Fix a warning in release builds and a test case I forgot to update with
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / SROA.cpp
1 //===- SROA.cpp - Scalar Replacement Of Aggregates ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This transformation implements the well known scalar replacement of
11 /// aggregates transformation. It tries to identify promotable elements of an
12 /// aggregate alloca, and promote them to registers. It will also try to
13 /// convert uses of an element (or set of elements) of an alloca into a vector
14 /// or bitfield-style integer scalar if appropriate.
15 ///
16 /// It works to do this with minimal slicing of the alloca so that regions
17 /// which are merely transferred in and out of external memory remain unchanged
18 /// and are not decomposed to scalar code.
19 ///
20 /// Because this also performs alloca promotion, it can be thought of as also
21 /// serving the purpose of SSA formation. The algorithm iterates on the
22 /// function until all opportunities for promotion have been realized.
23 ///
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25
26 #define DEBUG_TYPE "sroa"
27 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
28 #include "llvm/Constants.h"
29 #include "llvm/DIBuilder.h"
30 #include "llvm/DebugInfo.h"
31 #include "llvm/DerivedTypes.h"
32 #include "llvm/Function.h"
33 #include "llvm/GlobalVariable.h"
34 #include "llvm/IRBuilder.h"
35 #include "llvm/Instructions.h"
36 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
37 #include "llvm/LLVMContext.h"
38 #include "llvm/Module.h"
39 #include "llvm/Operator.h"
40 #include "llvm/Pass.h"
41 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
42 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
43 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
44 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
45 #include "llvm/ADT/TinyPtrVector.h"
46 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
47 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
48 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
49 #include "llvm/Support/CallSite.h"
50 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
51 #include "llvm/Support/Debug.h"
52 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
53 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
54 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
55 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
56 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
57 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
58 #include "llvm/Target/TargetData.h"
59 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
60 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
61 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
62 using namespace llvm;
63
64 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
65 STATISTIC(NumNewAllocas,      "Number of new, smaller allocas introduced");
66 STATISTIC(NumPromoted,        "Number of allocas promoted to SSA values");
67 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
68 STATISTIC(NumDeleted,         "Number of instructions deleted");
69 STATISTIC(NumVectorized,      "Number of vectorized aggregates");
70
71 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
72 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
73 static cl::opt<bool>
74 ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false), cl::Hidden);
75
76 namespace {
77 /// \brief Alloca partitioning representation.
78 ///
79 /// This class represents a partitioning of an alloca into slices, and
80 /// information about the nature of uses of each slice of the alloca. The goal
81 /// is that this information is sufficient to decide if and how to split the
82 /// alloca apart and replace slices with scalars. It is also intended that this
83 /// structure can capture the relevant information needed both to decide about
84 /// and to enact these transformations.
85 class AllocaPartitioning {
86 public:
87   /// \brief A common base class for representing a half-open byte range.
88   struct ByteRange {
89     /// \brief The beginning offset of the range.
90     uint64_t BeginOffset;
91
92     /// \brief The ending offset, not included in the range.
93     uint64_t EndOffset;
94
95     ByteRange() : BeginOffset(), EndOffset() {}
96     ByteRange(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset)
97         : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset) {}
98
99     /// \brief Support for ordering ranges.
100     ///
101     /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
102     /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
103     /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
104     /// same start position.
105     bool operator<(const ByteRange &RHS) const {
106       if (BeginOffset < RHS.BeginOffset) return true;
107       if (BeginOffset > RHS.BeginOffset) return false;
108       if (EndOffset > RHS.EndOffset) return true;
109       return false;
110     }
111
112     /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
113     friend bool operator<(const ByteRange &LHS, uint64_t RHSOffset) {
114       return LHS.BeginOffset < RHSOffset;
115     }
116
117     friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
118                                                 const ByteRange &RHS) {
119       return LHSOffset < RHS.BeginOffset;
120     }
121
122     bool operator==(const ByteRange &RHS) const {
123       return BeginOffset == RHS.BeginOffset && EndOffset == RHS.EndOffset;
124     }
125     bool operator!=(const ByteRange &RHS) const { return !operator==(RHS); }
126   };
127
128   /// \brief A partition of an alloca.
129   ///
130   /// This structure represents a contiguous partition of the alloca. These are
131   /// formed by examining the uses of the alloca. During formation, they may
132   /// overlap but once an AllocaPartitioning is built, the Partitions within it
133   /// are all disjoint.
134   struct Partition : public ByteRange {
135     /// \brief Whether this partition is splittable into smaller partitions.
136     ///
137     /// We flag partitions as splittable when they are formed entirely due to
138     /// accesses by trivially splittable operations such as memset and memcpy.
139     ///
140     /// FIXME: At some point we should consider loads and stores of FCAs to be
141     /// splittable and eagerly split them into scalar values.
142     bool IsSplittable;
143
144     Partition() : ByteRange(), IsSplittable() {}
145     Partition(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, bool IsSplittable)
146         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), IsSplittable(IsSplittable) {}
147   };
148
149   /// \brief A particular use of a partition of the alloca.
150   ///
151   /// This structure is used to associate uses of a partition with it. They
152   /// mark the range of bytes which are referenced by a particular instruction,
153   /// and includes a handle to the user itself and the pointer value in use.
154   /// The bounds of these uses are determined by intersecting the bounds of the
155   /// memory use itself with a particular partition. As a consequence there is
156   /// intentionally overlap between various uses of the same partition.
157   struct PartitionUse : public ByteRange {
158     /// \brief The user of this range of the alloca.
159     AssertingVH<Instruction> User;
160
161     /// \brief The particular pointer value derived from this alloca in use.
162     AssertingVH<Instruction> Ptr;
163
164     PartitionUse() : ByteRange(), User(), Ptr() {}
165     PartitionUse(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset,
166                  Instruction *User, Instruction *Ptr)
167         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), User(User), Ptr(Ptr) {}
168   };
169
170   /// \brief Construct a partitioning of a particular alloca.
171   ///
172   /// Construction does most of the work for partitioning the alloca. This
173   /// performs the necessary walks of users and builds a partitioning from it.
174   AllocaPartitioning(const TargetData &TD, AllocaInst &AI);
175
176   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
177   ///
178   /// If this is true, the partitioning is never fully built and should be
179   /// ignored.
180   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
181
182   /// \brief Support for iterating over the partitions.
183   /// @{
184   typedef SmallVectorImpl<Partition>::iterator iterator;
185   iterator begin() { return Partitions.begin(); }
186   iterator end() { return Partitions.end(); }
187
188   typedef SmallVectorImpl<Partition>::const_iterator const_iterator;
189   const_iterator begin() const { return Partitions.begin(); }
190   const_iterator end() const { return Partitions.end(); }
191   /// @}
192
193   /// \brief Support for iterating over and manipulating a particular
194   /// partition's uses.
195   ///
196   /// The iteration support provided for uses is more limited, but also
197   /// includes some manipulation routines to support rewriting the uses of
198   /// partitions during SROA.
199   /// @{
200   typedef SmallVectorImpl<PartitionUse>::iterator use_iterator;
201   use_iterator use_begin(unsigned Idx) { return Uses[Idx].begin(); }
202   use_iterator use_begin(const_iterator I) { return Uses[I - begin()].begin(); }
203   use_iterator use_end(unsigned Idx) { return Uses[Idx].end(); }
204   use_iterator use_end(const_iterator I) { return Uses[I - begin()].end(); }
205   void use_insert(unsigned Idx, use_iterator UI, const PartitionUse &U) {
206     Uses[Idx].insert(UI, U);
207   }
208   void use_insert(const_iterator I, use_iterator UI, const PartitionUse &U) {
209     Uses[I - begin()].insert(UI, U);
210   }
211   void use_erase(unsigned Idx, use_iterator UI) { Uses[Idx].erase(UI); }
212   void use_erase(const_iterator I, use_iterator UI) {
213     Uses[I - begin()].erase(UI);
214   }
215
216   typedef SmallVectorImpl<PartitionUse>::const_iterator const_use_iterator;
217   const_use_iterator use_begin(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].begin(); }
218   const_use_iterator use_begin(const_iterator I) const {
219     return Uses[I - begin()].begin();
220   }
221   const_use_iterator use_end(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].end(); }
222   const_use_iterator use_end(const_iterator I) const {
223     return Uses[I - begin()].end();
224   }
225   /// @}
226
227   /// \brief Allow iterating the dead users for this alloca.
228   ///
229   /// These are instructions which will never actually use the alloca as they
230   /// are outside the allocated range. They are safe to replace with undef and
231   /// delete.
232   /// @{
233   typedef SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator dead_user_iterator;
234   dead_user_iterator dead_user_begin() const { return DeadUsers.begin(); }
235   dead_user_iterator dead_user_end() const { return DeadUsers.end(); }
236   /// @}
237
238   /// \brief Allow iterating the dead expressions referring to this alloca.
239   ///
240   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
241   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
242   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
243   /// need to replace with undef.
244   /// @{
245   typedef SmallVectorImpl<Use *>::const_iterator dead_op_iterator;
246   dead_op_iterator dead_op_begin() const { return DeadOperands.begin(); }
247   dead_op_iterator dead_op_end() const { return DeadOperands.end(); }
248   /// @}
249
250   /// \brief MemTransferInst auxiliary data.
251   /// This struct provides some auxiliary data about memory transfer
252   /// intrinsics such as memcpy and memmove. These intrinsics can use two
253   /// different ranges within the same alloca, and provide other challenges to
254   /// correctly represent. We stash extra data to help us untangle this
255   /// after the partitioning is complete.
256   struct MemTransferOffsets {
257     uint64_t DestBegin, DestEnd;
258     uint64_t SourceBegin, SourceEnd;
259     bool IsSplittable;
260   };
261   MemTransferOffsets getMemTransferOffsets(MemTransferInst &II) const {
262     return MemTransferInstData.lookup(&II);
263   }
264
265   /// \brief Map from a PHI or select operand back to a partition.
266   ///
267   /// When manipulating PHI nodes or selects, they can use more than one
268   /// partition of an alloca. We store a special mapping to allow finding the
269   /// partition referenced by each of these operands, if any.
270   iterator findPartitionForPHIOrSelectOperand(Instruction &I, Value *Op) {
271     SmallDenseMap<std::pair<Instruction *, Value *>,
272                   std::pair<unsigned, unsigned> >::const_iterator MapIt
273       = PHIOrSelectOpMap.find(std::make_pair(&I, Op));
274     if (MapIt == PHIOrSelectOpMap.end())
275       return end();
276
277     return begin() + MapIt->second.first;
278   }
279
280   /// \brief Map from a PHI or select operand back to the specific use of
281   /// a partition.
282   ///
283   /// Similar to mapping these operands back to the partitions, this maps
284   /// directly to the use structure of that partition.
285   use_iterator findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Instruction &I,
286                                                      Value *Op) {
287     SmallDenseMap<std::pair<Instruction *, Value *>,
288                   std::pair<unsigned, unsigned> >::const_iterator MapIt
289       = PHIOrSelectOpMap.find(std::make_pair(&I, Op));
290     assert(MapIt != PHIOrSelectOpMap.end());
291     return Uses[MapIt->second.first].begin() + MapIt->second.second;
292   }
293
294   /// \brief Compute a common type among the uses of a particular partition.
