[SROA] Start more deeply moving SROA to use ranges rather than just
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / SROA.cpp
1 //===- SROA.cpp - Scalar Replacement Of Aggregates ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This transformation implements the well known scalar replacement of
11 /// aggregates transformation. It tries to identify promotable elements of an
12 /// aggregate alloca, and promote them to registers. It will also try to
13 /// convert uses of an element (or set of elements) of an alloca into a vector
14 /// or bitfield-style integer scalar if appropriate.
15 ///
16 /// It works to do this with minimal slicing of the alloca so that regions
17 /// which are merely transferred in and out of external memory remain unchanged
18 /// and are not decomposed to scalar code.
19 ///
20 /// Because this also performs alloca promotion, it can be thought of as also
21 /// serving the purpose of SSA formation. The algorithm iterates on the
22 /// function until all opportunities for promotion have been realized.
23 ///
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25
26 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
27 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
28 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
31 #include "llvm/Analysis/AssumptionTracker.h"
32 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
33 #include "llvm/Analysis/PtrUseVisitor.h"
34 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
35 #include "llvm/IR/Constants.h"
36 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
37 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
38 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
39 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
40 #include "llvm/IR/Dominators.h"
41 #include "llvm/IR/Function.h"
42 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
43 #include "llvm/IR/InstVisitor.h"
44 #include "llvm/IR/Instructions.h"
45 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
46 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
47 #include "llvm/IR/Operator.h"
48 #include "llvm/Pass.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Compiler.h"
51 #include "llvm/Support/Debug.h"
52 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
53 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
54 #include "llvm/Support/TimeValue.h"
55 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
58 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
59
60 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
61 // We only use this for a debug check in C++11
62 #include <random>
63 #endif
64
65 using namespace llvm;
66
67 #define DEBUG_TYPE "sroa"
68
69 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
70 STATISTIC(NumAllocaPartitions, "Number of alloca partitions formed");
71 STATISTIC(MaxPartitionsPerAlloca, "Maximum number of partitions per alloca");
72 STATISTIC(NumAllocaPartitionUses, "Number of alloca partition uses rewritten");
73 STATISTIC(MaxUsesPerAllocaPartition, "Maximum number of uses of a partition");
74 STATISTIC(NumNewAllocas, "Number of new, smaller allocas introduced");
75 STATISTIC(NumPromoted, "Number of allocas promoted to SSA values");
76 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
77 STATISTIC(NumDeleted, "Number of instructions deleted");
78 STATISTIC(NumVectorized, "Number of vectorized aggregates");
79
80 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
81 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
82 static cl::opt<bool>
83 ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false), cl::Hidden);
84
85 /// Hidden option to enable randomly shuffling the slices to help uncover
86 /// instability in their order.
87 static cl::opt<bool> SROARandomShuffleSlices("sroa-random-shuffle-slices",
88                                              cl::init(false), cl::Hidden);
89
90 /// Hidden option to experiment with completely strict handling of inbounds
91 /// GEPs.
92 static cl::opt<bool> SROAStrictInbounds("sroa-strict-inbounds",
93                                         cl::init(false), cl::Hidden);
94
95 namespace {
96 /// \brief A custom IRBuilder inserter which prefixes all names if they are
97 /// preserved.
98 template <bool preserveNames = true>
99 class IRBuilderPrefixedInserter :
100     public IRBuilderDefaultInserter<preserveNames> {
101   std::string Prefix;
102
103 public:
104   void SetNamePrefix(const Twine &P) { Prefix = P.str(); }
105
106 protected:
107   void InsertHelper(Instruction *I, const Twine &Name, BasicBlock *BB,
108                     BasicBlock::iterator InsertPt) const {
109     IRBuilderDefaultInserter<preserveNames>::InsertHelper(
110         I, Name.isTriviallyEmpty() ? Name : Prefix + Name, BB, InsertPt);
111   }
112 };
113
114 // Specialization for not preserving the name is trivial.
115 template <>
116 class IRBuilderPrefixedInserter<false> :
117     public IRBuilderDefaultInserter<false> {
118 public:
119   void SetNamePrefix(const Twine &P) {}
120 };
121
122 /// \brief Provide a typedef for IRBuilder that drops names in release builds.
123 #ifndef NDEBUG
124 typedef llvm::IRBuilder<true, ConstantFolder,
125                         IRBuilderPrefixedInserter<true> > IRBuilderTy;
126 #else
127 typedef llvm::IRBuilder<false, ConstantFolder,
128                         IRBuilderPrefixedInserter<false> > IRBuilderTy;
129 #endif
130 }
131
132 namespace {
133 /// \brief A used slice of an alloca.
134 ///
135 /// This structure represents a slice of an alloca used by some instruction. It
136 /// stores both the begin and end offsets of this use, a pointer to the use
137 /// itself, and a flag indicating whether we can classify the use as splittable
138 /// or not when forming partitions of the alloca.
139 class Slice {
140   /// \brief The beginning offset of the range.
141   uint64_t BeginOffset;
142
143   /// \brief The ending offset, not included in the range.
144   uint64_t EndOffset;
145
146   /// \brief Storage for both the use of this slice and whether it can be
147   /// split.
148   PointerIntPair<Use *, 1, bool> UseAndIsSplittable;
149
150 public:
151   Slice() : BeginOffset(), EndOffset() {}
152   Slice(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U, bool IsSplittable)
153       : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset),
154         UseAndIsSplittable(U, IsSplittable) {}
155
156   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
157   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
158
159   bool isSplittable() const { return UseAndIsSplittable.getInt(); }
160   void makeUnsplittable() { UseAndIsSplittable.setInt(false); }
161
162   Use *getUse() const { return UseAndIsSplittable.getPointer(); }
163
164   bool isDead() const { return getUse() == nullptr; }
165   void kill() { UseAndIsSplittable.setPointer(nullptr); }
166
167   /// \brief Support for ordering ranges.
168   ///
169   /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
170   /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
171   /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
172   /// same start position.
173   bool operator<(const Slice &RHS) const {
174     if (beginOffset() < RHS.beginOffset()) return true;
175     if (beginOffset() > RHS.beginOffset()) return false;
176     if (isSplittable() != RHS.isSplittable()) return !isSplittable();
177     if (endOffset() > RHS.endOffset()) return true;
178     return false;
179   }
180
181   /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
182   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(const Slice &LHS,
183                                               uint64_t RHSOffset) {
184     return LHS.beginOffset() < RHSOffset;
185   }
186   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
187                                               const Slice &RHS) {
188     return LHSOffset < RHS.beginOffset();
189   }
190
191   bool operator==(const Slice &RHS) const {
192     return isSplittable() == RHS.isSplittable() &&
193            beginOffset() == RHS.beginOffset() && endOffset() == RHS.endOffset();
194   }
195   bool operator!=(const Slice &RHS) const { return !operator==(RHS); }
196 };
197 } // end anonymous namespace
198
199 namespace llvm {
200 template <typename T> struct isPodLike;
201 template <> struct isPodLike<Slice> {
202    static const bool value = true;
203 };
204 }
205
206 namespace {
207 /// \brief Representation of the alloca slices.
208 ///
209 /// This class represents the slices of an alloca which are formed by its
210 /// various uses. If a pointer escapes, we can't fully build a representation
211 /// for the slices used and we reflect that in this structure. The uses are
212 /// stored, sorted by increasing beginning offset and with unsplittable slices
213 /// starting at a particular offset before splittable slices.
214 class AllocaSlices {
215 public:
216   /// \brief Construct the slices of a particular alloca.
217   AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI);
218
219   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
220   ///
221   /// If this is true, the slices are never fully built and should be
222   /// ignored.
223   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
224
225   /// \brief Support for iterating over the slices.
226   /// @{
227   typedef SmallVectorImpl<Slice>::iterator iterator;
228   typedef iterator_range<iterator> range;
229   iterator begin() { return Slices.begin(); }
230   iterator end() { return Slices.end(); }
231
232   typedef SmallVectorImpl<Slice>::const_iterator const_iterator;
233   typedef iterator_range<const_iterator> const_range;
234   const_iterator begin() const { return Slices.begin(); }
235   const_iterator end() const { return Slices.end(); }
236   /// @}
237
238   /// \brief Allow iterating the dead users for this alloca.
239   ///
240   /// These are instructions which will never actually use the alloca as they
241   /// are outside the allocated range. They are safe to replace with undef and
242   /// delete.
243   /// @{
244   typedef SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator dead_user_iterator;
245   dead_user_iterator dead_user_begin() const { return DeadUsers.begin(); }
246   dead_user_iterator dead_user_end() const { return DeadUsers.end(); }
247   /// @}
248
249   /// \brief Allow iterating the dead expressions referring to this alloca.
250   ///
251   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
252   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
253   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
254   /// need to replace with undef.
255   /// @{
256   typedef SmallVectorImpl<Use *>::const_iterator dead_op_iterator;
257   dead_op_iterator dead_op_begin() const { return DeadOperands.begin(); }
258   dead_op_iterator dead_op_end() const { return DeadOperands.end(); }
259   /// @}
260
261 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
262   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
263   void printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
264                   StringRef Indent = "  ") const;
265   void printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
266                 StringRef Indent = "  ") const;
267   void print(raw_ostream &OS) const;
268   void dump(const_iterator I) const;
269   void dump() const;
270 #endif
271
272 private:
273   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
274   class SliceBuilder;
275   friend class AllocaSlices::SliceBuilder;
276
277 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
278   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
279   AllocaInst &AI;
280 #endif
281
282   /// \brief The instruction responsible for this alloca not having a known set
283   /// of slices.
284   ///
285   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
286   /// store a pointer to that here and abort trying to form slices of the
287   /// alloca. This will be null if the alloca slices are analyzed successfully.
288   Instruction *PointerEscapingInstr;
289
290   /// \brief The slices of the alloca.
291   ///
292   /// We store a vector of the slices formed by uses of the alloca here. This
293   /// vector is sorted by increasing begin offset, and then the unsplittable
294   /// slices before the splittable ones. See the Slice inner class for more
295   /// details.
296   SmallVector<Slice, 8> Slices;
297
298   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
299   ///
300   /// Note that these are not separated by slice. This is because we expect an
301   /// alloca to be completely rewritten or not rewritten at all. If rewritten,
302   /// all these instructions can simply be removed and replaced with undef as
303   /// they come from outside of the allocated space.
304   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
305
306   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
307   ///
308   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
309   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
310   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
311   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
312   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
313   /// the alloca.
314   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
315 };
316 }
317
318 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
319   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
320   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
321   // early on.
322   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
323     return SI.getOperand(1+CI->isZero());
324   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
325     return SI.getOperand(1);
326
327   return nullptr;
328 }
329
330 /// \brief A helper that folds a PHI node or a select.
331 static Value *foldPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
332   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
333     // If PN merges together the same value, return that value.
334     return PN->hasConstantValue();
335   }
336   return foldSelectInst(cast<SelectInst>(I));
337 }
338
339 /// \brief Builder for the alloca slices.
