();
4249     Visited.clear();
4250
4251     enqueueUsersInWorklist(*AI, Worklist, Visited);
4252
4253     while (!Worklist.empty()) {
4254       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
4255
4256       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
4257       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
4258       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
4259       // scalar values produced.
4260       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
4261         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
4262                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
4263         II->eraseFromParent();
4264         continue;
4265       }
4266
4267       // Push the loads and stores we find onto the list. SROA will already
4268       // have validated that all loads and stores are viable candidates for
4269       // promotion.
4270       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
4271         assert(LI->getType() == AI->getAllocatedType());
4272         Insts.push_back(LI);
4273         continue;
4274       }
4275       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
4276         assert(SI->getValueOperand()->getType() == AI->getAllocatedType());
4277         Insts.push_back(SI);
4278         continue;
4279       }
4280
4281       // For everything else, we know that only no-op bitcasts and GEPs will
4282       // make it this far, just recurse through them and recall them for later
4283       // removal.
4284       DeadInsts.push_back(I);
4285       enqueueUsersInWorklist(*I, Worklist, Visited);
4286     }
4287     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
4288     while (!DeadInsts.empty())
4289       DeadInsts.pop_back_val()->eraseFromParent();
4290     AI->eraseFromParent();
4291   }
4292
4293   PromotableAllocas.clear();
4294   return true;
4295 }
4296
4297 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
4298   if (skipOptnoneFunction(F))
4299     return false;
4300
4301   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
4302   C = &F.getContext();
4303   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
4304   if (!DLP) {
4305     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
4306     return false;
4307   }
4308   DL = &DLP->getDataLayout();
4309   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
4310       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
4311   DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
4312   AT = &getAnalysis<AssumptionTracker>();
4313
4314   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
4315   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = std::prev(EntryBB.end());
4316        I != E; ++I)
4317     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
4318       Worklist.insert(AI);
4319
4320   bool Changed = false;
4321   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
4322   // the list of promotable allocas.
4323   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
4324
4325   do {
4326     while (!Worklist.empty()) {
4327       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
4328       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
4329
4330       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
4331       // continue processing them.
4332       if (!DeletedAllocas.empty()) {
4333         auto IsInSet = [&](AllocaInst *AI) { return DeletedAllocas.count(AI); };
4334         Worklist.remove_if(IsInSet);
4335         PostPromotionWorklist.remove_if(IsInSet);
4336         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
4337                                                PromotableAllocas.end(),
4338                                                IsInSet),
4339                                 PromotableAllocas.end());
4340         DeletedAllocas.clear();
4341       }
4342     }
4343
4344     Changed |= promoteAllocas(F);
4345
4346     Worklist = PostPromotionWorklist;
4347     PostPromotionWorklist.clear();
4348   } while (!Worklist.empty());
4349
4350   return Changed;
4351 }
4352
4353 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
4354   AU.addRequired<AssumptionTracker>();
4355   if (RequiresDomTree)
4356     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
4357   AU.setPreservesCFG();
4358 }