295   ///
296   /// This routines walks all of the uses of a particular partition and tries
297   /// to find a common type between them. Untyped operations such as memset and
298   /// memcpy are ignored.
299   Type *getCommonType(iterator I) const;
300
301 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
302   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
303   void printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
304                   StringRef Indent = "  ") const;
305   void print(raw_ostream &OS) const;
306   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump(const_iterator I) const;
307   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump() const;
308 #endif
309
310 private:
311   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
312   class PartitionBuilder;
313   friend class AllocaPartitioning::PartitionBuilder;
314   class UseBuilder;
315   friend class AllocaPartitioning::UseBuilder;
316
317 #ifndef NDEBUG
318   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
319   AllocaInst &AI;
320 #endif
321
322   /// \brief The instruction responsible for this alloca having no partitioning.
323   ///
324   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
325   /// store a pointer to that here and abort trying to partition the alloca.
326   /// This will be null if the alloca is partitioned successfully.
327   Instruction *PointerEscapingInstr;
328
329   /// \brief The partitions of the alloca.
330   ///
331   /// We store a vector of the partitions over the alloca here. This vector is
332   /// sorted by increasing begin offset, and then by decreasing end offset. See
333   /// the Partition inner class for more details. Initially (during
334   /// construction) there are overlaps, but we form a disjoint sequence of
335   /// partitions while finishing construction and a fully constructed object is
336   /// expected to always have this as a disjoint space.
337   SmallVector<Partition, 8> Partitions;
338
339   /// \brief The uses of the partitions.
340   ///
341   /// This is essentially a mapping from each partition to a list of uses of
342   /// that partition. The mapping is done with a Uses vector that has the exact
343   /// same number of entries as the partition vector. Each entry is itself
344   /// a vector of the uses.
345   SmallVector<SmallVector<PartitionUse, 2>, 8> Uses;
346
347   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
348   ///
349   /// Note that these are not separated by partition. This is because we expect
350   /// a partitioned alloca to be completely rewritten or not rewritten at all.
351   /// If rewritten, all these instructions can simply be removed and replaced
352   /// with undef as they come from outside of the allocated space.
353   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
354
355   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
356   ///
357   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
358   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
359   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
360   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
361   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
362   /// the alloca.
363   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
364
365   /// \brief The underlying storage for auxiliary memcpy and memset info.
366   SmallDenseMap<MemTransferInst *, MemTransferOffsets, 4> MemTransferInstData;
367
368   /// \brief A side datastructure used when building up the partitions and uses.
369   ///
370   /// This mapping is only really used during the initial building of the
371   /// partitioning so that we can retain information about PHI and select nodes
372   /// processed.
373   SmallDenseMap<Instruction *, std::pair<uint64_t, bool> > PHIOrSelectSizes;
374
375   /// \brief Auxiliary information for particular PHI or select operands.
376   SmallDenseMap<std::pair<Instruction *, Value *>,
377                 std::pair<unsigned, unsigned>, 4> PHIOrSelectOpMap;
378
379   /// \brief A utility routine called from the constructor.
380   ///
381   /// This does what it says on the tin. It is the key of the alloca partition
382   /// splitting and merging. After it is called we have the desired disjoint
383   /// collection of partitions.
384   void splitAndMergePartitions();
385 };
386 }
387
388 template <typename DerivedT, typename RetT>
389 class AllocaPartitioning::BuilderBase
390     : public InstVisitor<DerivedT, RetT> {
391 public:
392   BuilderBase(const TargetData &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
393       : TD(TD),
394         AllocSize(TD.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())),
395         P(P) {
396     enqueueUsers(AI, 0);
397   }
398
399 protected:
400   const TargetData &TD;
401   const uint64_t AllocSize;
402   AllocaPartitioning &P;
403
404   struct OffsetUse {
405     Use *U;
406     uint64_t Offset;
407   };
408   SmallVector<OffsetUse, 8> Queue;
409
410   // The active offset and use while visiting.
411   Use *U;
412   uint64_t Offset;
413
414   void enqueueUsers(Instruction &I, uint64_t UserOffset) {
415     SmallPtrSet<User *, 8> UserSet;
416     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end();
417          UI != UE; ++UI) {
418       if (!UserSet.insert(*UI))
419         continue;
420
421       OffsetUse OU = { &UI.getUse(), UserOffset };
422       Queue.push_back(OU);
423     }
424   }
425
426   bool computeConstantGEPOffset(GetElementPtrInst &GEPI, uint64_t &GEPOffset) {
427     GEPOffset = Offset;
428     for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI), GTE = gep_type_end(GEPI);
429          GTI != GTE; ++GTI) {
430       ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
431       if (!OpC)
432         return false;
433       if (OpC->isZero())
434         continue;
435
436       // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
437       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
438         unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
439         const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
440         GEPOffset += SL->getElementOffset(ElementIdx);
441         continue;
442       }
443
444       GEPOffset
445         += OpC->getZExtValue() * TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
446     }
447     return true;
448   }
449
450   Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
451     // If the condition being selected on is a constant or the same value is
452     // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
453     // early on.
454     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
455       return SI.getOperand(1+CI->isZero());
456     if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2)) {
457       assert(*U == SI.getOperand(1));
458       return SI.getOperand(1);
459     }
460     return 0;
461   }
462 };
463
464 /// \brief Builder for the alloca partitioning.
465 ///
466 /// This class builds an alloca partitioning by recursively visiting the uses
467 /// of an alloca and splitting the partitions for each load and store at each
468 /// offset.
469 class AllocaPartitioning::PartitionBuilder
470     : public BuilderBase<PartitionBuilder, bool> {
471   friend class InstVisitor<PartitionBuilder, bool>;
472
473   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferPartitionMap;
474
475 public:
476   PartitionBuilder(const TargetData &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
477       : BuilderBase<PartitionBuilder, bool>(TD, AI, P) {}
478
479   /// \brief Run the builder over the allocation.
480   bool operator()() {
481     // Note that we have to re-evaluate size on each trip through the loop as
482     // the queue grows at the tail.
483     for (unsigned Idx = 0; Idx < Queue.size(); ++Idx) {
484       U = Queue[Idx].U;
485       Offset = Queue[Idx].Offset;
486       if (!visit(cast<Instruction>(U->getUser())))
487         return false;
488     }
489     return true;
490   }
491
492 private:
493   bool markAsEscaping(Instruction &I) {
494     P.PointerEscapingInstr = &I;
495     return false;
496   }
497
498   void insertUse(Instruction &I, uint64_t Offset, uint64_t Size,
499                  bool IsSplittable = false) {
500     uint64_t BeginOffset = Offset, EndOffset = Offset + Size;
501
502     // Completely skip uses which start outside of the allocation.
503     if (BeginOffset >= AllocSize) {
504       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
505                    << " which starts past the end of the " << AllocSize
506                    << " byte alloca:\n"
507                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
508                    << "       use: " << I << "\n");
509       return;
510     }
511
512     // Clamp the size to the allocation.
513     if (EndOffset > AllocSize) {
514       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
515                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
516                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
517                    << "       use: " << I << "\n");
518       EndOffset = AllocSize;
519     }
520
521     // See if we can just add a user onto the last slot currently occupied.
522     if (!P.Partitions.empty() &&
523         P.Partitions.back().BeginOffset == BeginOffset &&
524         P.Partitions.back().EndOffset == EndOffset) {
525       P.Partitions.back().IsSplittable &= IsSplittable;
526       return;
527     }
528
529     Partition New(BeginOffset, EndOffset, IsSplittable);
530     P.Partitions.push_back(New);
531   }
532
533   bool handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, uint64_t Offset) {
534     uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(Ty);
535
536     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
537     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
538     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
539     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
540     // risk of overflow.
541     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
542     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
543     if (Offset >= AllocSize || Size > AllocSize || Offset + Size > AllocSize) {
544       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte "
545                    << (isa<LoadInst>(I) ? "load" : "store") << " @" << Offset
546                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
547                    << " byte alloca:\n"
548                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
549                    << "       use: " << I << "\n");
550       return true;
551     }
552
553     insertUse(I, Offset, Size);
554     return true;
555   }
556
557   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
558     enqueueUsers(BC, Offset);
559     return true;
560   }
561
562   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
563     uint64_t GEPOffset;
564     if (!computeConstantGEPOffset(GEPI, GEPOffset))
565       return markAsEscaping(GEPI);
566
567     enqueueUsers(GEPI, GEPOffset);
568     return true;
569   }
570
571   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
572     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
573            "All simple FCA loads should have been pre-split");
574     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset);
575   }
576
577   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
578     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
579     if (ValOp == *U)
580       return markAsEscaping(SI);
581
582     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
583            "All simple FCA stores should have been pre-split");
584     return handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset);
585   }
586
587
588   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
589     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
590     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
591     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
592     insertUse(II, Offset, Size, Length);
593     return true;
594   }
595
596   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
597     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
598     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
599     if (!Size)
600       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
601       return true;
602
603     MemTransferOffsets &Offsets = P.MemTransferInstData[&II];
604
605     // Only intrinsics with a constant length can be split.
606     Offsets.IsSplittable = Length;
607
608     if (*U != II.getRawDest()) {
609       assert(*U == II.getRawSource());
610       Offsets.SourceBegin = Offset;
611       Offsets.SourceEnd = Offset + Size;
612     } else {
613       Offsets.DestBegin = Offset;
614       Offsets.DestEnd = Offset + Size;
615     }
616
617     insertUse(II, Offset, Size, Offsets.IsSplittable);
618     unsigned NewIdx = P.Partitions.size() - 1;
619
620     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::const_iterator PMI;
621     bool Inserted = false;
622     llvm::tie(PMI, Inserted)
623       = MemTransferPartitionMap.insert(std::make_pair(&II, NewIdx));
624     if (!Inserted && Offsets.IsSplittable) {
625       // We've found a memory transfer intrinsic which refers to the alloca as
626       // both a source and dest. We refuse to split these to simplify splitting
627       // logic. If possible, SROA will still split them into separate allocas
628       // and then re-analyze.
629       Offsets.IsSplittable = false;
630       P.Partitions[PMI->second].IsSplittable = false;
631       P.Partitions[NewIdx].IsSplittable = false;
632     }
633
634     return true;
635   }
636
637   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
638   // FIXME: What about debug instrinsics? This matches old behavior, but
639   // doesn't make sense.
640   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
641     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
642         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
643       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
644       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset, Length->getLimitedValue());
645       insertUse(II, Offset, Size, true);
646       return true;
647     }
648
649     return markAsEscaping(II);
650   }
651
652   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
653     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
654     // the same offset to be a viable use for partitioning purposes. These uses
655     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
656     // size.
657     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
658     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
659     Visited.insert(Root);
660     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
661     do {
662       Instruction *I, *UsedI;
663       llvm::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
664
665       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
666         Size = std::max(Size, TD.getTypeStoreSize(LI->getType()));
667         continue;
668       }
669       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
670         Value *Op = SI->getOperand(0);
671         if (Op == UsedI)
672           return SI;
673         Size = std::max(Size, TD.getTypeStoreSize(Op->getType()));
674         continue;
675       }
676
677       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
678         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
679           return GEP;
680       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
681                  !isa<SelectInst>(I)) {
682         return I;
683       }
684
685       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end(); UI != UE;
686            ++UI)
687         if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
688           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(*UI)));
689     } while (!Uses.empty());
690
691     return 0;
692   }
693
694   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
695     // See if we already have computed info on this node.