340 ///
341 /// This class builds a set of alloca slices by recursively visiting the uses
342 /// of an alloca and making a slice for each load and store at each offset.
343 class AllocaSlices::SliceBuilder : public PtrUseVisitor<SliceBuilder> {
344   friend class PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
345   friend class InstVisitor<SliceBuilder>;
346   typedef PtrUseVisitor<SliceBuilder> Base;
347
348   const uint64_t AllocSize;
349   AllocaSlices &S;
350
351   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferSliceMap;
352   SmallDenseMap<Instruction *, uint64_t> PHIOrSelectSizes;
353
354   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
355   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
356
357 public:
358   SliceBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaSlices &S)
359       : PtrUseVisitor<SliceBuilder>(DL),
360         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())), S(S) {}
361
362 private:
363   void markAsDead(Instruction &I) {
364     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
365       S.DeadUsers.push_back(&I);
366   }
367
368   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
369                  bool IsSplittable = false) {
370     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
371     // past the end of the allocation.
372     if (Size == 0 || Offset.uge(AllocSize)) {
373       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
374                    << " which has zero size or starts outside of the "
375                    << AllocSize << " byte alloca:\n"
376                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
377                    << "       use: " << I << "\n");
378       return markAsDead(I);
379     }
380
381     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
382     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
383
384     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
385     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
386     // This may appear superficially to be something we could ignore entirely,
387     // but that is not so! There may be widened loads or PHI-node uses where
388     // some instructions are dead but not others. We can't completely ignore
389     // them, and so have to record at least the information here.
390     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
391     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
392       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
393                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
394                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
395                    << "       use: " << I << "\n");
396       EndOffset = AllocSize;
397     }
398
399     S.Slices.push_back(Slice(BeginOffset, EndOffset, U, IsSplittable));
400   }
401
402   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
403     if (BC.use_empty())
404       return markAsDead(BC);
405
406     return Base::visitBitCastInst(BC);
407   }
408
409   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
410     if (GEPI.use_empty())
411       return markAsDead(GEPI);
412
413     if (SROAStrictInbounds && GEPI.isInBounds()) {
414       // FIXME: This is a manually un-factored variant of the basic code inside
415       // of GEPs with checking of the inbounds invariant specified in the
416       // langref in a very strict sense. If we ever want to enable
417       // SROAStrictInbounds, this code should be factored cleanly into
418       // PtrUseVisitor, but it is easier to experiment with SROAStrictInbounds
419       // by writing out the code here where we have tho underlying allocation
420       // size readily available.
421       APInt GEPOffset = Offset;
422       for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI),
423                              GTE = gep_type_end(GEPI);
424            GTI != GTE; ++GTI) {
425         ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
426         if (!OpC)
427           break;
428
429         // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
430         if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
431           unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
432           const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
433           GEPOffset +=
434               APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(ElementIdx));
435         } else {
436           // For array or vector indices, scale the index by the size of the type.
437           APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth());
438           GEPOffset += Index * APInt(Offset.getBitWidth(),
439                                      DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
440         }
441
442         // If this index has computed an intermediate pointer which is not
443         // inbounds, then the result of the GEP is a poison value and we can
444         // delete it and all uses.
445         if (GEPOffset.ugt(AllocSize))
446           return markAsDead(GEPI);
447       }
448     }
449
450     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
451   }
452
453   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
454                          uint64_t Size, bool IsVolatile) {
455     // We allow splitting of loads and stores where the type is an integer type
456     // and cover the entire alloca. This prevents us from splitting over
457     // eagerly.
458     // FIXME: In the great blue eventually, we should eagerly split all integer
459     // loads and stores, and then have a separate step that merges adjacent
460     // alloca partitions into a single partition suitable for integer widening.
461     // Or we should skip the merge step and rely on GVN and other passes to
462     // merge adjacent loads and stores that survive mem2reg.
463     bool IsSplittable =
464         Ty->isIntegerTy() && !IsVolatile && Offset == 0 && Size >= AllocSize;
465
466     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
467   }
468
469   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
470     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
471            "All simple FCA loads should have been pre-split");
472
473     if (!IsOffsetKnown)
474       return PI.setAborted(&LI);
475
476     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI.getType());
477     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, Size, LI.isVolatile());
478   }
479
480   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
481     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
482     if (ValOp == *U)
483       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
484     if (!IsOffsetKnown)
485       return PI.setAborted(&SI);
486
487     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(ValOp->getType());
488
489     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
490     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
491     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
492     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
493     // risk of overflow.
494     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
495     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
496     if (Size > AllocSize || Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
497       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte store @" << Offset
498                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
499                    << " byte alloca:\n"
500                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
501                    << "       use: " << SI << "\n");
502       return markAsDead(SI);
503     }
504
505     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
506            "All simple FCA stores should have been pre-split");
507     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, Size, SI.isVolatile());
508   }
509
510
511   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
512     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
513     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
514     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
515         (IsOffsetKnown && Offset.uge(AllocSize)))
516       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
517       return markAsDead(II);
518
519     if (!IsOffsetKnown)
520       return PI.setAborted(&II);
521
522     insertUse(II, Offset,
523               Length ? Length->getLimitedValue()
524                      : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
525               (bool)Length);
526   }
527
528   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
529     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
530     if (Length && Length->getValue() == 0)
531       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
532       return markAsDead(II);
533
534     // Because we can visit these intrinsics twice, also check to see if the
535     // first time marked this instruction as dead. If so, skip it.
536     if (VisitedDeadInsts.count(&II))
537       return;
538
539     if (!IsOffsetKnown)
540       return PI.setAborted(&II);
541
542     // This side of the transfer is completely out-of-bounds, and so we can
543     // nuke the entire transfer. However, we also need to nuke the other side
544     // if already added to our partitions.
545     // FIXME: Yet another place we really should bypass this when
546     // instrumenting for ASan.
547     if (Offset.uge(AllocSize)) {
548       SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI = MemTransferSliceMap.find(&II);
549       if (MTPI != MemTransferSliceMap.end())
550         S.Slices[MTPI->second].kill();
551       return markAsDead(II);
552     }
553
554     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
555     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue()
556                            : AllocSize - RawOffset;
557
558     // Check for the special case where the same exact value is used for both
559     // source and dest.
560     if (*U == II.getRawDest() && *U == II.getRawSource()) {
561       // For non-volatile transfers this is a no-op.
562       if (!II.isVolatile())
563         return markAsDead(II);
564
565       return insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/false);
566     }
567
568     // If we have seen both source and destination for a mem transfer, then
569     // they both point to the same alloca.
570     bool Inserted;
571     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI;
572     std::tie(MTPI, Inserted) =
573         MemTransferSliceMap.insert(std::make_pair(&II, S.Slices.size()));
574     unsigned PrevIdx = MTPI->second;
575     if (!Inserted) {
576       Slice &PrevP = S.Slices[PrevIdx];
577
578       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
579       // In that case, we can completely elide the transfer.
580       if (!II.isVolatile() && PrevP.beginOffset() == RawOffset) {
581         PrevP.kill();
582         return markAsDead(II);
583       }
584
585       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
586       // split those.
587       PrevP.makeUnsplittable();
588     }
589
590     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
591     insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/Inserted && Length);
592
593     // Check that we ended up with a valid index in the map.
594     assert(S.Slices[PrevIdx].getUse()->getUser() == &II &&
595            "Map index doesn't point back to a slice with this user.");
596   }
597
598   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
599   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
600   // doesn't make sense.
601   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
602     if (!IsOffsetKnown)
603       return PI.setAborted(&II);
604
605     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
606         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
607       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
608       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
609                                Length->getLimitedValue());
610       insertUse(II, Offset, Size, true);
611       return;
612     }
613
614     Base::visitIntrinsicInst(II);
615   }
616
617   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
618     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
619     // the same offset to be a viable use for slicing purposes. These uses
620     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
621     // size.
622     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
623     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
624     Visited.insert(Root);
625     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
626     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
627     // a size zero access.
628     Size = 0;
629     do {
630       Instruction *I, *UsedI;
631       std::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
632
633       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
634         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(LI->getType()));
635         continue;
636       }
637       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
638         Value *Op = SI->getOperand(0);
639         if (Op == UsedI)
640           return SI;
641         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(Op->getType()));
642         continue;
643       }
644
645       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
646         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
647           return GEP;
648       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
649                  !isa<SelectInst>(I)) {
650         return I;
651       }
652
653       for (User *U : I->users())
654         if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)))
655           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(U)));
656     } while (!Uses.empty());
657
658     return nullptr;
659   }
660
661   void visitPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
662     assert(isa<PHINode>(I) || isa<SelectInst>(I));
663     if (I.use_empty())
664       return markAsDead(I);
665
666     // TODO: We could use SimplifyInstruction here to fold PHINodes and
667     // SelectInsts. However, doing so requires to change the current
668     // dead-operand-tracking mechanism. For instance, suppose neither loading
669     // from %U nor %other traps. Then "load (select undef, %U, %other)" does not
670     // trap either.  However, if we simply replace %U with undef using the
671     // current dead-operand-tracking mechanism, "load (select undef, undef,
672     // %other)" may trap because the select may return the first operand
673     // "undef".
674     if (Value *Result = foldPHINodeOrSelectInst(I)) {
675       if (Result == *U)
676         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
677         // through the PHI/select as if we had RAUW'ed it.
678         enqueueUsers(I);
679       else
680         // Otherwise the operand to the PHI/select is dead, and we can replace
681         // it with undef.
682         S.DeadOperands.push_back(U);
683
684       return;
685     }
686
687     if (!IsOffsetKnown)
688       return PI.setAborted(&I);
689
690     // See if we already have computed info on this node.
691     uint64_t &Size = PHIOrSelectSizes[&I];
692     if (!Size) {
693       // This is a new PHI/Select, check for an unsafe use of it.
694       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&I, Size))
695         return PI.setAborted(UnsafeI);
696     }
697
698     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
699     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
700     // case them here and use a separate structure to track the operands
701     // themselves which should be replaced with undef.
702     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
703     // for address sanitization.
704     if (Offset.uge(AllocSize)) {
705       S.DeadOperands.push_back(U);
706       return;
707     }
708
709     insertUse(I, Offset, Size);
710   }
711
712   void visitPHINode(PHINode &PN) {
713     visitPHINodeOrSelectInst(PN);
714   }
715
716   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
717     visitPHINodeOrSelectInst(SI);
718   }
719
720   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
721   void visitInstruction(Instruction &I) {
722     PI.setAborted(&I);
723   }
724 };
725
726 AllocaSlices::AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI)
727     :
728 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
729       AI(AI),
730 #endif
731       PointerEscapingInstr(nullptr) {
732   SliceBuilder PB(DL, AI, *this);
733   SliceBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
734   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
735     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
736     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaSlices.