696     std::pair<uint64_t, bool> &PHIInfo = P.PHIOrSelectSizes[&PN];
697     if (PHIInfo.first) {
698       PHIInfo.second = true;
699       insertUse(PN, Offset, PHIInfo.first);
700       return true;
701     }
702
703     // Check for an unsafe use of the PHI node.
704     if (Instruction *EscapingI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&PN, PHIInfo.first))
705       return markAsEscaping(*EscapingI);
706
707     insertUse(PN, Offset, PHIInfo.first);
708     return true;
709   }
710
711   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
712     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
713       if (Result == *U)
714         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
715         // through the select as if we had RAUW'ed it.
716         enqueueUsers(SI, Offset);
717
718       return true;
719     }
720
721     // See if we already have computed info on this node.
722     std::pair<uint64_t, bool> &SelectInfo = P.PHIOrSelectSizes[&SI];
723     if (SelectInfo.first) {
724       SelectInfo.second = true;
725       insertUse(SI, Offset, SelectInfo.first);
726       return true;
727     }
728
729     // Check for an unsafe use of the PHI node.
730     if (Instruction *EscapingI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&SI, SelectInfo.first))
731       return markAsEscaping(*EscapingI);
732
733     insertUse(SI, Offset, SelectInfo.first);
734     return true;
735   }
736
737   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
738   bool visitInstruction(Instruction &I) { return markAsEscaping(I); }
739 };
740
741
742 /// \brief Use adder for the alloca partitioning.
743 ///
744 /// This class adds the uses of an alloca to all of the partitions which they
745 /// use. For splittable partitions, this can end up doing essentially a linear
746 /// walk of the partitions, but the number of steps remains bounded by the
747 /// total result instruction size:
748 /// - The number of partitions is a result of the number unsplittable
749 ///   instructions using the alloca.
750 /// - The number of users of each partition is at worst the total number of
751 ///   splittable instructions using the alloca.
752 /// Thus we will produce N * M instructions in the end, where N are the number
753 /// of unsplittable uses and M are the number of splittable. This visitor does
754 /// the exact same number of updates to the partitioning.
755 ///
756 /// In the more common case, this visitor will leverage the fact that the
757 /// partition space is pre-sorted, and do a logarithmic search for the
758 /// partition needed, making the total visit a classical ((N + M) * log(N))
759 /// complexity operation.
760 class AllocaPartitioning::UseBuilder : public BuilderBase<UseBuilder> {
761   friend class InstVisitor<UseBuilder>;
762
763   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
764   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
765
766 public:
767   UseBuilder(const TargetData &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
768       : BuilderBase<UseBuilder>(TD, AI, P) {}
769
770   /// \brief Run the builder over the allocation.
771   void operator()() {
772     // Note that we have to re-evaluate size on each trip through the loop as
773     // the queue grows at the tail.
774     for (unsigned Idx = 0; Idx < Queue.size(); ++Idx) {
775       U = Queue[Idx].U;
776       Offset = Queue[Idx].Offset;
777       this->visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
778     }
779   }
780
781 private:
782   void markAsDead(Instruction &I) {
783     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
784       P.DeadUsers.push_back(&I);
785   }
786
787   void insertUse(Instruction &User, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
788     uint64_t BeginOffset = Offset, EndOffset = Offset + Size;
789
790     // If the use extends outside of the allocation, record it as a dead use
791     // for elimination later.
792     if (BeginOffset >= AllocSize || Size == 0)
793       return markAsDead(User);
794
795     // Bound the use by the size of the allocation.
796     if (EndOffset > AllocSize)
797       EndOffset = AllocSize;
798
799     // NB: This only works if we have zero overlapping partitions.
800     iterator B = std::lower_bound(P.begin(), P.end(), BeginOffset);
801     if (B != P.begin() && llvm::prior(B)->EndOffset > BeginOffset)
802       B = llvm::prior(B);
803     for (iterator I = B, E = P.end(); I != E && I->BeginOffset < EndOffset;
804          ++I) {
805       PartitionUse NewUse(std::max(I->BeginOffset, BeginOffset),
806                           std::min(I->EndOffset, EndOffset),
807                           &User, cast<Instruction>(*U));
808       P.Uses[I - P.begin()].push_back(NewUse);
809       if (isa<PHINode>(U->getUser()) || isa<SelectInst>(U->getUser()))
810         P.PHIOrSelectOpMap[std::make_pair(&User, U->get())]
811           = std::make_pair(I - P.begin(), P.Uses[I - P.begin()].size() - 1);
812     }
813   }
814
815   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, uint64_t Offset) {
816     uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(Ty);
817
818     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
819     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
820     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
821     // behavior of insertUse.
822     if (Offset >= AllocSize || Size > AllocSize || Offset + Size > AllocSize)
823       return markAsDead(I);
824
825     insertUse(I, Offset, Size);
826   }
827
828   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
829     if (BC.use_empty())
830       return markAsDead(BC);
831
832     enqueueUsers(BC, Offset);
833   }
834
835   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
836     if (GEPI.use_empty())
837       return markAsDead(GEPI);
838
839     uint64_t GEPOffset;
840     if (!computeConstantGEPOffset(GEPI, GEPOffset))
841       llvm_unreachable("Unable to compute constant offset for use");
842
843     enqueueUsers(GEPI, GEPOffset);
844   }
845
846   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
847     handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset);
848   }
849
850   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
851     handleLoadOrStore(SI.getOperand(0)->getType(), SI, Offset);
852   }
853
854   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
855     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
856     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
857     insertUse(II, Offset, Size);
858   }
859
860   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
861     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
862     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
863     insertUse(II, Offset, Size);
864   }
865
866   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
867     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
868            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
869
870     ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
871     insertUse(II, Offset,
872               std::min(AllocSize - Offset, Length->getLimitedValue()));
873   }
874
875   void insertPHIOrSelect(Instruction &User, uint64_t Offset) {
876     uint64_t Size = P.PHIOrSelectSizes.lookup(&User).first;
877
878     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
879     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
880     // case them here and use a separate structure to track the operands
881     // themselves which should be replaced with undef.
882     if (Offset >= AllocSize) {
883       P.DeadOperands.push_back(U);
884       return;
885     }
886
887     insertUse(User, Offset, Size);
888   }
889   void visitPHINode(PHINode &PN) {
890     if (PN.use_empty())
891       return markAsDead(PN);
892
893     insertPHIOrSelect(PN, Offset);
894   }
895   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
896     if (SI.use_empty())
897       return markAsDead(SI);
898
899     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
900       if (Result == *U)
901         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
902         // through the select as if we had RAUW'ed it.
903         enqueueUsers(SI, Offset);
904
905       return;
906     }
907
908     insertPHIOrSelect(SI, Offset);
909   }
910
911   /// \brief Unreachable, we've already visited the alloca once.
912   void visitInstruction(Instruction &I) {
913     llvm_unreachable("Unhandled instruction in use builder.");
914   }
915 };
916
917 void AllocaPartitioning::splitAndMergePartitions() {
918   size_t NumDeadPartitions = 0;
919
920   // Track the range of splittable partitions that we pass when accumulating
921   // overlapping unsplittable partitions.
922   uint64_t SplitEndOffset = 0ull;
923
924   Partition New(0ull, 0ull, false);
925
926   for (unsigned i = 0, j = i, e = Partitions.size(); i != e; i = j) {
927     ++j;
928
929     if (!Partitions[i].IsSplittable || New.BeginOffset == New.EndOffset) {
930       assert(New.BeginOffset == New.EndOffset);
931       New = Partitions[i];
932     } else {
933       assert(New.IsSplittable);
934       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[i].EndOffset);
935     }
936     assert(New.BeginOffset != New.EndOffset);
937
938     // Scan the overlapping partitions.
939     while (j != e && New.EndOffset > Partitions[j].BeginOffset) {
940       // If the new partition we are forming is splittable, stop at the first
941       // unsplittable partition.
942       if (New.IsSplittable && !Partitions[j].IsSplittable)
943         break;
944
945       // Grow the new partition to include any equally splittable range. 'j' is
946       // always equally splittable when New is splittable, but when New is not
947       // splittable, we may subsume some (or part of some) splitable partition
948       // without growing the new one.
949       if (New.IsSplittable == Partitions[j].IsSplittable) {
950         New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[j].EndOffset);
951       } else {
952         assert(!New.IsSplittable);
953         assert(Partitions[j].IsSplittable);
954         SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, Partitions[j].EndOffset);
955       }
956
957       Partitions[j].BeginOffset = Partitions[j].EndOffset = UINT64_MAX;
958       ++NumDeadPartitions;
959       ++j;
960     }
961
962     // If the new partition is splittable, chop off the end as soon as the
963     // unsplittable subsequent partition starts and ensure we eventually cover
964     // the splittable area.
965     if (j != e && New.IsSplittable) {
966       SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, New.EndOffset);
967       New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
968     }
969
970     // Add the new partition if it differs from the original one and is
971     // non-empty. We can end up with an empty partition here if it was
972     // splittable but there is an unsplittable one that starts at the same
973     // offset.
974     if (New != Partitions[i]) {
975       if (New.BeginOffset != New.EndOffset)
976         Partitions.push_back(New);
977       // Mark the old one for removal.
978       Partitions[i].BeginOffset = Partitions[i].EndOffset = UINT64_MAX;
979       ++NumDeadPartitions;
980     }
981
982     New.BeginOffset = New.EndOffset;
983     if (!New.IsSplittable) {
984       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, SplitEndOffset);
985       if (j != e && !Partitions[j].IsSplittable)
986         New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
987       New.IsSplittable = true;
988       // If there is a trailing splittable partition which won't be fused into
989       // the next splittable partition go ahead and add it onto the partitions
990       // list.
991       if (New.BeginOffset < New.EndOffset &&
992           (j == e || !Partitions[j].IsSplittable ||
993            New.EndOffset < Partitions[j].BeginOffset)) {
994         Partitions.push_back(New);
995         New.BeginOffset = New.EndOffset = 0ull;
996       }
997     }
998   }
999
1000   // Re-sort the partitions now that they have been split and merged into
1001   // disjoint set of partitions. Also remove any of the dead partitions we've
1002   // replaced in the process.
1003   std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1004   if (NumDeadPartitions) {
1005     assert(Partitions.back().BeginOffset == UINT64_MAX);
1006     assert(Partitions.back().EndOffset == UINT64_MAX);
1007     assert((ptrdiff_t)NumDeadPartitions ==
1008            std::count(Partitions.begin(), Partitions.end(), Partitions.back()));
1009   }
1010   Partitions.erase(Partitions.end() - NumDeadPartitions, Partitions.end());
1011 }
1012
1013 AllocaPartitioning::AllocaPartitioning(const TargetData &TD, AllocaInst &AI)
1014     :
1015 #ifndef NDEBUG
1016       AI(AI),
1017 #endif
1018       PointerEscapingInstr(0) {
1019   PartitionBuilder PB(TD, AI, *this);
1020   if (!PB())
1021     return;
1022
1023   if (Partitions.size() > 1) {
1024     // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
1025     // and the sizes to be in descending order.