737     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
738                                                   : PtrI.getAbortingInst();
739     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
740     return;
741   }
742
743   Slices.erase(std::remove_if(Slices.begin(), Slices.end(),
744                               std::mem_fun_ref(&Slice::isDead)),
745                Slices.end());
746
747 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
748   if (SROARandomShuffleSlices) {
749     std::mt19937 MT(static_cast<unsigned>(sys::TimeValue::now().msec()));
750     std::shuffle(Slices.begin(), Slices.end(), MT);
751   }
752 #endif
753
754   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
755   // and the sizes to be in descending order.
756   std::sort(Slices.begin(), Slices.end());
757 }
758
759 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
760
761 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
762                          StringRef Indent) const {
763   printSlice(OS, I, Indent);
764   printUse(OS, I, Indent);
765 }
766
767 void AllocaSlices::printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
768                               StringRef Indent) const {
769   OS << Indent << "[" << I->beginOffset() << "," << I->endOffset() << ")"
770      << " slice #" << (I - begin())
771      << (I->isSplittable() ? " (splittable)" : "") << "\n";
772 }
773
774 void AllocaSlices::printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
775                             StringRef Indent) const {
776   OS << Indent << "  used by: " << *I->getUse()->getUser() << "\n";
777 }
778
779 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS) const {
780   if (PointerEscapingInstr) {
781     OS << "Can't analyze slices for alloca: " << AI << "\n"
782        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
783        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
784     return;
785   }
786
787   OS << "Slices of alloca: " << AI << "\n";
788   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
789     print(OS, I);
790 }
791
792 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump(const_iterator I) const {
793   print(dbgs(), I);
794 }
795 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump() const { print(dbgs()); }
796
797 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
798
799 namespace {
800 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
801 ///
802 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
803 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
804 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
805 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
806 /// scalar values.
807 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
808   AllocaInst &AI;
809   DIBuilder &DIB;
810
811   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
812   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
813
814 public:
815   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction *> &Insts, SSAUpdater &S,
816                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
817       : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
818
819   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
820     // Retain the debug information attached to the alloca for use when
821     // rewriting loads and stores.
822     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
823       for (User *U : DebugNode->users())
824         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(U))
825           DDIs.push_back(DDI);
826         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(U))
827           DVIs.push_back(DVI);
828     }
829
830     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
831
832     // While we have the debug information, clear it off of the alloca. The
833     // caller takes care of deleting the alloca.
834     while (!DDIs.empty())
835       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
836     while (!DVIs.empty())
837       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
838   }
839
840   bool isInstInList(Instruction *I,
841                     const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const override {
842     Value *Ptr;
843     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
844       Ptr = LI->getOperand(0);
845     else
846       Ptr = cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
847
848     // Only used to detect cycles, which will be rare and quickly found as
849     // we're walking up a chain of defs rather than down through uses.
850     SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
851
852     do {
853       if (Ptr == &AI)
854         return true;
855
856       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Ptr))
857         Ptr = BCI->getOperand(0);
858       else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
859         Ptr = GEPI->getPointerOperand();
860       else
861         return false;
862
863     } while (Visited.insert(Ptr));
864
865     return false;
866   }
867
868   void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const override {
869     for (SmallVectorImpl<DbgDeclareInst *>::const_iterator I = DDIs.begin(),
870            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
871       DbgDeclareInst *DDI = *I;
872       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
873         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
874       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
875         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
876     }
877     for (SmallVectorImpl<DbgValueInst *>::const_iterator I = DVIs.begin(),
878            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
879       DbgValueInst *DVI = *I;
880       Value *Arg = nullptr;
881       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
882         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
883         // may be zapped by an optimization pass in future.
884         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
885           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
886         else if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
887           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
888         if (!Arg)
889           Arg = SI->getValueOperand();
890       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
891         Arg = LI->getPointerOperand();
892       } else {
893         continue;
894       }
895       Instruction *DbgVal =
896           DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
897                                       DIExpression(DVI->getExpression()), Inst);
898       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
899     }
900   }
901 };
902 } // end anon namespace
903
904
905 namespace {
906 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
907 ///
908 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
909 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
910 /// a few steps to this process.
911 ///
912 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
913 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
914 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
915 ///    as necessary and try to isolate individual scalar accesses.
916 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
917 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
918 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
919 ///    select to be a PHI or select of the results.
920 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
921 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
922 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
923 ///    SSA vector values.
924 class SROA : public FunctionPass {
925   const bool RequiresDomTree;
926
927   LLVMContext *C;
928   const DataLayout *DL;
929   DominatorTree *DT;
930   AssumptionTracker *AT;
931
932   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
933   ///
934   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
935   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
936   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
937   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
938   /// already present to ensure it is re-visited.
939   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
940
941   /// \brief A collection of instructions to delete.
942   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
943   /// efficient.
944   SetVector<Instruction *, SmallVector<Instruction *, 8> > DeadInsts;
945
946   /// \brief Post-promotion worklist.
947   ///
948   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
949   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
950   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
951   ///
952   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
953   /// the event they are deleted.
954   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
955
956   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
957   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
958
959   /// \brief A worklist of PHIs to speculate prior to promoting allocas.
960   ///
961   /// All of these PHIs have been checked for the safety of speculation and by
962   /// being speculated will allow promoting allocas currently in the promotable
963   /// queue.
964   SetVector<PHINode *, SmallVector<PHINode *, 2> > SpeculatablePHIs;
965
966   /// \brief A worklist of select instructions to speculate prior to promoting
967   /// allocas.
968   ///
969   /// All of these select instructions have been checked for the safety of
970   /// speculation and by being speculated will allow promoting allocas
971   /// currently in the promotable queue.
972   SetVector<SelectInst *, SmallVector<SelectInst *, 2> > SpeculatableSelects;
973
974 public:
975   SROA(bool RequiresDomTree = true)
976       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
977         C(nullptr), DL(nullptr), DT(nullptr) {
978     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
979   }
980   bool runOnFunction(Function &F) override;
981   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
982
983   const char *getPassName() const override { return "SROA"; }
984   static char ID;
985
986 private:
987   friend class PHIOrSelectSpeculator;
988   friend class AllocaSliceRewriter;
989
990   bool rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S,
991                         AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
992                         int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
993                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses);
994   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S);
995   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
996   void clobberUse(Use &U);
997   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSetImpl<AllocaInst *> &DeletedAllocas);
998   bool promoteAllocas(Function &F);
999 };
1000 }
1001
1002 char SROA::ID = 0;
1003
1004 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
1005   return new SROA(RequiresDomTree);
1006 }
1007
1008 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1009                       false, false)
1010 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionTracker)
1011 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
1012 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1013                     false, false)
1014
1015 /// Walk the range of a partitioning looking for a common type to cover this
1016 /// sequence of slices.
1017 static Type *findCommonType(AllocaSlices::const_iterator B,
1018                             AllocaSlices::const_iterator E,
1019                             uint64_t EndOffset) {
1020   Type *Ty = nullptr;
1021   bool TyIsCommon = true;
1022   IntegerType *ITy = nullptr;
1023
1024   // Note that we need to look at *every* alloca slice's Use to ensure we
1025   // always get consistent results regardless of the order of slices.
1026   for (AllocaSlices::const_iterator I = B; I != E; ++I) {
1027     Use *U = I->getUse();
1028     if (isa<IntrinsicInst>(*U->getUser()))
1029       continue;
1030     if (I->beginOffset() != B->beginOffset() || I->endOffset() != EndOffset)
1031       continue;
1032
1033     Type *UserTy = nullptr;
1034     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1035       UserTy = LI->getType();
1036     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1037       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1038     }
1039
1040     if (IntegerType *UserITy = dyn_cast_or_null<IntegerType>(UserTy)) {
1041       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
1042       // this for split integer operations where we want to use the type of the
1043       // entity causing the split. Also skip if the type is not a byte width
1044       // multiple.
1045       if (UserITy->getBitWidth() % 8 != 0 ||
1046           UserITy->getBitWidth() / 8 > (EndOffset - B->beginOffset()))
1047         continue;
1048
1049       // Track the largest bitwidth integer type used in this way in case there
1050       // is no common type.
1051       if (!ITy || ITy->getBitWidth() < UserITy->getBitWidth())
1052         ITy = UserITy;
1053     }
1054
1055     // To avoid depending on the order of slices, Ty and TyIsCommon must not
1056     // depend on types skipped above.
1057     if (!UserTy || (Ty && Ty != UserTy))
1058       TyIsCommon = false; // Give up on anything but an iN type.
1059     else
1060       Ty = UserTy;
1061   }
1062
1063   return TyIsCommon ? Ty : ITy;
1064 }
1065
1066 /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1067 /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1068 /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1069 /// From this:
1070 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1071 ///   %V = load i32* %P2
1072 /// to:
1073 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1074 ///   ...
1075 ///   %V2 = load i32* %Other
1076 ///   ...
1077 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1078 ///
1079 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1080 /// to the select can be loaded unconditionally.
1081 ///
1082 /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1083 /// Transforms/Util/Local.h
1084 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN,
1085                                  const DataLayout *DL = nullptr) {
1086   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1087   // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1088   // TODO: Allow recursive phi users.
1089   // TODO: Allow stores.
1090   BasicBlock *BB = PN.getParent();
1091   unsigned MaxAlign = 0;
1092   bool HaveLoad = false;
1093   for (User *U : PN.users()) {
1094     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1095     if (!LI || !LI->isSimple())
1096       return false;
1097
1098     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1099     // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1100     // a PHI.
1101     if (LI->getParent() != BB)
1102       return false;
1103
1104     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1105     // could store.
1106     for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1107       if (BBI->mayWriteToMemory())
1108         return false;
1109
1110     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1111     HaveLoad = true;
1112   }
1113
1114   if (!HaveLoad)
1115     return false;
1116
1117   // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1118   // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1119   // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1120   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1121     TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1122     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1123
1124     // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1125     // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1126     // in the predecessor.
1127     if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1128       return false;
1129
1130     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1131     // critical.
1132     if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1133       continue;
1134
1135     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1136     // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1137     // block.
1138     if (InVal->isDereferenceablePointer(DL) ||
1139         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, DL))
1140       continue;
1141
1142     return false;
1143   }
1144
1145   return true;
1146 }
1147
1148 static void speculatePHINodeLoads(PHINode &PN) {
1149   DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1150
1151   Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1152   IRBuilderTy PHIBuilder(&PN);
1153   PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1154                                         PN.getName() + ".sroa.speculated");
1155
1156   // Get the AA tags and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1157   // matter which one we get and if any differ.
1158   LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1159
1160   AAMDNodes AATags;
1161   SomeLoad->getAAMetadata(AATags);
1162   unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1163
1164   // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1165   while (!PN.use_empty()) {
1166     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1167     LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1168     LI->eraseFromParent();
1169   }
1170
1171   // Inject loads into all of the pred blocks.