1026     std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1027
1028     // Intersect splittability for all partitions with equal offsets and sizes.
1029     // Then remove all but the first so that we have a sequence of non-equal but
1030     // potentially overlapping partitions.
1031     for (iterator I = Partitions.begin(), J = I, E = Partitions.end(); I != E;
1032          I = J) {
1033       ++J;
1034       while (J != E && *I == *J) {
1035         I->IsSplittable &= J->IsSplittable;
1036         ++J;
1037       }
1038     }
1039     Partitions.erase(std::unique(Partitions.begin(), Partitions.end()),
1040                      Partitions.end());
1041
1042     // Split splittable and merge unsplittable partitions into a disjoint set
1043     // of partitions over the used space of the allocation.
1044     splitAndMergePartitions();
1045   }
1046
1047   // Now build up the user lists for each of these disjoint partitions by
1048   // re-walking the recursive users of the alloca.
1049   Uses.resize(Partitions.size());
1050   UseBuilder UB(TD, AI, *this);
1051   UB();
1052   for (iterator I = Partitions.begin(), E = Partitions.end(); I != E; ++I)
1053     std::stable_sort(use_begin(I), use_end(I));
1054 }
1055
1056 Type *AllocaPartitioning::getCommonType(iterator I) const {
1057   Type *Ty = 0;
1058   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I); UI != UE; ++UI) {
1059     if (isa<IntrinsicInst>(*UI->User))
1060       continue;
1061     if (UI->BeginOffset != I->BeginOffset || UI->EndOffset != I->EndOffset)
1062       return 0;
1063
1064     Type *UserTy = 0;
1065     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(&*UI->User)) {
1066       UserTy = LI->getType();
1067     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(&*UI->User)) {
1068       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1069     } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&*UI->User)) {
1070       if (PointerType *PtrTy = dyn_cast<PointerType>(SI->getType()))
1071         UserTy = PtrTy->getElementType();
1072     } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&*UI->User)) {
1073       if (PointerType *PtrTy = dyn_cast<PointerType>(PN->getType()))
1074         UserTy = PtrTy->getElementType();
1075     }
1076
1077     if (Ty && Ty != UserTy)
1078       return 0;
1079
1080     Ty = UserTy;
1081   }
1082   return Ty;
1083 }
1084
1085 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1086
1087 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1088                                StringRef Indent) const {
1089   OS << Indent << "partition #" << (I - begin())
1090      << " [" << I->BeginOffset << "," << I->EndOffset << ")"
1091      << (I->IsSplittable ? " (splittable)" : "")
1092      << (Uses[I - begin()].empty() ? " (zero uses)" : "")
1093      << "\n";
1094 }
1095
1096 void AllocaPartitioning::printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1097                                     StringRef Indent) const {
1098   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I);
1099        UI != UE; ++UI) {
1100     OS << Indent << "  [" << UI->BeginOffset << "," << UI->EndOffset << ") "
1101        << "used by: " << *UI->User << "\n";
1102     if (MemTransferInst *II = dyn_cast<MemTransferInst>(&*UI->User)) {
1103       const MemTransferOffsets &MTO = MemTransferInstData.lookup(II);
1104       bool IsDest;
1105       if (!MTO.IsSplittable)
1106         IsDest = UI->BeginOffset == MTO.DestBegin;
1107       else
1108         IsDest = MTO.DestBegin != 0u;
1109       OS << Indent << "    (original " << (IsDest ? "dest" : "source") << ": "
1110          << "[" << (IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin)
1111          << "," << (IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd) << ")\n";
1112     }
1113   }
1114 }
1115
1116 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS) const {
1117   if (PointerEscapingInstr) {
1118     OS << "No partitioning for alloca: " << AI << "\n"
1119        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
1120        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
1121     return;
1122   }
1123
1124   OS << "Partitioning of alloca: " << AI << "\n";
1125   unsigned Num = 0;
1126   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I, ++Num) {
1127     print(OS, I);
1128     printUsers(OS, I);
1129   }
1130 }
1131
1132 void AllocaPartitioning::dump(const_iterator I) const { print(dbgs(), I); }
1133 void AllocaPartitioning::dump() const { print(dbgs()); }
1134
1135 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1136
1137
1138 namespace {
1139 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
1140 ///
1141 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
1142 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
1143 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
1144 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
1145 /// scalar values.
1146 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1147   AllocaInst &AI;
1148   DIBuilder &DIB;
1149
1150   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
1151   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
1152
1153 public:
1154   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
1155                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
1156     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
1157
1158   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
1159     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
1160     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
1161       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
1162                                UE = DebugNode->use_end();
1163            UI != UE; ++UI)
1164         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
1165           DDIs.push_back(DDI);
1166         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
1167           DVIs.push_back(DVI);
1168     }
1169
1170     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1171     AI.eraseFromParent();
1172     while (!DDIs.empty())
1173       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1174     while (!DVIs.empty())
1175       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1176   }
1177
1178   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
1179                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
1180     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1181       return LI->getOperand(0) == &AI;
1182     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == &AI;
1183   }
1184
1185   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
1186     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::const_iterator I = DDIs.begin(),
1187            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1188       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1189       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1190         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
1191       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
1192         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
1193     }
1194     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::const_iterator I = DVIs.begin(),
1195            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1196       DbgValueInst *DVI = *I;
1197       Value *Arg = NULL;
1198       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1199         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
1200         // may be zapped by an optimization pass in future.
1201         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
1202           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
1203         if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
1204           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
1205         if (!Arg)
1206           Arg = SI->getOperand(0);
1207       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
1208         Arg = LI->getOperand(0);
1209       } else {
1210         continue;
1211       }
1212       Instruction *DbgVal =
1213         DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
1214                                      Inst);
1215       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1216     }
1217   }
1218 };
1219 } // end anon namespace
1220
1221
1222 namespace {
1223 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
1224 ///
1225 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
1226 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
1227 /// a few steps to this process.
1228 ///
1229 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
1230 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
1231 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
1232 ///    as necessary and try to isolate invidual scalar accesses.
1233 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
1234 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
1235 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
1236 ///    select to be a PHI or select of the results.
1237 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
1238 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
1239 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
1240 ///    SSA vector values.
1241 class SROA : public FunctionPass {
1242   const bool RequiresDomTree;
1243
1244   LLVMContext *C;
1245   const TargetData *TD;
1246   DominatorTree *DT;
1247
1248   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
1249   ///
1250   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
1251   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
1252   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
1253   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
1254   /// already present to ensure it is re-visited.
1255   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
1256
1257   /// \brief A collection of instructions to delete.
1258   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
1259   /// efficient.
1260   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
1261
1262   /// \brief A set to prevent repeatedly marking an instruction split into many
1263   /// uses as dead. Only used to guard insertion into DeadInsts.
1264   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DeadSplitInsts;
1265
1266   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
1267   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
1268
1269 public:
1270   SROA(bool RequiresDomTree = true)
1271       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
1272         C(0), TD(0), DT(0) {
1273     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1274   }
1275   bool runOnFunction(Function &F);
1276   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1277
1278   const char *getPassName() const { return "SROA"; }
1279   static char ID;
1280
1281 private:
1282   friend class AllocaPartitionRewriter;
1283   friend class AllocaPartitionVectorRewriter;
1284
1285   bool rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
1286                               AllocaPartitioning &P,
1287                               AllocaPartitioning::iterator PI);
1288   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P);
1289   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
1290   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> &DeletedAllocas);
1291   bool promoteAllocas(Function &F);
1292 };
1293 }
1294
1295 char SROA::ID = 0;
1296
1297 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
1298   return new SROA(RequiresDomTree);
1299 }
1300
1301 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1302                       false, false)
1303 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
1304 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1305                     false, false)
1306
1307 /// \brief Accumulate the constant offsets in a GEP into a single APInt offset.
1308 ///
1309 /// If the provided GEP is all-constant, the total byte offset formed by the
1310 /// GEP is computed and Offset is set to it. If the GEP has any non-constant
1311 /// operands, the function returns false and the value of Offset is unmodified.
1312 static bool accumulateGEPOffsets(const TargetData &TD, GEPOperator &GEP,
1313                                  APInt &Offset) {
1314   APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1315   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1316        GTI != GTE; ++GTI) {
1317     ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1318     if (!OpC)
1319       return false;
1320     if (OpC->isZero()) continue;
1321
1322     // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
1323     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1324       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1325       const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1326       GEPOffset += APInt(Offset.getBitWidth(),
1327                          SL->getElementOffset(ElementIdx));
1328       continue;
1329     }
1330
1331     APInt TypeSize(Offset.getBitWidth(),
1332                    TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
1333     if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(*GTI)) {
1334       assert((VTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
1335              "vector element size is not a multiple of 8, cannot GEP over it");
1336       TypeSize = VTy->getScalarSizeInBits() / 8;
1337     }
1338
1339     GEPOffset += OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth()) * TypeSize;
1340   }
1341   Offset = GEPOffset;
1342   return true;
1343 }
1344
1345 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1346 ///
1347 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1348 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1349 static Value *buildGEP(IRBuilder<> &IRB, Value *BasePtr,
1350                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1351                        const Twine &Prefix) {
1352   if (Indices.empty())
1353     return BasePtr;
1354
1355   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1356   // in that case.
1357   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1358     return BasePtr;
1359
1360   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, Prefix + ".idx");
1361 }
1362
1363 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1364 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1365 ///
1366 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1367 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1368 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1369 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1370 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1371 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1372 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1373                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1374                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1375                                     const Twine &Prefix) {
1376   if (Ty == TargetTy)
1377     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1378
1379   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1380   // type.
1381   unsigned NumLayers = 0;
1382   Type *ElementTy = Ty;
1383   do {
1384     if (ElementTy->isPointerTy())
1385       break;
1386     if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
1387       ElementTy = SeqTy->getElementType();
1388       Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(TD.getPointerSizeInBits(), 0)));
1389     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1390       ElementTy = *STy->element_begin();
1391       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1392     } else {
1393       break;
1394     }
1395     ++NumLayers;
1396   } while (ElementTy != TargetTy);
1397   if (ElementTy != TargetTy)
1398     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1399
1400   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1401 }
1402
1403 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1404 ///
1405 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1406 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1407 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1408                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1409                                        Type *TargetTy,
1410                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1411                                        const Twine &Prefix) {
1412   if (Offset == 0)
1413     return getNaturalGEPWithType(IRB, TD, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, Prefix);
1414
1415   // We can't recurse through pointer types.
1416   if (Ty->isPointerTy())
1417     return 0;
1418
1419   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1420   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1421   // over a vector from the IR completely.
1422   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1423     unsigned ElementSizeInBits = VecTy->getScalarSizeInBits();
1424     if (ElementSizeInBits % 8)
1425       return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1426     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1427     APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1428     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1429       return 0;
1430     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1431     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1432     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, VecTy->getElementType(),
1433                                     Offset, TargetTy, Indices, Prefix);
1434   }
1435
1436   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1437     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1438     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1439     APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1440     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1441       return 0;
1442
1443     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1444     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1445     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1446                                     Indices, Prefix);
1447   }
1448
1449   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1450   if (!STy)
1451     return 0;
1452
1453   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1454   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1455   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1456     return 0;
1457   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1458   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1459   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1460   if (Offset.uge(TD.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1461     return 0; // The offset points into alignment padding.