1172   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1173     BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1174     TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1175     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1176     IRBuilderTy PredBuilder(TI);
1177
1178     LoadInst *Load = PredBuilder.CreateLoad(
1179         InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." + Pred->getName()));
1180     ++NumLoadsSpeculated;
1181     Load->setAlignment(Align);
1182     if (AATags)
1183       Load->setAAMetadata(AATags);
1184     NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1185   }
1186
1187   DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1188   PN.eraseFromParent();
1189 }
1190
1191 /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1192 /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1193 /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1194 /// From this:
1195 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1196 ///   %V = load i32* %P2
1197 /// to:
1198 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1199 ///   %V2 = load i32* %Other
1200 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1201 ///
1202 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1203 /// to the select can be loaded unconditionally.
1204 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
1205                                     const DataLayout *DL = nullptr) {
1206   Value *TValue = SI.getTrueValue();
1207   Value *FValue = SI.getFalseValue();
1208   bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer(DL);
1209   bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer(DL);
1210
1211   for (User *U : SI.users()) {
1212     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1213     if (!LI || !LI->isSimple())
1214       return false;
1215
1216     // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1217     // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1218     // accesses to it.
1219     if (!TDerefable &&
1220         !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1221       return false;
1222     if (!FDerefable &&
1223         !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1224       return false;
1225   }
1226
1227   return true;
1228 }
1229
1230 static void speculateSelectInstLoads(SelectInst &SI) {
1231   DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1232
1233   IRBuilderTy IRB(&SI);
1234   Value *TV = SI.getTrueValue();
1235   Value *FV = SI.getFalseValue();
1236   // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1237   while (!SI.use_empty()) {
1238     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI.user_back());
1239     assert(LI->isSimple() && "We only speculate simple loads");
1240
1241     IRB.SetInsertPoint(LI);
1242     LoadInst *TL =
1243         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1244     LoadInst *FL =
1245         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1246     NumLoadsSpeculated += 2;
1247
1248     // Transfer alignment and AA info if present.
1249     TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1250     FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1251
1252     AAMDNodes Tags;
1253     LI->getAAMetadata(Tags);
1254     if (Tags) {
1255       TL->setAAMetadata(Tags);
1256       FL->setAAMetadata(Tags);
1257     }
1258
1259     Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1260                                 LI->getName() + ".sroa.speculated");
1261
1262     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1263     LI->replaceAllUsesWith(V);
1264     LI->eraseFromParent();
1265   }
1266   SI.eraseFromParent();
1267 }
1268
1269 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1270 ///
1271 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1272 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1273 static Value *buildGEP(IRBuilderTy &IRB, Value *BasePtr,
1274                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices, Twine NamePrefix) {
1275   if (Indices.empty())
1276     return BasePtr;
1277
1278   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1279   // in that case.
1280   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1281     return BasePtr;
1282
1283   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, NamePrefix + "sroa_idx");
1284 }
1285
1286 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1287 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1288 ///
1289 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1290 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1291 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1292 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1293 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1294 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1295 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1296                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1297                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1298                                     Twine NamePrefix) {
1299   if (Ty == TargetTy)
1300     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1301
1302   // Pointer size to use for the indices.
1303   unsigned PtrSize = DL.getPointerTypeSizeInBits(BasePtr->getType());
1304
1305   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1306   // type.
1307   unsigned NumLayers = 0;
1308   Type *ElementTy = Ty;
1309   do {
1310     if (ElementTy->isPointerTy())
1311       break;
1312
1313     if (ArrayType *ArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(ElementTy)) {
1314       ElementTy = ArrayTy->getElementType();
1315       Indices.push_back(IRB.getIntN(PtrSize, 0));
1316     } else if (VectorType *VectorTy = dyn_cast<VectorType>(ElementTy)) {
1317       ElementTy = VectorTy->getElementType();
1318       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1319     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1320       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1321         break; // Nothing left to descend into.
1322       ElementTy = *STy->element_begin();
1323       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1324     } else {
1325       break;
1326     }
1327     ++NumLayers;
1328   } while (ElementTy != TargetTy);
1329   if (ElementTy != TargetTy)
1330     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1331
1332   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1333 }
1334
1335 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1336 ///
1337 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1338 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1339 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1340                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1341                                        Type *TargetTy,
1342                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1343                                        Twine NamePrefix) {
1344   if (Offset == 0)
1345     return getNaturalGEPWithType(IRB, DL, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1346
1347   // We can't recurse through pointer types.
1348   if (Ty->isPointerTy())
1349     return nullptr;
1350
1351   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1352   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1353   // over a vector from the IR completely.
1354   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1355     unsigned ElementSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1356     if (ElementSizeInBits % 8 != 0) {
1357       // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1358       return nullptr;
1359     }
1360     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1361     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1362     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1363       return nullptr;
1364     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1365     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1366     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, VecTy->getElementType(),
1367                                     Offset, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1368   }
1369
1370   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1371     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1372     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1373     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1374     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1375       return nullptr;
1376
1377     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1378     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1379     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1380                                     Indices, NamePrefix);
1381   }
1382
1383   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1384   if (!STy)
1385     return nullptr;
1386
1387   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1388   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1389   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1390     return nullptr;
1391   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1392   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1393   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1394   if (Offset.uge(DL.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1395     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
1396
1397   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1398   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1399                                   Indices, NamePrefix);
1400 }
1401
1402 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1403 /// resulting in a particular type.
1404 ///
1405 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1406 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1407 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1408 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1409 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1410 ///
1411 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1412 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1413                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1414                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1415                                       Twine NamePrefix) {
1416   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1417
1418   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1419   // an i8.
1420   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy(Ty->getAddressSpace()) && TargetTy->isIntegerTy(8))
1421     return nullptr;
1422
1423   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1424   if (!ElementTy->isSized())
1425     return nullptr; // We can't GEP through an unsized element.
1426   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1427   if (ElementSize == 0)
1428     return nullptr; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1429   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1430
1431   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1432   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1433   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1434                                   Indices, NamePrefix);
1435 }
1436
1437 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1438 /// resulting pointer has PointerTy.
1439 ///
1440 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1441 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1442 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1443 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1444 /// bitcast to the type.
1445 ///
1446 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1447 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1448 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1449 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1450 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1451 /// surrounding code.
1452 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL, Value *Ptr,
1453                              APInt Offset, Type *PointerTy,
1454                              Twine NamePrefix) {
1455   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1456   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1457   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1458   Visited.insert(Ptr);
1459   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1460
1461   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1462   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1463   // fall back to it, so keep it around here.
1464   Value *OffsetPtr = nullptr;
1465
1466   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1467   // byte offset.
1468   Value *Int8Ptr = nullptr;
1469   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1470
1471   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1472
1473   do {
1474     // First fold any existing GEPs into the offset.
1475     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1476       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1477       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
1478         break;
1479       Offset += GEPOffset;
1480       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1481       if (!Visited.insert(Ptr))
1482         break;
1483     }
1484
1485     // See if we can perform a natural GEP here.
1486     Indices.clear();
1487     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, DL, Ptr, Offset, TargetTy,
1488                                            Indices, NamePrefix)) {
1489       if (P->getType() == PointerTy) {
1490         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1491         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1492           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1493             I->eraseFromParent();
1494         return P;
1495       }
1496       if (!OffsetPtr) {
1497         OffsetPtr = P;
1498       }
1499     }
1500
1501     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1502     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1503       Int8Ptr = Ptr;
1504       Int8PtrOffset = Offset;
1505     }
1506
1507     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1508     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1509       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1510     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1511       if (GA->mayBeOverridden())
1512         break;
1513       Ptr = GA->getAliasee();
1514     } else {
1515       break;
1516     }
1517     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1518   } while (Visited.insert(Ptr));
1519
1520   if (!OffsetPtr) {
1521     if (!Int8Ptr) {
1522       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(
1523           Ptr, IRB.getInt8PtrTy(PointerTy->getPointerAddressSpace()),
1524           NamePrefix + "sroa_raw_cast");
1525       Int8PtrOffset = Offset;
1526     }
1527
1528     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1529       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1530                             NamePrefix + "sroa_raw_idx");
1531   }
1532   Ptr = OffsetPtr;
1533
1534   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1535   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1536     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, NamePrefix + "sroa_cast");
1537
1538   return Ptr;
1539 }
1540
1541 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1542 ///
1543 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1544 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1545 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1546 /// underlying value, and convert that value.
1547 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1548   if (OldTy == NewTy)
1549     return true;
1550   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1551     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1552       if (NewITy->getBitWidth() >= OldITy->getBitWidth())
1553         return true;
1554   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1555     return false;
1556   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1557     return false;
1558
1559   // We can convert pointers to integers and vice-versa. Same for vectors
1560   // of pointers and integers.
1561   OldTy = OldTy->getScalarType();
1562   NewTy = NewTy->getScalarType();
1563   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1564     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
1565       return true;
1566     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
1567       return true;
1568     return false;
1569   }
1570
1571   return true;
1572 }
1573
1574 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1575 /// type.
1576 ///
1577 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1578 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1579 /// two types for viability with this routine.
1580 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1581                            Type *NewTy) {
1582   Type *OldTy = V->getType();
1583   assert(canConvertValue(DL, OldTy, NewTy) && "Value not convertable to type");
1584
1585   if (OldTy == NewTy)
1586     return V;
1587
1588   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1589     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1590       if (NewITy->getBitWidth() > OldITy->getBitWidth())
1591         return IRB.CreateZExt(V, NewITy);
1592
1593   // See if we need inttoptr for this type pair. A cast involving both scalars
1594   // and vectors requires and additional bitcast.
1595   if (OldTy->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1596       NewTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
1597     // Expand <2 x i32> to i8* --> <2 x i32> to i64 to i8*
1598     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1599       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1600                                 NewTy);
1601
1602     // Expand i128 to <2 x i8*> --> i128 to <2 x i64> to <2 x i8*>
1603     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1604       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1605                                 NewTy);
1606
1607     return IRB.CreateIntToPtr(V, NewTy);
1608   }
1609
1610   // See if we need ptrtoint for this type pair. A cast involving both scalars
1611   // and vectors requires and additional bitcast.
1612   if (OldTy->getScalarType()->isPointerTy() &&
1613       NewTy->getScalarType()->isIntegerTy()) {
1614     // Expand <2 x i8*> to i128 --> <2 x i8*> to <2 x i64> to i128
1615     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1616       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1617                                NewTy);
1618
1619     // Expand i8* to <2 x i32> --> i8* to i64 to <2 x i32>
1620     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1621       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1622                                NewTy);
1623
1624     return IRB.CreatePtrToInt(V, NewTy);
1625   }
1626
1627   return IRB.CreateBitCast(V, NewTy);
1628 }
1629
1630 /// \brief Test whether the given slice use can be promoted to a vector.
1631 ///
1632 /// This function is called to test each entry in a partioning which is slated
1633 /// for a single slice.
1634 static bool
1635 isVectorPromotionViableForSlice(const DataLayout &DL, uint64_t SliceBeginOffset,
1636                                 uint64_t SliceEndOffset, VectorType *Ty,
1637                                 uint64_t ElementSize, const Slice &S) {
1638   // First validate the slice offsets.
1639   uint64_t BeginOffset =
1640       std::max(S.beginOffset(), SliceBeginOffset) - SliceBeginOffset;
1641   uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1642   if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1643       BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1644     return false;
1645   uint64_t EndOffset =
1646       std::min(S.endOffset(), SliceEndOffset) - SliceBeginOffset;
1647   uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1648   if (EndIndex * ElementSize != EndOffset || EndIndex > Ty->getNumElements())
1649     return false;
1650
1651   assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1652   uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1653   Type *SliceTy = (NumElements == 1)
1654                       ? Ty->getElementType()
1655                       : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1656
1657   Type *SplitIntTy =
1658       Type::getIntNTy(Ty->getContext(), NumElements * ElementSize * 8);
1659
1660   Use *U = S.getUse();
1661
1662   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1663     if (MI->isVolatile())
1664       return false;
1665     if (!S.isSplittable())
1666       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1667   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1668     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1669         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1670       return false;
1671   } else if (U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1672     // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1673     return false;
1674   } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1675     if (LI->isVolatile())
1676       return false;
1677     Type *LTy = LI->getType();
1678     if (SliceBeginOffset > S.beginOffset() || SliceEndOffset < S.endOffset()) {
1679       assert(LTy->isIntegerTy());
1680       LTy = SplitIntTy;
1681     }
1682     if (!canConvertValue(DL, SliceTy, LTy))
1683       return false;
1684   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1685     if (SI->isVolatile())
1686       return false;
1687     Type *STy = SI->getValueOperand()->getType();
1688     if (SliceBeginOffset > S.beginOffset() || SliceEndOffset < S.endOffset()) {
1689       assert(STy->isIntegerTy());
1690       STy = SplitIntTy;
1691     }
1692     if (!canConvertValue(DL, STy, SliceTy))
1693       return false;
1694   } else {
1695     return false;
1696   }
1697
1698   return true;
1699 }
1700
1701 /// \brief Test whether the given alloca partitioning and range of slices can be
1702 /// promoted to a vector.
1703 ///
1704 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1705 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1706 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1707 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1708 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1709 /// be promotable, so we have an early test here.
1710 static bool
1711 isVectorPromotionViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy,
1712                         uint64_t SliceBeginOffset, uint64_t SliceEndOffset,
1713                         AllocaSlices::const_range Slices,
1714                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1715   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
1716   if (!Ty)
1717     return false;
1718
1719   uint64_t ElementSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
1720
1721   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1722   // that aren't byte sized.
1723   if (ElementSize % 8)
1724     return false;
1725   assert((DL.getTypeSizeInBits(Ty) % 8) == 0 &&
1726          "vector size not a multiple of element size?");
1727   ElementSize /= 8;
1728
1729   for (const auto &S : Slices)
1730     if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, SliceBeginOffset, SliceEndOffset,
1731                                          Ty, ElementSize, S))
1732       return false;
1733
1734   for (const auto &SI : SplitUses)
1735     if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, SliceBeginOffset, SliceEndOffset,
1736                                          Ty, ElementSize, *SI))
1737       return false;
1738
1739   return true;
1740 }
1741
1742 /// \brief Test whether a slice of an alloca is valid for integer widening.
1743 ///
1744 /// This implements the necessary checking for the \c isIntegerWideningViable
1745 /// test below on a single slice of the alloca.
1746 static bool isIntegerWideningViableForSlice(const DataLayout &DL,
1747                                             Type *AllocaTy,
1748                                             uint64_t AllocBeginOffset,
1749                                             uint64_t Size,
1750                                             const Slice &S,
1751                                             bool &WholeAllocaOp) {
1752   uint64_t RelBegin = S.beginOffset() - AllocBeginOffset;
1753   uint64_t RelEnd = S.endOffset() - AllocBeginOffset;
1754
1755   // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
1756   // the end of the aloca's type and into its padding.
1757   if (RelEnd > Size)
1758     return false;
1759
1760   Use *U = S.getUse();
1761
1762   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1763     if (LI->isVolatile())
1764       return false;
1765     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1766       WholeAllocaOp = true;
1767     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
1768       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1769         return false;
1770     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1771                !canConvertValue(DL, AllocaTy, LI->getType())) {
1772       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
1773       // they are promotable.
1774       return false;
1775     }
1776   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1777     Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
1778     if (SI->isVolatile())
1779       return false;
1780     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1781       WholeAllocaOp = true;
1782     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
1783       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1784         return false;
1785     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1786                !canConvertValue(DL, ValueTy, AllocaTy)) {
1787       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
1788       // they are promotable.
1789       return false;
1790     }
1791   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1792     if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
1793       return false;
1794     if (!S.isSplittable())
1795       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1796   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1797     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1798         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1799       return false;
1800   } else {
1801     return false;
1802   }
1803
1804   return true;
1805 }
1806
1807 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
1808 /// widened to promotable ones.
1809 ///
1810 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
1811 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
1812 /// promote the resulting alloca.
1813 static bool
1814 isIntegerWideningViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy,
1815                         uint64_t AllocBeginOffset,
1816                         AllocaSlices::const_range Slices,
1817                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1818   uint64_t SizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
1819   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
1820   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
1821     return false;
1822
1823   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
1824   if (SizeInBits != DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
1825     return false;
1826
1827   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
1828   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
1829   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
1830   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
1831   if (!canConvertValue(DL, AllocaTy, IntTy) ||
1832       !canConvertValue(DL, IntTy, AllocaTy))
1833     return false;
1834
1835   uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(AllocaTy);
1836
1837   // While examining uses, we ensure that the alloca has a covering load or
1838   // store. We don't want to widen the integer operations only to fail to
1839   // promote due to some other unsplittable entry (which we may make splittable
1840   // later). However, if there are only splittable uses, go ahead and assume
1841   // that we cover the alloca.
1842   bool WholeAllocaOp =
1843       Slices.begin() != Slices.end() ? false : DL.isLegalInteger(SizeInBits);
1844
1845   for (const auto &S : Slices)
1846     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1847                                          S, WholeAllocaOp))
1848       return false;
1849
1850   for (const auto &SI : SplitUses)
1851     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1852                                          *SI, WholeAllocaOp))
1853       return false;
1854
1855   return WholeAllocaOp;
1856 }
1857
1858 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1859                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
1860                              const Twine &Name) {
1861   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1862   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
1863   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1864          "Element extends past full value");
1865   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1866   if (DL.isBigEndian())
1867     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1868   if (ShAmt) {
1869     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
1870     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1871   }
1872   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1873          "Cannot extract to a larger integer!");
1874   if (Ty != IntTy) {
1875     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
1876     DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
1877   }
1878   return V;
1879 }
1880
1881 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *Old,
1882                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
1883   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
1884   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
1885   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1886          "Cannot insert a larger integer!");
1887   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1888   if (Ty != IntTy) {
1889     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
1890     DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
1891   }
1892   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1893          "Element store outside of alloca store");
1894   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1895   if (DL.isBigEndian())
1896     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1897   if (ShAmt) {
1898     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
1899     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1900   }
1901
1902   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
1903     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
1904     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
1905     DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
1906     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
1907     DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
1908   }
1909   return V;
1910 }
1911
1912 static Value *extractVector(IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1913                             unsigned BeginIndex, unsigned EndIndex,
1914                             const Twine &Name) {
1915   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
1916   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1917   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
1918
1919   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
1920     return V;
1921
1922   if (NumElements == 1) {
1923     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1924                                  Name + ".extract");
1925     DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
1926     return V;
1927   }
1928
1929   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1930   Mask.reserve(NumElements);
1931   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
1932     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
1933   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1934                               ConstantVector::get(Mask),
1935                               Name + ".extract");
1936   DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
1937   return V;
1938 }
1939
1940 static Value *insertVector(IRBuilderTy &IRB, Value *Old, Value *V,
1941                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
1942   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
1943   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
1944
1945   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
1946   if (!Ty) {
1947     // Single element to insert.
1948     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1949                                 Name + ".insert");
1950     DEBUG(dbgs() <<  "     insert: " << *V << "\n");
1951     return V;
1952   }
1953
1954   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
1955          "Too many elements!");
1956   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
1957     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
1958     return V;
1959   }
1960   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
1961
1962   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
1963   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
1964   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
1965   // incoming vector.
1966   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1967   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
1968   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1969     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
1970       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
1971     else
1972       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
1973   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1974                               ConstantVector::get(Mask),
1975                               Name + ".expand");
1976   DEBUG(dbgs() << "    shuffle: " << *V << "\n");
1977
1978   Mask.clear();
1979   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1980     Mask.push_back(IRB.getInt1(i >= BeginIndex && i < EndIndex));
1981
1982   V = IRB.CreateSelect(ConstantVector::get(Mask), V, Old, Name + "blend");
1983
1984   DEBUG(dbgs() << "    blend: " << *V << "\n");
1985   return V;
1986 }
1987
1988 namespace {
1989 /// \brief Visitor to rewrite instructions using p particular slice of an alloca
1990 /// to use a new alloca.
1991 ///
1992 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
1993 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
1994 /// lives here.
1995 class AllocaSliceRewriter : public InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> {
1996   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1997   friend class llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
1998   typedef llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> Base;
1999
2000   const DataLayout &DL;
2001   AllocaSlices &S;
2002   SROA &Pass;
2003   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2004   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2005   Type *NewAllocaTy;
2006
2007   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2008   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2009   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
2010   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2011   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2012   //     element.
2013   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2014   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2015   //     which are promotable via mem2reg.
2016   VectorType *VecTy;
2017   Type *ElementTy;
2018   uint64_t ElementSize;
2019
2020   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2021   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
2022   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
2023   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2024   IntegerType *IntTy;
2025
2026   // The original offset of the slice currently being rewritten relative to
2027   // the original alloca.
2028   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
2029   // The new offsets of the slice currently being rewritten relative to the
2030   // original alloca.
2031   uint64_t NewBeginOffset, NewEndOffset;
2032
2033   uint64_t SliceSize;
2034   bool IsSplittable;
2035   bool IsSplit;
2036   Use *OldUse;
2037   Instruction *OldPtr;
2038
2039   // Track post-rewrite users which are PHI nodes and Selects.
2040   SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers;
2041   SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers;
2042
2043   // Utility IR builder, whose name prefix is setup for each visited use, and
2044   // the insertion point is set to point to the user.