1462
1463   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1464   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1465                                   Indices, Prefix);
1466 }
1467
1468 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1469 /// resulting in a particular type.
1470 ///
1471 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1472 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1473 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1474 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1475 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1476 ///
1477 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1478 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1479                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1480                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1481                                       const Twine &Prefix) {
1482   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1483
1484   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1485   // an i8.
1486   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
1487     return 0;
1488
1489   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1490   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1491   if (ElementSize == 0)
1492     return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1493   APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1494
1495   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1496   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1497   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1498                                   Indices, Prefix);
1499 }
1500
1501 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1502 /// resulting pointer has PointerTy.
1503 ///
1504 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1505 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1506 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1507 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1508 /// bitcast to the type.
1509 ///
1510 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1511 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1512 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1513 /// properities. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1514 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1515 /// surrounding code.
1516 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1517                              Value *Ptr, APInt Offset, Type *PointerTy,
1518                              const Twine &Prefix) {
1519   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1520   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1521   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1522   Visited.insert(Ptr);
1523   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1524
1525   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1526   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1527   // fall back to it, so keep it around here.
1528   Value *OffsetPtr = 0;
1529
1530   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1531   // byte offset.
1532   Value *Int8Ptr = 0;
1533   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1534
1535   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1536
1537   do {
1538     // First fold any existing GEPs into the offset.
1539     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1540       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1541       if (!accumulateGEPOffsets(TD, *GEP, GEPOffset))
1542         break;
1543       Offset += GEPOffset;
1544       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1545       if (!Visited.insert(Ptr))
1546         break;
1547     }
1548
1549     // See if we can perform a natural GEP here.
1550     Indices.clear();
1551     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, TD, Ptr, Offset, TargetTy,
1552                                            Indices, Prefix)) {
1553       if (P->getType() == PointerTy) {
1554         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1555         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1556           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1557             I->eraseFromParent();
1558         return P;
1559       }
1560       if (!OffsetPtr) {
1561         OffsetPtr = P;
1562       }
1563     }
1564
1565     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1566     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1567       Int8Ptr = Ptr;
1568       Int8PtrOffset = Offset;
1569     }
1570
1571     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1572     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1573       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1574     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1575       if (GA->mayBeOverridden())
1576         break;
1577       Ptr = GA->getAliasee();
1578     } else {
1579       break;
1580     }
1581     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1582   } while (Visited.insert(Ptr));
1583
1584   if (!OffsetPtr) {
1585     if (!Int8Ptr) {
1586       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
1587                                   Prefix + ".raw_cast");
1588       Int8PtrOffset = Offset;
1589     }
1590
1591     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1592       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1593                             Prefix + ".raw_idx");
1594   }
1595   Ptr = OffsetPtr;
1596
1597   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1598   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1599     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, Prefix + ".cast");
1600
1601   return Ptr;
1602 }
1603
1604 /// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to a vector.
1605 ///
1606 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1607 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1608 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1609 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1610 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1611 /// be promotable, so we have an early test here.
1612 static bool isVectorPromotionViable(const TargetData &TD,
1613                                     Type *AllocaTy,
1614                                     AllocaPartitioning &P,
1615                                     uint64_t PartitionBeginOffset,
1616                                     uint64_t PartitionEndOffset,
1617                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
1618                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
1619   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
1620   if (!Ty)
1621     return false;
1622
1623   uint64_t VecSize = TD.getTypeSizeInBits(Ty);
1624   uint64_t ElementSize = Ty->getScalarSizeInBits();
1625
1626   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1627   // that aren't byte sized.
1628   if (ElementSize % 8)
1629     return false;
1630   assert((VecSize % 8) == 0 && "vector size not a multiple of element size?");
1631   VecSize /= 8;
1632   ElementSize /= 8;
1633
1634   for (; I != E; ++I) {
1635     uint64_t BeginOffset = I->BeginOffset - PartitionBeginOffset;
1636     uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1637     if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1638         BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1639       return false;
1640     uint64_t EndOffset = I->EndOffset - PartitionBeginOffset;
1641     uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1642     if (EndIndex * ElementSize != EndOffset ||
1643         EndIndex > Ty->getNumElements())
1644       return false;
1645
1646     // FIXME: We should build shuffle vector instructions to handle
1647     // non-element-sized accesses.
1648     if ((EndOffset - BeginOffset) != ElementSize &&
1649         (EndOffset - BeginOffset) != VecSize)
1650       return false;
1651
1652     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(&*I->User)) {
1653       if (MI->isVolatile())
1654         return false;
1655       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(&*I->User)) {
1656         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
1657           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
1658         if (!MTO.IsSplittable)
1659           return false;
1660       }
1661     } else if (I->Ptr->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1662       // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1663       return false;
1664     } else if (!isa<LoadInst>(*I->User) && !isa<StoreInst>(*I->User)) {
1665       return false;
1666     }
1667   }
1668   return true;
1669 }
1670
1671 namespace {
1672 /// \brief Visitor to rewrite instructions using a partition of an alloca to
1673 /// use a new alloca.
1674 ///
1675 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
1676 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
1677 /// lives here.
1678 class AllocaPartitionRewriter : public InstVisitor<AllocaPartitionRewriter,
1679                                                    bool> {
1680   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1681   friend class llvm::InstVisitor<AllocaPartitionRewriter, bool>;
1682
1683   const TargetData &TD;
1684   AllocaPartitioning &P;
1685   SROA &Pass;
1686   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
1687   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
1688
1689   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
1690   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
1691   // non-null, we have some strict guarantees about the rewriten alloca:
1692   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
1693   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
1694   //     element.
1695   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
1696   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
1697   //     which are promotable via mem2reg.
1698   VectorType *VecTy;
1699   Type *ElementTy;
1700   uint64_t ElementSize;
1701
1702   // The offset of the partition user currently being rewritten.
1703   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
1704   Instruction *OldPtr;
1705
1706   // The name prefix to use when rewriting instructions for this alloca.
1707   std::string NamePrefix;
1708
1709 public:
1710   AllocaPartitionRewriter(const TargetData &TD, AllocaPartitioning &P,
1711                           AllocaPartitioning::iterator PI,
1712                           SROA &Pass, AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
1713                           uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset)
1714     : TD(TD), P(P), Pass(Pass),
1715       OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
1716       NewAllocaBeginOffset(NewBeginOffset),
1717       NewAllocaEndOffset(NewEndOffset),
1718       VecTy(), ElementTy(), ElementSize(),
1719       BeginOffset(), EndOffset() {
1720   }
1721
1722   /// \brief Visit the users of the alloca partition and rewrite them.
1723   bool visitUsers(AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
1724                   AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
1725     if (isVectorPromotionViable(TD, NewAI.getAllocatedType(), P,
1726                                 NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset,
1727                                 I, E)) {
1728       ++NumVectorized;
1729       VecTy = cast<VectorType>(NewAI.getAllocatedType());
1730       ElementTy = VecTy->getElementType();
1731       assert((VecTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
1732              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
1733       ElementSize = VecTy->getScalarSizeInBits() / 8;
1734     }
1735     bool CanSROA = true;
1736     for (; I != E; ++I) {
1737       BeginOffset = I->BeginOffset;
1738       EndOffset = I->EndOffset;
1739       OldPtr = I->Ptr;
1740       NamePrefix = (Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset)).str();
1741       CanSROA &= visit(I->User);
1742     }
1743     if (VecTy) {
1744       assert(CanSROA);
1745       VecTy = 0;
1746       ElementTy = 0;
1747       ElementSize = 0;
1748     }
1749     return CanSROA;
1750   }
1751
1752 private:
1753   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
1754   bool visitInstruction(Instruction &I) {
1755     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
1756     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
1757   }
1758
1759   Twine getName(const Twine &Suffix) {
1760     return NamePrefix + Suffix;
1761   }
1762
1763   Value *getAdjustedAllocaPtr(IRBuilder<> &IRB, Type *PointerTy) {
1764     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset);
1765     APInt Offset(TD.getPointerSizeInBits(), BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
1766     return getAdjustedPtr(IRB, TD, &NewAI, Offset, PointerTy, getName(""));
1767   }
1768
1769   ConstantInt *getIndex(IRBuilder<> &IRB, uint64_t Offset) {
1770     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
1771     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
1772     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
1773     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
1774     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
1775     return IRB.getInt32(Index);
1776   }
1777
1778   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
1779     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
1780     if (isInstructionTriviallyDead(I))
1781       Pass.DeadInsts.push_back(I);
1782   }
1783
1784   Value *getValueCast(IRBuilder<> &IRB, Value *V, Type *Ty) {
1785     if (V->getType()->isIntegerTy() && Ty->isPointerTy())
1786       return IRB.CreateIntToPtr(V, Ty);
1787     if (V->getType()->isPointerTy() && Ty->isIntegerTy())
1788       return IRB.CreatePtrToInt(V, Ty);
1789
1790     return IRB.CreateBitCast(V, Ty);
1791   }
1792
1793   bool rewriteVectorizedLoadInst(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI, Value *OldOp) {
1794     Value *Result;
1795     if (LI.getType() == VecTy->getElementType() ||
1796         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
1797       Result
1798         = IRB.CreateExtractElement(IRB.CreateLoad(&NewAI, getName(".load")),
1799                                    getIndex(IRB, BeginOffset),
1800                                    getName(".extract"));
1801     } else {
1802       Result = IRB.CreateLoad(&NewAI, getName(".load"));
1803     }
1804     if (Result->getType() != LI.getType())
1805       Result = getValueCast(IRB, Result, LI.getType());
1806     LI.replaceAllUsesWith(Result);
1807     Pass.DeadInsts.push_back(&LI);
1808
1809     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Result << "\n");
1810     return true;
1811   }
1812
1813   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
1814     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
1815     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
1816     assert(OldOp == OldPtr);
1817     IRBuilder<> IRB(&LI);
1818
1819     if (VecTy)
1820       return rewriteVectorizedLoadInst(IRB, LI, OldOp);
1821
1822     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB,
1823                                          LI.getPointerOperand()->getType());
1824     LI.setOperand(0, NewPtr);
1825     DEBUG(dbgs() << "          to: " << LI << "\n");
1826
1827     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
1828     return NewPtr == &NewAI && !LI.isVolatile();
1829   }
1830
1831   bool rewriteVectorizedStoreInst(IRBuilder<> &IRB, StoreInst &SI,
1832                                   Value *OldOp) {
1833     Value *V = SI.getValueOperand();
1834     if (V->getType() == ElementTy ||
1835         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
1836       if (V->getType() != ElementTy)
1837         V = getValueCast(IRB, V, ElementTy);
1838       V = IRB.CreateInsertElement(IRB.CreateLoad(&NewAI, getName(".load")), V,
1839                                   getIndex(IRB, BeginOffset),
1840                                   getName(".insert"));
1841     } else if (V->getType() != VecTy) {
1842       V = getValueCast(IRB, V, VecTy);
1843     }
1844     StoreInst *Store = IRB.CreateStore(V, &NewAI);
1845     Pass.DeadInsts.push_back(&SI);
1846
1847     (void)Store;
1848     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
1849     return true;
1850   }
1851
1852   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
1853     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1854     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
1855     assert(OldOp == OldPtr);
1856     IRBuilder<> IRB(&SI);
1857
1858     if (VecTy)
1859       return rewriteVectorizedStoreInst(IRB, SI, OldOp);
1860
1861     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB,
1862                                          SI.getPointerOperand()->getType());
1863     SI.setOperand(1, NewPtr);
1864     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
1865
1866     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
1867     return NewPtr == &NewAI && !SI.isVolatile();
1868   }
1869
1870   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
1871     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
1872     IRBuilder<> IRB(&II);
1873     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
1874
1875     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
1876     // pointer to the new alloca.