2045   IRBuilderTy IRB;
2046
2047 public:
2048   AllocaSliceRewriter(const DataLayout &DL, AllocaSlices &S, SROA &Pass,
2049                       AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2050                       uint64_t NewAllocaBeginOffset,
2051                       uint64_t NewAllocaEndOffset, bool IsVectorPromotable,
2052                       bool IsIntegerPromotable,
2053                       SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers,
2054                       SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers)
2055       : DL(DL), S(S), Pass(Pass), OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2056         NewAllocaBeginOffset(NewAllocaBeginOffset),
2057         NewAllocaEndOffset(NewAllocaEndOffset),
2058         NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
2059         VecTy(IsVectorPromotable ? cast<VectorType>(NewAllocaTy) : nullptr),
2060         ElementTy(VecTy ? VecTy->getElementType() : nullptr),
2061         ElementSize(VecTy ? DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8 : 0),
2062         IntTy(IsIntegerPromotable
2063                   ? Type::getIntNTy(
2064                         NewAI.getContext(),
2065                         DL.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()))
2066                   : nullptr),
2067         BeginOffset(), EndOffset(), IsSplittable(), IsSplit(), OldUse(),
2068         OldPtr(), PHIUsers(PHIUsers), SelectUsers(SelectUsers),
2069         IRB(NewAI.getContext(), ConstantFolder()) {
2070     if (VecTy) {
2071       assert((DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) % 8) == 0 &&
2072              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2073       ++NumVectorized;
2074     }
2075     assert((!IsVectorPromotable && !IsIntegerPromotable) ||
2076            IsVectorPromotable != IsIntegerPromotable);
2077   }
2078
2079   bool visit(AllocaSlices::const_iterator I) {
2080     bool CanSROA = true;
2081     BeginOffset = I->beginOffset();
2082     EndOffset = I->endOffset();
2083     IsSplittable = I->isSplittable();
2084     IsSplit =
2085         BeginOffset < NewAllocaBeginOffset || EndOffset > NewAllocaEndOffset;
2086
2087     // Compute the intersecting offset range.
2088     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2089     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2090     NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2091     NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2092
2093     SliceSize = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2094
2095     OldUse = I->getUse();
2096     OldPtr = cast<Instruction>(OldUse->get());
2097
2098     Instruction *OldUserI = cast<Instruction>(OldUse->getUser());
2099     IRB.SetInsertPoint(OldUserI);
2100     IRB.SetCurrentDebugLocation(OldUserI->getDebugLoc());
2101     IRB.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) + ".");
2102
2103     CanSROA &= visit(cast<Instruction>(OldUse->getUser()));
2104     if (VecTy || IntTy)
2105       assert(CanSROA);
2106     return CanSROA;
2107   }
2108
2109 private:
2110   // Make sure the other visit overloads are visible.
2111   using Base::visit;
2112
2113   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2114   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2115     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2116     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2117   }
2118
2119   Value *getNewAllocaSlicePtr(IRBuilderTy &IRB, Type *PointerTy) {
2120     // Note that the offset computation can use BeginOffset or NewBeginOffset
2121     // interchangeably for unsplit slices.
2122     assert(IsSplit || BeginOffset == NewBeginOffset);
2123     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2124
2125 #ifndef NDEBUG
2126     StringRef OldName = OldPtr->getName();
2127     // Skip through the last '.sroa.' component of the name.
2128     size_t LastSROAPrefix = OldName.rfind(".sroa.");
2129     if (LastSROAPrefix != StringRef::npos) {
2130       OldName = OldName.substr(LastSROAPrefix + strlen(".sroa."));
2131       // Look for an SROA slice index.
2132       size_t IndexEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2133       if (IndexEnd != StringRef::npos && OldName[IndexEnd] == '.') {
2134         // Strip the index and look for the offset.
2135         OldName = OldName.substr(IndexEnd + 1);
2136         size_t OffsetEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2137         if (OffsetEnd != StringRef::npos && OldName[OffsetEnd] == '.')
2138           // Strip the offset.
2139           OldName = OldName.substr(OffsetEnd + 1);
2140       }
2141     }
2142     // Strip any SROA suffixes as well.
2143     OldName = OldName.substr(0, OldName.find(".sroa_"));
2144 #endif
2145
2146     return getAdjustedPtr(IRB, DL, &NewAI,
2147                           APInt(DL.getPointerSizeInBits(), Offset), PointerTy,
2148 #ifndef NDEBUG
2149                           Twine(OldName) + "."
2150 #else
2151                           Twine()
2152 #endif
2153                           );
2154   }
2155
2156   /// \brief Compute suitable alignment to access this slice of the *new* alloca.
2157   ///
2158   /// You can optionally pass a type to this routine and if that type's ABI
2159   /// alignment is itself suitable, this will return zero.
2160   unsigned getSliceAlign(Type *Ty = nullptr) {
2161     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2162     if (!NewAIAlign)
2163       NewAIAlign = DL.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2164     unsigned Align = MinAlign(NewAIAlign, NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2165     return (Ty && Align == DL.getABITypeAlignment(Ty)) ? 0 : Align;
2166   }
2167
2168   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
2169     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2170     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2171     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2172     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2173     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2174     return Index;
2175   }
2176
2177   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2178     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2179     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2180       Pass.DeadInsts.insert(I);
2181   }
2182
2183   Value *rewriteVectorizedLoadInst() {
2184     unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2185     unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2186     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2187
2188     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2189                                      "load");
2190     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2191   }
2192
2193   Value *rewriteIntegerLoad(LoadInst &LI) {
2194     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2195     assert(!LI.isVolatile());
2196     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2197                                      "load");
2198     V = convertValue(DL, IRB, V, IntTy);
2199     assert(NewBeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2200     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2201     if (Offset > 0 || NewEndOffset < NewAllocaEndOffset)
2202       V = extractInteger(DL, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2203                          "extract");
2204     return V;
2205   }
2206
2207   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2208     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2209     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2210     assert(OldOp == OldPtr);
2211
2212     Type *TargetTy = IsSplit ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), SliceSize * 8)
2213                              : LI.getType();
2214     bool IsPtrAdjusted = false;
2215     Value *V;
2216     if (VecTy) {
2217       V = rewriteVectorizedLoadInst();
2218     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2219       V = rewriteIntegerLoad(LI);
2220     } else if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2221                canConvertValue(DL, NewAllocaTy, LI.getType())) {
2222       V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2223                                 LI.isVolatile(), LI.getName());
2224     } else {
2225       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo();
2226       V = IRB.CreateAlignedLoad(getNewAllocaSlicePtr(IRB, LTy),
2227                                 getSliceAlign(TargetTy), LI.isVolatile(),
2228                                 LI.getName());
2229       IsPtrAdjusted = true;
2230     }
2231     V = convertValue(DL, IRB, V, TargetTy);
2232
2233     if (IsSplit) {
2234       assert(!LI.isVolatile());
2235       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2236              "Only integer type loads and stores are split");
2237       assert(SliceSize < DL.getTypeStoreSize(LI.getType()) &&
2238              "Split load isn't smaller than original load");
2239       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2240              DL.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2241              "Non-byte-multiple bit width");
2242       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2243       IRB.SetInsertPoint(std::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2244       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2245       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2246       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2247       // LI only used for this computation.
2248       Value *Placeholder
2249         = new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo()));
2250       V = insertInteger(DL, IRB, Placeholder, V, NewBeginOffset,
2251                         "insert");
2252       LI.replaceAllUsesWith(V);
2253       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2254       delete Placeholder;
2255     } else {
2256       LI.replaceAllUsesWith(V);
2257     }
2258
2259     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2260     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2261     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2262     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2263   }
2264
2265   bool rewriteVectorizedStoreInst(Value *V, StoreInst &SI, Value *OldOp) {
2266     if (V->getType() != VecTy) {
2267       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2268       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2269       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2270       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2271       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2272       Type *SliceTy =
2273           (NumElements == 1) ? ElementTy
2274                              : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2275       if (V->getType() != SliceTy)
2276         V = convertValue(DL, IRB, V, SliceTy);
2277
2278       // Mix in the existing elements.
2279       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2280                                          "load");
2281       V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, "vec");
2282     }
2283     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2284     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2285
2286     (void)Store;
2287     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2288     return true;
2289   }
2290
2291   bool rewriteIntegerStore(Value *V, StoreInst &SI) {
2292     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2293     assert(!SI.isVolatile());
2294     if (DL.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2295       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2296                                          "oldload");
2297       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2298       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2299       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2300       V = insertInteger(DL, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset,
2301                         "insert");
2302     }
2303     V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2304     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2305     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2306     (void)Store;
2307     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2308     return true;
2309   }
2310
2311   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2312     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2313     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2314     assert(OldOp == OldPtr);
2315
2316     Value *V = SI.getValueOperand();
2317
2318     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2319     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2320     if (V->getType()->isPointerTy())
2321       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2322         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2323
2324     if (SliceSize < DL.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2325       assert(!SI.isVolatile());
2326       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2327              "Only integer type loads and stores are split");
2328       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2329              DL.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2330              "Non-byte-multiple bit width");
2331       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), SliceSize * 8);
2332       V = extractInteger(DL, IRB, V, NarrowTy, NewBeginOffset,
2333                          "extract");
2334     }
2335
2336     if (VecTy)
2337       return rewriteVectorizedStoreInst(V, SI, OldOp);
2338     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2339       return rewriteIntegerStore(V, SI);
2340
2341     StoreInst *NewSI;
2342     if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2343         NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2344         canConvertValue(DL, V->getType(), NewAllocaTy)) {
2345       V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2346       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2347                                      SI.isVolatile());
2348     } else {
2349       Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, V->getType()->getPointerTo());
2350       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, NewPtr, getSliceAlign(V->getType()),
2351                                      SI.isVolatile());
2352     }
2353     (void)NewSI;
2354     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2355     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2356
2357     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2358     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2359   }
2360
2361   /// \brief Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2362   /// number of bytes.
2363   ///
2364   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2365   /// call this routine.
2366   /// FIXME: Heed the advice above.
2367   ///
2368   /// \param V The i8 value to splat.
2369   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2370   Value *getIntegerSplat(Value *V, unsigned Size) {
2371     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2372     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2373     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2374     if (Size == 1)
2375       return V;
2376
2377     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size*8);
2378     V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, "zext"),
2379                       ConstantExpr::getUDiv(
2380                         Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2381                         ConstantExpr::getZExt(
2382                           Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2383                           SplatIntTy)),
2384                       "isplat");
2385     return V;
2386   }
2387
2388   /// \brief Compute a vector splat for a given element value.
2389   Value *getVectorSplat(Value *V, unsigned NumElements) {
2390     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, "vsplat");
2391     DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2392     return V;
2393   }
2394
2395   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2396     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2397     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2398
2399     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2400     // pointer to the new alloca.
2401     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2402       assert(!IsSplit);
2403       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2404       II.setDest(getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()));
2405       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2406       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getSliceAlign()));
2407
2408       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2409       return false;
2410     }
2411
2412     // Record this instruction for deletion.
2413     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2414
2415     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2416     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2417
2418     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2419     // a single value type, just emit a memset.
2420     if (!VecTy && !IntTy &&
2421         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2422          EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2423          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(AllocaTy) ||
2424          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2425          !DL.isLegalInteger(DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)) ||
2426          DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)%8 != 0)) {
2427       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2428       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2429       CallInst *New = IRB.CreateMemSet(
2430           getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()), II.getValue(), Size,
2431           getSliceAlign(), II.isVolatile());
2432       (void)New;
2433       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2434       return false;
2435     }
2436
2437     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2438     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2439     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2440     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2441     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2442     Value *V;
2443
2444     if (VecTy) {
2445       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2446       assert(ElementTy == ScalarTy);
2447
2448       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2449       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2450       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2451       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2452       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2453
2454       Value *Splat =
2455           getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8);
2456       Splat = convertValue(DL, IRB, Splat, ElementTy);
2457       if (NumElements > 1)
2458         Splat = getVectorSplat(Splat, NumElements);
2459
2460       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2461                                          "oldload");
2462       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, "vec");
2463     } else if (IntTy) {
2464       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2465       // set integer.
2466       assert(!II.isVolatile());
2467
2468       uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2469       V = getIntegerSplat(II.getValue(), Size);
2470
2471       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2472                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2473         Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2474                                            "oldload");
2475         Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2476         uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2477         V = insertInteger(DL, IRB, Old, V, Offset, "insert");
2478       } else {
2479         assert(V->getType() == IntTy &&
2480                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2481       }
2482       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2483     } else {
2484       // Established these invariants above.
2485       assert(NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2486       assert(NewEndOffset == NewAllocaEndOffset);
2487
2488       V = getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) / 8);
2489       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2490         V = getVectorSplat(V, AllocaVecTy->getNumElements());
2491
2492       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2493     }
2494
2495     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2496                                         II.isVolatile());
2497     (void)New;
2498     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2499     return !II.isVolatile();
2500   }
2501
2502   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2503     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2504     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2505
2506     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2507
2508     bool IsDest = &II.getRawDestUse() == OldUse;
2509     assert((IsDest && II.getRawDest() == OldPtr) ||
2510            (!IsDest && II.getRawSource() == OldPtr));
2511
2512     unsigned SliceAlign = getSliceAlign();
2513
2514     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2515     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2516     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2517     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2518     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2519     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2520     // update both source and dest of a single call.
2521     if (!IsSplittable) {
2522       Value *AdjustedPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2523       if (IsDest)
2524         II.setDest(AdjustedPtr);
2525       else
2526         II.setSource(AdjustedPtr);
2527
2528       if (II.getAlignment() > SliceAlign) {
2529         Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2530         II.setAlignment(
2531             ConstantInt::get(CstTy, MinAlign(II.getAlignment(), SliceAlign)));
2532       }
2533
2534       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2535       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2536       return false;
2537     }
2538     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2539     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2540     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2541     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2542     // downsides to splitting and transforming the operations.
2543
2544     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2545     // a single value type, just emit a memcpy.
2546     bool EmitMemCpy =
2547         !VecTy && !IntTy &&
2548         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2549          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(NewAI.getAllocatedType()) ||
2550          !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2551
2552     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2553     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2554     // a no-op.
2555     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2556       // Ensure the start lines up.
2557       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2558
2559       // Rewrite the size as needed.
2560       if (NewEndOffset != EndOffset)
2561         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2562                                       NewEndOffset - NewBeginOffset));
2563       return false;
2564     }
2565     // Record this instruction for deletion.
2566     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2567
2568     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2569     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2570     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2571     if (AllocaInst *AI
2572           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets())) {
2573       assert(AI != &OldAI && AI != &NewAI &&
2574              "Splittable transfers cannot reach the same alloca on both ends.");
2575       Pass.Worklist.insert(AI);
2576     }
2577
2578     Type *OtherPtrTy = OtherPtr->getType();
2579     unsigned OtherAS = OtherPtrTy->getPointerAddressSpace();
2580
2581     // Compute the relative offset for the other pointer within the transfer.
2582     unsigned IntPtrWidth = DL.getPointerSizeInBits(OtherAS);
2583     APInt OtherOffset(IntPtrWidth, NewBeginOffset - BeginOffset);
2584     unsigned OtherAlign = MinAlign(II.getAlignment() ? II.getAlignment() : 1,
2585                                    OtherOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue());
2586
2587     if (EmitMemCpy) {
2588       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2589       // a single, simple GEP in most cases.
2590       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2591                                 OtherPtr->getName() + ".");
2592
2593       Value *OurPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2594       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2595       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2596
2597       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(
2598           IsDest ? OurPtr : OtherPtr, IsDest ? OtherPtr : OurPtr, Size,
2599           MinAlign(SliceAlign, OtherAlign), II.isVolatile());
2600       (void)New;
2601       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2602       return false;
2603     }
2604
2605     bool IsWholeAlloca = NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2606                          NewEndOffset == NewAllocaEndOffset;
2607     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2608     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(NewBeginOffset) : 0;
2609     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(NewEndOffset) : 0;
2610     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2611     IntegerType *SubIntTy
2612       = IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size*8) : nullptr;
2613
2614     // Reset the other pointer type to match the register type we're going to
2615     // use, but using the address space of the original other pointer.
2616     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
2617       if (NumElements == 1)
2618         OtherPtrTy = VecTy->getElementType();
2619       else
2620         OtherPtrTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
2621
2622       OtherPtrTy = OtherPtrTy->getPointerTo(OtherAS);
2623     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
2624       OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo(OtherAS);
2625     } else {
2626       OtherPtrTy = NewAllocaTy->getPointerTo(OtherAS);
2627     }
2628
2629     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2630                                    OtherPtr->getName() + ".");
2631     unsigned SrcAlign = OtherAlign;
2632     Value *DstPtr = &NewAI;
2633     unsigned DstAlign = SliceAlign;
2634     if (!IsDest) {
2635       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2636       std::swap(SrcAlign, DstAlign);
2637     }
2638
2639     Value *Src;
2640     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2641       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2642                                   "load");
2643       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2644     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2645       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2646                                   "load");
2647       Src = convertValue(DL, IRB, Src, IntTy);
2648       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2649       Src = extractInteger(DL, IRB, Src, SubIntTy, Offset, "extract");
2650     } else {
2651       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, SrcAlign, II.isVolatile(),
2652                                   "copyload");
2653     }
2654
2655     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2656       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2657                                          "oldload");
2658       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, "vec");
2659     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2660       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2661                                          "oldload");
2662       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2663       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2664       Src = insertInteger(DL, IRB, Old, Src, Offset, "insert");
2665       Src = convertValue(DL, IRB, Src, NewAllocaTy);
2666     }
2667
2668     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2669         IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, DstAlign, II.isVolatile()));
2670     (void)Store;
2671     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2672     return !II.isVolatile();
2673   }
2674
2675   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2676     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2677            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2678     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2679     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2680
2681     // Record this instruction for deletion.
2682     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2683
2684     ConstantInt *Size
2685       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2686                          NewEndOffset - NewBeginOffset);
2687     Value *Ptr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2688     Value *New;
2689     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2690       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2691     else
2692       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2693
2694     (void)New;
2695     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2696     return true;
2697   }
2698
2699   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2700     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2701     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "PHIs are unsplittable");
2702     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "PHIs are unsplittable");
2703
2704     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2705     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2706     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2707     // dominate the PHI.
2708     IRBuilderTy PtrBuilder(IRB);
2709     if (isa<PHINode>(OldPtr))
2710       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr->getParent()->getFirstInsertionPt());
2711     else
2712       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr);
2713     PtrBuilder.SetCurrentDebugLocation(OldPtr->getDebugLoc());
2714
2715     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2716     // Replace the operands which were using the old pointer.
2717     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
2718
2719     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2720     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2721
2722     // PHIs can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
2723     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
2724     // fully-rewritten alloca.
2725     PHIUsers.insert(&PN);
2726     return true;
2727   }
2728
2729   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2730     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2731     assert((SI.getTrueValue() == OldPtr || SI.getFalseValue() == OldPtr) &&
2732            "Pointer isn't an operand!");
2733     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Selects are unsplittable");
2734     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "Selects are unsplittable");
2735
2736     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2737     // Replace the operands which were using the old pointer.
2738     if (SI.getOperand(1) == OldPtr)
2739       SI.setOperand(1, NewPtr);
2740     if (SI.getOperand(2) == OldPtr)
2741       SI.setOperand(2, NewPtr);
2742
2743     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2744     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2745
2746     // Selects can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
2747     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
2748     // fully-rewritten alloca.
2749     SelectUsers.insert(&SI);
2750     return true;
2751   }
2752
2753 };
2754 }
2755
2756 namespace {
2757 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2758 ///
2759 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2760 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2761 /// with scalar loads and stores.
2762 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2763   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2764   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2765
2766   const DataLayout &DL;
2767
2768   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2769   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2770
2771   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2772   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2773
2774   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2775   /// value (as opposed to the user).
2776   Use *U;
2777
2778 public:
2779   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
2780
2781   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2782   /// it.
2783   bool rewrite(Instruction &I) {
2784     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2785     enqueueUsers(I);
2786     bool Changed = false;
2787     while (!Queue.empty()) {
2788       U = Queue.pop_back_val();
2789       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2790     }
2791     return Changed;
2792   }
2793
2794 private:
2795   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2796   /// This uses a set to de-duplicate users.
2797   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2798     for (Use &U : I.uses())
2799       if (Visited.insert(U.getUser()))
2800         Queue.push_back(&U);
2801   }
2802
2803   // Conservative default is to not rewrite anything.
2804   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2805
2806   /// \brief Generic recursive split emission class.
2807   template <typename Derived>
2808   class OpSplitter {
2809   protected:
2810     /// The builder used to form new instructions.
2811     IRBuilderTy IRB;
2812     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
2813     /// appropriate value within the aggregate.
2814     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2815     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
2816     /// within the aggregate.
2817     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2818     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
2819     /// split operations.
2820     Value *Ptr;
2821
2822     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
2823     /// single zero GEP index.
2824     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2825       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
2826
2827   public:
2828     /// \brief Generic recursive split emission routine.
2829     ///
2830     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2831     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2832     /// and emits that single value operation via the template argument.
2833     ///
2834     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
2835     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
2836     /// formatted differently (GEPs need actual values).
2837     ///
2838     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
2839     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
2840     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
2841     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2842       if (Ty->isSingleValueType())
2843         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
2844
2845       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2846         unsigned OldSize = Indices.size();
2847         (void)OldSize;
2848         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
2849              ++Idx) {
2850           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2851           Indices.push_back(Idx);
2852           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2853           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2854           GEPIndices.pop_back();
2855           Indices.pop_back();
2856         }
2857         return;
2858       }
2859
2860       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2861         unsigned OldSize = Indices.size();
2862         (void)OldSize;
2863         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
2864              ++Idx) {
2865           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2866           Indices.push_back(Idx);
2867           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2868           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2869           GEPIndices.pop_back();
2870           Indices.pop_back();
2871         }
2872         return;
2873       }
2874
2875       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
2876     }
2877   };
2878
2879   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
2880     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2881       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2882
2883     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
2884     /// recursive emission to actually load values.
2885     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2886       assert(Ty->isSingleValueType());
2887       // Load the single value and insert it using the indices.
2888       Value *GEP = IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
2889       Value *Load = IRB.CreateLoad(GEP, Name + ".load");
2890       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
2891       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
2892     }
2893   };
2894
2895   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2896     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
2897     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
2898       return false;
2899
2900     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
2901     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2902     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
2903     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
2904     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
2905     LI.replaceAllUsesWith(V);
2906     LI.eraseFromParent();
2907     return true;
2908   }
2909
2910   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
2911     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2912       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2913
2914     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
2915     /// recursive emission to actually produce stores.