1877     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
1878       II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
1879       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
1880       return false;
1881     }
1882
1883     // Record this instruction for deletion.
1884     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
1885       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
1886
1887     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
1888     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
1889
1890     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
1891     // a single value type, just emit a memset.
1892     if (!VecTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
1893                    EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
1894                    !AllocaTy->isSingleValueType() ||
1895                    !TD.isLegalInteger(TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy)))) {
1896       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
1897       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
1898
1899       CallInst *New
1900         = IRB.CreateMemSet(getAdjustedAllocaPtr(IRB,
1901                                                 II.getRawDest()->getType()),
1902                            II.getValue(), Size, II.getAlignment(),
1903                            II.isVolatile());
1904       (void)New;
1905       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
1906       return false;
1907     }
1908
1909     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
1910     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
1911     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
1912     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, bitcasting to the
1913     // desired scalar type, and splatting it across any desired vector type.
1914     Value *V = II.getValue();
1915     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
1916     Type *IntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(),
1917                                   TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy));
1918     if (TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy) > VTy->getBitWidth())
1919       V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, IntTy, getName(".zext")),
1920                         ConstantExpr::getUDiv(
1921                           Constant::getAllOnesValue(IntTy),
1922                           ConstantExpr::getZExt(
1923                             Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
1924                             IntTy)),
1925                         getName(".isplat"));
1926     if (V->getType() != ScalarTy) {
1927       if (ScalarTy->isPointerTy())
1928         V = IRB.CreateIntToPtr(V, ScalarTy);
1929       else if (ScalarTy->isPrimitiveType() || ScalarTy->isVectorTy())
1930         V = IRB.CreateBitCast(V, ScalarTy);
1931       else if (ScalarTy->isIntegerTy())
1932         llvm_unreachable("Computed different integer types with equal widths");
1933       else
1934         llvm_unreachable("Invalid scalar type");
1935     }
1936
1937     // If this is an element-wide memset of a vectorizable alloca, insert it.
1938     if (VecTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
1939                   EndOffset < NewAllocaEndOffset)) {
1940       StoreInst *Store = IRB.CreateStore(
1941         IRB.CreateInsertElement(IRB.CreateLoad(&NewAI, getName(".load")), V,
1942                                 getIndex(IRB, BeginOffset),
1943                                 getName(".insert")),
1944         &NewAI);
1945       (void)Store;
1946       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
1947       return true;
1948     }
1949
1950     // Splat to a vector if needed.
1951     if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy)) {
1952       VectorType *SplatSourceTy = VectorType::get(V->getType(), 1);
1953       V = IRB.CreateShuffleVector(
1954         IRB.CreateInsertElement(UndefValue::get(SplatSourceTy), V,
1955                                 IRB.getInt32(0), getName(".vsplat.insert")),
1956         UndefValue::get(SplatSourceTy),
1957         ConstantVector::getSplat(VecTy->getNumElements(), IRB.getInt32(0)),
1958         getName(".vsplat.shuffle"));
1959       assert(V->getType() == VecTy);
1960     }
1961
1962     Value *New = IRB.CreateStore(V, &NewAI, II.isVolatile());
1963     (void)New;
1964     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
1965     return !II.isVolatile();
1966   }
1967
1968   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
1969     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
1970     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
1971
1972     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
1973     IRBuilder<> IRB(&II);
1974
1975     assert(II.getRawSource() == OldPtr || II.getRawDest() == OldPtr);
1976     bool IsDest = II.getRawDest() == OldPtr;
1977
1978     const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
1979       = P.getMemTransferOffsets(II);
1980
1981     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
1982     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
1983     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
1984     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
1985     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
1986     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
1987     // update both source and dest of a single call.
1988     if (!MTO.IsSplittable) {
1989       Value *OldOp = IsDest ? II.getRawDest() : II.getRawSource();
1990       if (IsDest)
1991         II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
1992       else
1993         II.setSource(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawSource()->getType()));
1994
1995       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
1996       deleteIfTriviallyDead(OldOp);
1997       return false;
1998     }
1999     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2000     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2001     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2002     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2003     // downsides to splitting and transforming the operations.
2004
2005     // Compute the relative offset within the transfer.
2006     unsigned IntPtrWidth = TD.getPointerSizeInBits();
2007     APInt RelOffset(IntPtrWidth, BeginOffset - (IsDest ? MTO.DestBegin
2008                                                        : MTO.SourceBegin));
2009
2010     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2011     // a single value type, just emit a memcpy.
2012     bool EmitMemCpy
2013       = !VecTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2014                    EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2015                    !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2016
2017     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2018     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2019     // a no-op.
2020     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2021       uint64_t OrigBegin = IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin;
2022       uint64_t OrigEnd = IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd;
2023       // Ensure the start lines up.
2024       assert(BeginOffset == OrigBegin);
2025       (void)OrigBegin;
2026
2027       // Rewrite the size as needed.
2028       if (EndOffset != OrigEnd)
2029         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2030                                       EndOffset - BeginOffset));
2031       return false;
2032     }
2033     // Record this instruction for deletion.
2034     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2035       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2036
2037     bool IsVectorElement = VecTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2038                                      EndOffset < NewAllocaEndOffset);
2039
2040     Type *OtherPtrTy = IsDest ? II.getRawSource()->getType()
2041                               : II.getRawDest()->getType();
2042     if (!EmitMemCpy)
2043       OtherPtrTy = IsVectorElement ? VecTy->getElementType()->getPointerTo()
2044                                    : NewAI.getType();
2045
2046     // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2047     // a single, simple GEP in most cases.
2048     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2049     OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, TD, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy,
2050                               getName("." + OtherPtr->getName()));
2051
2052     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2053     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2054     if (AllocaInst *AI
2055           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets()))
2056       Pass.Worklist.insert(AI);
2057
2058     if (EmitMemCpy) {
2059       Value *OurPtr
2060         = getAdjustedAllocaPtr(IRB, IsDest ? II.getRawDest()->getType()
2061                                            : II.getRawSource()->getType());
2062       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2063       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2064
2065       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(IsDest ? OurPtr : OtherPtr,
2066                                        IsDest ? OtherPtr : OurPtr,
2067                                        Size, II.getAlignment(),
2068                                        II.isVolatile());
2069       (void)New;
2070       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2071       return false;
2072     }
2073
2074     Value *SrcPtr = OtherPtr;
2075     Value *DstPtr = &NewAI;
2076     if (!IsDest)
2077       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2078
2079     Value *Src;
2080     if (IsVectorElement && !IsDest) {
2081       // We have to extract rather than load.
2082       Src = IRB.CreateExtractElement(IRB.CreateLoad(SrcPtr,
2083                                                     getName(".copyload")),
2084                                      getIndex(IRB, BeginOffset),
2085                                      getName(".copyextract"));
2086     } else {
2087       Src = IRB.CreateLoad(SrcPtr, II.isVolatile(), getName(".copyload"));
2088     }
2089
2090     if (IsVectorElement && IsDest) {
2091       // We have to insert into a loaded copy before storing.
2092       Src = IRB.CreateInsertElement(IRB.CreateLoad(&NewAI, getName(".load")),
2093                                     Src, getIndex(IRB, BeginOffset),
2094                                     getName(".insert"));
2095     }
2096
2097     Value *Store = IRB.CreateStore(Src, DstPtr, II.isVolatile());
2098     (void)Store;
2099     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2100     return !II.isVolatile();
2101   }
2102
2103   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2104     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2105            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2106     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2107     IRBuilder<> IRB(&II);
2108     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2109
2110     // Record this instruction for deletion.
2111     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2112       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2113
2114     ConstantInt *Size
2115       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2116                          EndOffset - BeginOffset);
2117     Value *Ptr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getArgOperand(1)->getType());
2118     Value *New;
2119     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2120       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2121     else
2122       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2123
2124     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2125     return true;
2126   }
2127
2128   /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
2129   /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
2130   /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
2131   /// From this:
2132   ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
2133   ///   %V = load i32* %P2
2134   /// to:
2135   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
2136   ///   ...
2137   ///   %V2 = load i32* %Other
2138   ///   ...
2139   ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
2140   ///
2141   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
2142   /// to the select can be loaded unconditionally.
2143   ///
2144   /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
2145   /// Transforms/Util/Local.h
2146   bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN, SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
2147     // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
2148     // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
2149     // TODO: Allow recursive phi users.
2150     // TODO: Allow stores.
2151     BasicBlock *BB = PN.getParent();
2152     unsigned MaxAlign = 0;
2153     for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end();
2154          UI != UE; ++UI) {
2155       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
2156       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
2157
2158       // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
2159       // a common case that happens when instcombine merges two loads through
2160       // a PHI.
2161       if (LI->getParent() != BB) return false;
2162
2163       // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
2164       // could store.
2165       for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
2166         if (BBI->mayWriteToMemory())
2167           return false;
2168
2169       MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
2170       Loads.push_back(LI);
2171     }
2172
2173     // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
2174     // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
2175     // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
2176     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num;
2177          ++Idx) {
2178       TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
2179       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
2180
2181       // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
2182       // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
2183       // in the predecessor.
2184       if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
2185         return false;
2186
2187       // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
2188       // critical.
2189       if (TI->getNumSuccessors() == 1)
2190         continue;
2191
2192       // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
2193       // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
2194       // block.
2195       if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
2196           isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, &TD))
2197         continue;
2198
2199       return false;
2200     }
2201
2202     return true;
2203   }
2204
2205   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2206     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2207     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2208     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2209     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2210     // dominate the PHI.
2211     IRBuilder<> PtrBuilder(cast<Instruction>(OldPtr));
2212
2213     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
2214     if (!isSafePHIToSpeculate(PN, Loads)) {
2215       Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2216       // Replace the operands which were using the old pointer.
2217       User::op_iterator OI = PN.op_begin(), OE = PN.op_end();
2218       for (; OI != OE; ++OI)
2219         if (*OI == OldPtr)
2220           *OI = NewPtr;
2221
2222       DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2223       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2224       return false;
2225     }
2226     assert(!Loads.empty());
2227
2228     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
2229     IRBuilder<> PHIBuilder(&PN);
2230     PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues());
2231     NewPN->takeName(&PN);
2232
2233     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
2234     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
2235     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(Loads.back());
2236     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
2237     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
2238     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2239
2240     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
2241     do {
2242       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
2243       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
2244       Pass.DeadInsts.push_back(LI);
2245     } while (!Loads.empty());
2246
2247     // Inject loads into all of the pred blocks.
2248     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
2249       BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
2250       TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
2251       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
2252       IRBuilder<> PredBuilder(TI);
2253
2254       // Map the value to the new alloca pointer if this was the old alloca
2255       // pointer.
2256       bool ThisOperand = InVal == OldPtr;
2257       if (ThisOperand)
2258         InVal = NewPtr;
2259
2260       LoadInst *Load
2261         = PredBuilder.CreateLoad(InVal, getName(".sroa.speculate." +
2262                                                 Pred->getName()));
2263       ++NumLoadsSpeculated;
2264       Load->setAlignment(Align);
2265       if (TBAATag)
2266         Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
2267       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
2268
2269       if (ThisOperand)
2270         continue;
2271       Instruction *OtherPtr = dyn_cast<Instruction>(InVal);
2272       if (!OtherPtr)
2273         // No uses to rewrite.
2274         continue;
2275
2276       // Try to lookup and rewrite any partition uses corresponding to this phi
2277       // input.
2278       AllocaPartitioning::iterator PI
2279         = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(PN, OtherPtr);
2280       if (PI != P.end()) {
2281         // If the other pointer is within the partitioning, replace the PHI in
2282         // its uses with the load we just speculated, or add another load for
2283         // it to rewrite if we've already replaced the PHI.
2284         AllocaPartitioning::use_iterator UI
2285           = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(PN, OtherPtr);
2286         if (isa<PHINode>(*UI->User))
2287           UI->User = Load;
2288         else {
2289           AllocaPartitioning::PartitionUse OtherUse = *UI;
2290           OtherUse.User = Load;
2291           P.use_insert(PI, std::upper_bound(UI, P.use_end(PI), OtherUse),
2292                        OtherUse);
2293         }
2294       }
2295     }
2296     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
2297     return NewPtr == &NewAI;
2298   }
2299
2300   /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
2301   /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
2302   /// allowing the load of the alloca to be promoted.
2303   /// From this:
2304   ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
2305   ///   %V = load i32* %P2
2306   /// to:
2307   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
2308   ///   %V2 = load i32* %Other
2309   ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
2310   ///
2311   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
2312   /// to the select can be loaded unconditionally.
2313   bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
2314                                SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
2315     Value *TValue = SI.getTrueValue();
2316     Value *FValue = SI.getFalseValue();
2317     bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
2318     bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
2319
2320     for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end();
2321          UI != UE; ++UI) {
2322       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
2323       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
2324
2325       // Both operands to the select need to be dereferencable, either
2326       // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
2327       // accesses to it.
2328       if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI,
2329                                                       LI->getAlignment(), &TD))
2330         return false;
2331       if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI,
2332                                                       LI->getAlignment(), &TD))
2333         return false;
2334       Loads.push_back(LI);
2335     }
2336
2337     return true;
2338   }
2339
2340   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2341     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2342     IRBuilder<> IRB(&SI);
2343
2344     // Find the operand we need to rewrite here.
2345     bool IsTrueVal = SI.getTrueValue() == OldPtr;
2346     if (IsTrueVal)
2347       assert(SI.getFalseValue() != OldPtr && "Pointer is both operands!");
2348     else
2349       assert(SI.getFalseValue() == OldPtr && "Pointer isn't an operand!");
2350     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, OldPtr->getType());
2351
2352     // If the select isn't safe to speculate, just use simple logic to emit it.
2353     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
2354     if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, Loads)) {
2355       SI.setOperand(IsTrueVal ? 1 : 2, NewPtr);
2356       DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2357       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2358       return false;
2359     }
2360
2361     Value *OtherPtr = IsTrueVal ? SI.getFalseValue() : SI.getTrueValue();
2362     AllocaPartitioning::iterator PI
2363       = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(SI, OtherPtr);
2364     AllocaPartitioning::PartitionUse OtherUse;
2365     if (PI != P.end()) {
2366       // If the other pointer is within the partitioning, remove the select
2367       // from its uses. We'll add in the new loads below.
2368       AllocaPartitioning::use_iterator UI
2369         = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(SI, OtherPtr);
2370       OtherUse = *UI;
2371       P.use_erase(PI, UI);
2372     }
2373
2374     Value *TV = IsTrueVal ? NewPtr : SI.getTrueValue();
2375     Value *FV = IsTrueVal ? SI.getFalseValue() : NewPtr;
2376     // Replace the loads of the select with a select of two loads.
2377     while (!Loads.empty()) {
2378       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
2379
2380       IRB.SetInsertPoint(LI);
2381       LoadInst *TL =
2382         IRB.CreateLoad(TV, getName("." + LI->getName() + ".true"));
2383       LoadInst *FL =
2384         IRB.CreateLoad(FV, getName("." + LI->getName() + ".false"));
2385       NumLoadsSpeculated += 2;
2386       if (PI != P.end()) {
2387         LoadInst *OtherLoad = IsTrueVal ? FL : TL;
2388         assert(OtherUse.Ptr == OtherLoad->getOperand(0));
2389         OtherUse.User = OtherLoad;
2390         P.use_insert(PI, P.use_end(PI), OtherUse);
2391       }
2392
2393       // Transfer alignment and TBAA info if present.
2394       TL->setAlignment(LI->getAlignment());
2395       FL->setAlignment(LI->getAlignment());
2396       if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
2397         TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
2398         FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
2399       }
2400
2401       Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL);
2402       V->takeName(LI);
2403       DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
2404       LI->replaceAllUsesWith(V);
2405       Pass.DeadInsts.push_back(LI);
2406     }
2407     if (PI != P.end())
2408       std::stable_sort(P.use_begin(PI), P.use_end(PI));
2409
2410     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2411     return NewPtr == &NewAI;
2412   }
2413
2414 };
2415 }
2416
2417 namespace {
2418 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2419 ///
2420 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2421 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2422 /// with scalar loads and stores.
2423 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2424   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2425   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2426
2427   const TargetData &TD;
2428
2429   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2430   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2431
2432   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2433   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2434
2435   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2436   /// value (as opposed to the user).
2437   Use *U;
2438
2439 public:
2440   AggLoadStoreRewriter(const TargetData &TD) : TD(TD) {}
2441
2442   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2443   /// it.
2444   bool rewrite(Instruction &I) {
2445     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2446     enqueueUsers(I);
2447     bool Changed = false;
2448     while (!Queue.empty()) {
2449       U = Queue.pop_back_val();
2450       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2451     }
2452     return Changed;
2453   }
2454
2455 private:
2456   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2457   /// This uses a set to de-duplicate users.
2458   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2459     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
2460          ++UI)
2461       if (Visited.insert(*UI))
2462         Queue.push_back(&UI.getUse());
2463   }
2464
2465   // Conservative default is to not rewrite anything.
2466   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2467
2468   /// \brief Generic recursive split emission routine.
2469   ///
2470   /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2471   /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2472   /// and emits that single value operation via the template argument.
2473   ///
2474   /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and extractvalue
2475   /// all operating with the same fundamental index list, merely formatted
2476   /// differently (GEPs need actual values).
2477   ///
2478   /// \param IRB The builder used to form new instructions.
2479   /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
2480   /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
2481   /// whether this is splitting a load or a store respectively.
2482   /// \param Ptr The base pointer of the original op, used as a base for GEPing
2483   /// the split operations.
2484   /// \param Indices The indices which to be used with insert- or extractvalue
2485   /// to select the appropriate value within the aggregate for \p Ty.
2486   /// \param GEPIndices The indices to a GEP instruction which will move \p Ptr
2487   /// to the correct slot within the aggregate for \p Ty.
2488   template <void (AggLoadStoreRewriter::*emitFunc)(
2489                 IRBuilder<> &IRB, Type *Ty, Value *&Agg, Value *Ptr,
2490                 ArrayRef<unsigned> Indices, ArrayRef<Value *> GEPIndices,
2491                 const Twine &Name)>
2492   void emitSplitOps(IRBuilder<> &IRB, Type *Ty, Value *&Agg, Value *Ptr,
2493                     SmallVectorImpl<unsigned> &Indices,
2494                     SmallVectorImpl<Value *> &GEPIndices,
2495                     const Twine &Name) {
2496     if (Ty->isSingleValueType())
2497       return (this->*emitFunc)(IRB, Ty, Agg, Ptr, Indices, GEPIndices, Name);
2498
2499     if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2500       unsigned OldSize = Indices.size();
2501       (void)OldSize;
2502       for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size; ++Idx) {
2503         assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2504         Indices.push_back(Idx);
2505         GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2506         emitSplitOps<emitFunc>(IRB, ATy->getElementType(), Agg, Ptr,
2507                                Indices, GEPIndices, Name + "." + Twine(Idx));
2508         GEPIndices.pop_back();
2509         Indices.pop_back();
2510       }
2511       return;
2512     }
2513
2514     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2515       unsigned OldSize = Indices.size();
2516       (void)OldSize;
2517       for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size; ++Idx) {
2518         assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2519         Indices.push_back(Idx);
2520         GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2521         emitSplitOps<emitFunc>(IRB, STy->getElementType(Idx), Agg, Ptr,
2522                                Indices, GEPIndices, Name + "." + Twine(Idx));
2523         GEPIndices.pop_back();
2524         Indices.pop_back();
2525       }
2526       return;
2527     }
2528
2529     llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
2530   }
2531
2532   /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
2533   /// recursive emission to actually load values.
2534   void emitLoad(IRBuilder<> &IRB, Type *Ty, Value *&Agg, Value *Ptr,
2535                 ArrayRef<unsigned> Indices, ArrayRef<Value *> GEPIndices,
2536                 const Twine &Name) {
2537     assert(Ty->isSingleValueType());
2538     // Load the single value and insert it using the indices.
2539     Value *Load = IRB.CreateLoad(IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices,
2540                                                        Name + ".gep"),
2541                                  Name + ".load");
2542     Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
2543     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
2544   }
2545
2546   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2547     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
2548     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
2549       return false;
2550
2551     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
2552     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2553     IRBuilder<> IRB(&LI);
2554     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
2555     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2556     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2557     GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(0));
2558     emitSplitOps<&AggLoadStoreRewriter::emitLoad>(
2559       IRB, LI.getType(), V, *U, Indices, GEPIndices, LI.getName() + ".fca");
2560     LI.replaceAllUsesWith(V);
2561     LI.eraseFromParent();
2562     return true;
2563   }
2564
2565   /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
2566   /// recursive emission to actually produce stores.
2567   void emitStore(IRBuilder<> &IRB, Type *Ty, Value *&Agg, Value *Ptr,
2568                  ArrayRef<unsigned> Indices, ArrayRef<Value *> GEPIndices,
2569                  const Twine &Name) {
2570     assert(Ty->isSingleValueType());
2571     // Extract the single value and store it using the indices.
2572     Value *Store = IRB.CreateStore(
2573       IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
2574       IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
2575     (void)Store;
2576     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2577   }
2578
2579   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2580     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
2581       return false;
2582     Value *V = SI.getValueOperand();
2583     if (V->getType()->isSingleValueType())
2584       return false;
2585
2586     // We have an aggregate being stored, split it apart.
2587     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2588     IRBuilder<> IRB(&SI);
2589     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2590     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2591     GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(0));
2592     emitSplitOps<&AggLoadStoreRewriter::emitStore>(
2593       IRB, V->getType(), V, *U, Indices, GEPIndices, V->getName() + ".fca");
2594     SI.eraseFromParent();
2595     return true;
2596   }
2597
2598   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
2599     enqueueUsers(BC);
2600     return false;
2601   }
2602
2603   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
2604     enqueueUsers(GEPI);
2605     return false;
2606   }
2607
2608   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2609     enqueueUsers(PN);
2610     return false;
2611   }
2612
2613   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2614     enqueueUsers(SI);
2615     return false;
2616   }
2617 };
2618 }
2619
2620 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
2621 /// offset and size.
2622 ///
2623 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
2624 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
2625 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
2626 /// and the same for structs.
2627 ///
2628 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
2629 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
2630 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
2631 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
2632 /// return a type if necessary.
2633 static Type *getTypePartition(const TargetData &TD, Type *Ty,
2634                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
2635   if (Offset == 0 && TD.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
2636     return Ty;
2637
2638   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
2639     // We can't partition pointers...
2640     if (SeqTy->isPointerTy())
2641       return 0;
2642
2643     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
2644     uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
2645     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
2646     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy))
2647       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
2648         return 0;
2649     if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy))
2650       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
2651         return 0;
2652     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
2653
2654     // First check if we need to recurse.
2655     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
2656       // Bail if the partition ends in a different array element.
2657       if ((Offset + Size) > ElementSize)
2658         return 0;
2659       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
2660       return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
2661     }
2662     assert(Offset == 0);
2663
2664     if (Size == ElementSize)
2665       return ElementTy;
2666     assert(Size > ElementSize);
2667     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
2668     if (NumElements * ElementSize != Size)
2669       return 0;
2670     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
2671   }
2672
2673   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
2674   if (!STy)
2675     return 0;
2676
2677   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
2678   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
2679     return 0;
2680   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
2681   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
2682     return 0;
2683
2684   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
2685   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
2686
2687   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
2688   uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
2689   if (Offset >= ElementSize)
2690     return 0; // The offset points into alignment padding.
2691
2692   // See if any partition must be contained by the element.
2693   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
2694     if ((Offset + Size) > ElementSize)
2695       return 0;
2696     return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
2697   }
2698   assert(Offset == 0);
2699
2700   if (Size == ElementSize)
2701     return ElementTy;
2702
2703   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
2704                                EE = STy->element_end();
2705   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
2706     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
2707     if (Index == EndIndex)
2708       return 0; // Within a single element and its padding.
2709
2710     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
2711     // expected size.
2712     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
2713     // sub-struct to find a natural end point.
2714     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
2715       return 0;
2716
2717     assert(Index < EndIndex);
2718     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
2719   }
2720
2721   // Try to build up a sub-structure.
2722   SmallVector<Type *, 4> ElementTys;
2723   do {
2724     ElementTys.push_back(*EI++);
2725   } while (EI != EE);
2726   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), ElementTys,
2727                                       STy->isPacked());
2728   const StructLayout *SubSL = TD.getStructLayout(SubTy);
2729   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
2730     return 0; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
2731
2732   return SubTy;
2733 }
2734
2735 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
2736 ///
2737 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
2738 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
2739 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
2740 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
2741 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
2742 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
2743 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
2744 /// promoted.
2745 bool SROA::rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
2746                                   AllocaPartitioning &P,
2747                                   AllocaPartitioning::iterator PI) {
2748   uint64_t AllocaSize = PI->EndOffset - PI->BeginOffset;
2749   if (P.use_begin(PI) == P.use_end(PI))
2750     return false; // No live uses left of this partition.
2751
2752   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
2753   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
2754   // or an i8 array of an appropriate size.
2755   Type *AllocaTy = 0;
2756   if (Type *PartitionTy = P.getCommonType(PI))
2757     if (TD->getTypeAllocSize(PartitionTy) >= AllocaSize)
2758       AllocaTy = PartitionTy;
2759   if (!AllocaTy)
2760     if (Type *PartitionTy = getTypePartition(*TD, AI.getAllocatedType(),
2761                                              PI->BeginOffset, AllocaSize))
2762       AllocaTy = PartitionTy;
2763   if ((!AllocaTy ||
2764        (AllocaTy->isArrayTy() &&
2765         AllocaTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
2766       TD->isLegalInteger(AllocaSize * 8))
2767     AllocaTy = Type::getIntNTy(*C, AllocaSize * 8);
2768   if (!AllocaTy)
2769     AllocaTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), AllocaSize);
2770   assert(TD->getTypeAllocSize(AllocaTy) >= AllocaSize);
2771
2772   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
2773   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
2774   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
2775   // performe phi and select speculation.
2776   AllocaInst *NewAI;
2777   if (AllocaTy == AI.getAllocatedType()) {
2778     assert(PI->BeginOffset == 0 &&
2779            "Non-zero begin offset but same alloca type");
2780     assert(PI == P.begin() && "Begin offset is zero on later partition");
2781     NewAI = &AI;
2782   } else {
2783     // FIXME: The alignment here is overly conservative -- we could in many
2784     // cases get away with much weaker alignment constraints.
2785     NewAI = new AllocaInst(AllocaTy, 0, AI.getAlignment(),
2786                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(PI - P.begin()),
2787                            &AI);
2788     ++NumNewAllocas;
2789   }
2790
2791   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
2792                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ") to: "
2793                << *NewAI << "\n");
2794
2795   AllocaPartitionRewriter Rewriter(*TD, P, PI, *this, AI, *NewAI,
2796                                    PI->BeginOffset, PI->EndOffset);
2797   DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
2798   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
2799   if (Rewriter.visitUsers(P.use_begin(PI), P.use_end(PI))) {
2800     DEBUG(dbgs() << "  and queuing for promotion\n");
2801     PromotableAllocas.push_back(NewAI);
2802   } else if (NewAI != &AI) {
2803     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
2804     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
2805     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
2806     Worklist.insert(NewAI);
2807   }
2808   return true;
2809 }
2810
2811 /// \brief Walks the partitioning of an alloca rewriting uses of each partition.
2812 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P) {
2813   bool Changed = false;
2814   for (AllocaPartitioning::iterator PI = P.begin(), PE = P.end(); PI != PE;
2815        ++PI)
2816     Changed |= rewriteAllocaPartition(AI, P, PI);
2817
2818   return Changed;
2819 }
2820
2821 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
2822 ///
2823 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
2824 /// a partitioning of the alloca, and then hands it off to be split and
2825 /// rewritten as needed.
2826 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
2827   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
2828   ++NumAllocasAnalyzed;
2829
2830   // Special case dead allocas, as they're trivial.
2831   if (AI.use_empty()) {
2832     AI.eraseFromParent();
2833     return true;
2834   }
2835
2836   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
2837   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
2838       TD->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
2839     return false;
2840
2841   // First check if this is a non-aggregate type that we should simply promote.
2842   if (!AI.getAllocatedType()->isAggregateType() && isAllocaPromotable(&AI)) {
2843     DEBUG(dbgs() << "  Trivially scalar type, queuing for promotion...\n");
2844     PromotableAllocas.push_back(&AI);
2845     return false;
2846   }
2847
2848   bool Changed = false;
2849
2850   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
2851   // better splitting and promotion opportunities.
2852   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*TD);
2853   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
2854
2855   // Build the partition set using a recursive instruction-visiting builder.
2856   AllocaPartitioning P(*TD, AI);
2857   DEBUG(P.print(dbgs()));
2858   if (P.isEscaped())
2859     return Changed;
2860
2861   // No partitions to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
2862   if (P.begin() == P.end())
2863     return Changed;
2864
2865   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
2866   for (AllocaPartitioning::dead_user_iterator DI = P.dead_user_begin(),
2867                                               DE = P.dead_user_end();
2868        DI != DE; ++DI) {
2869     Changed = true;
2870     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
2871     DeadInsts.push_back(*DI);
2872   }
2873   for (AllocaPartitioning::dead_op_iterator DO = P.dead_op_begin(),
2874                                             DE = P.dead_op_end();
2875        DO != DE; ++DO) {
2876     Value *OldV = **DO;
2877     // Clobber the use with an undef value.
2878     **DO = UndefValue::get(OldV->getType());
2879     if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
2880       if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
2881         Changed = true;
2882         DeadInsts.push_back(OldI);
2883       }
2884   }
2885
2886   return splitAlloca(AI, P) || Changed;
2887 }
2888
2889 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
2890 ///
2891 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
2892 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
2893 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
2894 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
2895 ///
2896 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
2897 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
2898 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst*, 4> &DeletedAllocas) {
2899   DeadSplitInsts.clear();
2900   while (!DeadInsts.empty()) {
2901     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
2902     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
2903
2904     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
2905       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
2906         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
2907         *OI = 0;
2908         if (isInstructionTriviallyDead(U))
2909           DeadInsts.push_back(U);
2910       }
2911
2912     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
2913       DeletedAllocas.insert(AI);
2914
2915     ++NumDeleted;
2916     I->eraseFromParent();
2917   }
2918 }
2919
2920 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
2921 ///
2922 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
2923 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
2924 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
2925 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
2926 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
2927 /// promotion occured.
2928 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
2929   if (PromotableAllocas.empty())
2930     return false;
2931
2932   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
2933
2934   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
2935     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
2936     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT);
2937     PromotableAllocas.clear();
2938     return true;
2939   }
2940
2941   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
2942   SSAUpdater SSA;
2943   DIBuilder DIB(*F.getParent());
2944   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
2945
2946   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
2947     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
2948     for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
2949          UI != UE;) {
2950       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
2951       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
2952       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
2953       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
2954       // scalar values produced.
2955       if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
2956         assert(onlyUsedByLifetimeMarkers(I) &&
2957                "Found a bitcast used outside of a lifetime marker.");
2958         while (!I->use_empty())
2959           cast<Instruction>(*I->use_begin())->eraseFromParent();
2960         I->eraseFromParent();
2961         continue;
2962       }
2963       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
2964         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2965                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2966         II->eraseFromParent();
2967         continue;
2968       }
2969
2970       Insts.push_back(I);
2971     }
2972     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
2973     Insts.clear();
2974   }
2975
2976   PromotableAllocas.clear();
2977   return true;
2978 }
2979
2980 namespace {
2981   /// \brief A predicate to test whether an alloca belongs to a set.
2982   class IsAllocaInSet {
2983     typedef SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> SetType;
2984     const SetType &Set;
2985
2986   public:
2987     IsAllocaInSet(const SetType &Set) : Set(Set) {}
2988     bool operator()(AllocaInst *AI) { return Set.count(AI); }
2989   };
2990 }
2991
2992 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
2993   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
2994   C = &F.getContext();
2995   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
2996   if (!TD) {
2997     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
2998     return false;
2999   }
3000   DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
3001
3002   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3003   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = llvm::prior(EntryBB.end());
3004        I != E; ++I)
3005     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3006       Worklist.insert(AI);
3007
3008   bool Changed = false;
3009   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3010   // the list of promotable allocas.
3011   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3012
3013   while (!Worklist.empty()) {
3014     Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3015     deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3016     if (!DeletedAllocas.empty()) {
3017       PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3018                                              PromotableAllocas.end(),
3019                                              IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
3020                               PromotableAllocas.end());
3021       DeletedAllocas.clear();
3022     }
3023   }
3024
3025   Changed |= promoteAllocas(F);
3026
3027   return Changed;
3028 }
3029
3030 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3031   if (RequiresDomTree)
3032     AU.addRequired<DominatorTree>();
3033   AU.setPreservesCFG();
3034 }