2916     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2917       assert(Ty->isSingleValueType());
2918       // Extract the single value and store it using the indices.
2919       Value *Store = IRB.CreateStore(
2920         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
2921         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
2922       (void)Store;
2923       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2924     }
2925   };
2926
2927   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2928     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
2929       return false;
2930     Value *V = SI.getValueOperand();
2931     if (V->getType()->isSingleValueType())
2932       return false;
2933
2934     // We have an aggregate being stored, split it apart.
2935     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2936     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
2937     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
2938     SI.eraseFromParent();
2939     return true;
2940   }
2941
2942   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
2943     enqueueUsers(BC);
2944     return false;
2945   }
2946
2947   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
2948     enqueueUsers(GEPI);
2949     return false;
2950   }
2951
2952   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2953     enqueueUsers(PN);
2954     return false;
2955   }
2956
2957   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2958     enqueueUsers(SI);
2959     return false;
2960   }
2961 };
2962 }
2963
2964 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
2965 ///
2966 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
2967 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
2968 /// size or the allocated size.
2969 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
2970   if (Ty->isSingleValueType())
2971     return Ty;
2972
2973   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
2974   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
2975
2976   Type *InnerTy;
2977   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2978     InnerTy = ArrTy->getElementType();
2979   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2980     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
2981     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
2982     InnerTy = STy->getElementType(Index);
2983   } else {
2984     return Ty;
2985   }
2986
2987   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
2988       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
2989     return Ty;
2990
2991   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
2992 }
2993
2994 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
2995 /// offset and size.
2996 ///
2997 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
2998 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
2999 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
3000 /// and the same for structs.
3001 ///
3002 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
3003 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
3004 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
3005 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
3006 /// return a type if necessary.
3007 static Type *getTypePartition(const DataLayout &DL, Type *Ty,
3008                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
3009   if (Offset == 0 && DL.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
3010     return stripAggregateTypeWrapping(DL, Ty);
3011   if (Offset > DL.getTypeAllocSize(Ty) ||
3012       (DL.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
3013     return nullptr;
3014
3015   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
3016     // We can't partition pointers...
3017     if (SeqTy->isPointerTy())
3018       return nullptr;
3019
3020     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
3021     uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3022     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
3023     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy)) {
3024       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
3025         return nullptr;
3026     } else if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy)) {
3027       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
3028         return nullptr;
3029     }
3030     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3031
3032     // First check if we need to recurse.
3033     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3034       // Bail if the partition ends in a different array element.
3035       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3036         return nullptr;
3037       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3038       return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3039     }
3040     assert(Offset == 0);
3041
3042     if (Size == ElementSize)
3043       return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3044     assert(Size > ElementSize);
3045     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3046     if (NumElements * ElementSize != Size)
3047       return nullptr;
3048     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3049   }
3050
3051   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3052   if (!STy)
3053     return nullptr;
3054
3055   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3056   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3057     return nullptr;
3058   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3059   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3060     return nullptr;
3061
3062   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3063   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3064
3065   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3066   uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3067   if (Offset >= ElementSize)
3068     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
3069
3070   // See if any partition must be contained by the element.
3071   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3072     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3073       return nullptr;
3074     return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3075   }
3076   assert(Offset == 0);
3077
3078   if (Size == ElementSize)
3079     return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3080
3081   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3082                                EE = STy->element_end();
3083   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3084     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3085     if (Index == EndIndex)
3086       return nullptr; // Within a single element and its padding.
3087
3088     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3089     // expected size.
3090     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3091     // sub-struct to find a natural end point.
3092     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3093       return nullptr;
3094
3095     assert(Index < EndIndex);
3096     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3097   }
3098
3099   // Try to build up a sub-structure.
3100   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE),
3101                                       STy->isPacked());
3102   const StructLayout *SubSL = DL.getStructLayout(SubTy);
3103   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3104     return nullptr; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3105
3106   return SubTy;
3107 }
3108
3109 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3110 ///
3111 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3112 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3113 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3114 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3115 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3116 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3117 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3118 /// promoted.
3119 bool SROA::rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S,
3120                             AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
3121                             int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
3122                             ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
3123   assert(BeginOffset < EndOffset);
3124   uint64_t SliceSize = EndOffset - BeginOffset;
3125
3126   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3127   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3128   // or an i8 array of an appropriate size.
3129   Type *SliceTy = nullptr;
3130   if (Type *CommonUseTy = findCommonType(B, E, EndOffset))
3131     if (DL->getTypeAllocSize(CommonUseTy) >= SliceSize)
3132       SliceTy = CommonUseTy;
3133   if (!SliceTy)
3134     if (Type *TypePartitionTy = getTypePartition(*DL, AI.getAllocatedType(),
3135                                                  BeginOffset, SliceSize))
3136       SliceTy = TypePartitionTy;
3137   if ((!SliceTy || (SliceTy->isArrayTy() &&
3138                     SliceTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3139       DL->isLegalInteger(SliceSize * 8))
3140     SliceTy = Type::getIntNTy(*C, SliceSize * 8);
3141   if (!SliceTy)
3142     SliceTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), SliceSize);
3143   assert(DL->getTypeAllocSize(SliceTy) >= SliceSize);
3144
3145   bool IsVectorPromotable =
3146       isVectorPromotionViable(*DL, SliceTy, BeginOffset, EndOffset,
3147                               AllocaSlices::const_range(B, E), SplitUses);
3148
3149   bool IsIntegerPromotable =
3150       !IsVectorPromotable &&
3151       isIntegerWideningViable(*DL, SliceTy, BeginOffset,
3152                               AllocaSlices::const_range(B, E), SplitUses);
3153
3154   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3155   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3156   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3157   // perform phi and select speculation.
3158   AllocaInst *NewAI;
3159   if (SliceTy == AI.getAllocatedType()) {
3160     assert(BeginOffset == 0 &&
3161            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3162     NewAI = &AI;
3163     // FIXME: We should be able to bail at this point with "nothing changed".
3164     // FIXME: We might want to defer PHI speculation until after here.
3165   } else {
3166     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3167     if (!Alignment) {
3168       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3169       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3170       // type.
3171       Alignment = DL->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3172     }
3173     Alignment = MinAlign(Alignment, BeginOffset);
3174     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3175     // the alloca's alignment unconstrained.
3176     if (Alignment <= DL->getABITypeAlignment(SliceTy))
3177       Alignment = 0;
3178     NewAI = new AllocaInst(SliceTy, nullptr, Alignment,
3179                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(B - S.begin()), &AI);
3180     ++NumNewAllocas;
3181   }
3182
3183   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3184                << "[" << BeginOffset << "," << EndOffset << ") to: " << *NewAI
3185                << "\n");
3186
3187   // Track the high watermark on the worklist as it is only relevant for
3188   // promoted allocas. We will reset it to this point if the alloca is not in
3189   // fact scheduled for promotion.
3190   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3191   unsigned NumUses = 0;
3192   SmallPtrSet<PHINode *, 8> PHIUsers;
3193   SmallPtrSet<SelectInst *, 8> SelectUsers;
3194
3195   AllocaSliceRewriter Rewriter(*DL, S, *this, AI, *NewAI, BeginOffset,
3196                                EndOffset, IsVectorPromotable,
3197                                IsIntegerPromotable, PHIUsers, SelectUsers);
3198   bool Promotable = true;
3199   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
3200                                                         SUE = SplitUses.end();
3201        SUI != SUE; ++SUI) {
3202     DEBUG(dbgs() << "  rewriting split ");
3203     DEBUG(S.printSlice(dbgs(), *SUI, ""));
3204     Promotable &= Rewriter.visit(*SUI);
3205     ++NumUses;
3206   }
3207   for (AllocaSlices::iterator I = B; I != E; ++I) {
3208     DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3209     DEBUG(S.printSlice(dbgs(), I, ""));
3210     Promotable &= Rewriter.visit(I);
3211     ++NumUses;
3212   }
3213
3214   NumAllocaPartitionUses += NumUses;
3215   MaxUsesPerAllocaPartition =
3216       std::max<unsigned>(NumUses, MaxUsesPerAllocaPartition);
3217
3218   // Now that we've processed all the slices in the new partition, check if any
3219   // PHIs or Selects would block promotion.
3220   for (SmallPtrSetImpl<PHINode *>::iterator I = PHIUsers.begin(),
3221                                             E = PHIUsers.end();
3222        I != E; ++I)
3223     if (!isSafePHIToSpeculate(**I, DL)) {
3224       Promotable = false;
3225       PHIUsers.clear();
3226       SelectUsers.clear();
3227       break;
3228     }
3229   for (SmallPtrSetImpl<SelectInst *>::iterator I = SelectUsers.begin(),
3230                                                E = SelectUsers.end();
3231        I != E; ++I)
3232     if (!isSafeSelectToSpeculate(**I, DL)) {
3233       Promotable = false;
3234       PHIUsers.clear();
3235       SelectUsers.clear();
3236       break;
3237     }
3238
3239   if (Promotable) {
3240     if (PHIUsers.empty() && SelectUsers.empty()) {
3241       // Promote the alloca.
3242       PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3243     } else {
3244       // If we have either PHIs or Selects to speculate, add them to those
3245       // worklists and re-queue the new alloca so that we promote in on the
3246       // next iteration.
3247       for (SmallPtrSetImpl<PHINode *>::iterator I = PHIUsers.begin(),
3248                                                 E = PHIUsers.end();
3249            I != E; ++I)
3250         SpeculatablePHIs.insert(*I);
3251       for (SmallPtrSetImpl<SelectInst *>::iterator I = SelectUsers.begin(),
3252                                                    E = SelectUsers.end();
3253            I != E; ++I)
3254         SpeculatableSelects.insert(*I);
3255       Worklist.insert(NewAI);
3256     }
3257   } else {
3258     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3259     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3260     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3261     if (NewAI != &AI)
3262       Worklist.insert(NewAI);
3263
3264     // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3265     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3266       PostPromotionWorklist.pop_back();
3267   }
3268
3269   return true;
3270 }
3271
3272 static void
3273 removeFinishedSplitUses(SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator> &SplitUses,
3274                         uint64_t &MaxSplitUseEndOffset, uint64_t Offset) {
3275   if (Offset >= MaxSplitUseEndOffset) {
3276     SplitUses.clear();
3277     MaxSplitUseEndOffset = 0;
3278     return;
3279   }
3280
3281   size_t SplitUsesOldSize = SplitUses.size();
3282   SplitUses.erase(std::remove_if(SplitUses.begin(), SplitUses.end(),
3283                                  [Offset](const AllocaSlices::iterator &I) {
3284                     return I->endOffset() <= Offset;
3285                   }),
3286                   SplitUses.end());
3287   if (SplitUsesOldSize == SplitUses.size())
3288     return;
3289
3290   // Recompute the max. While this is linear, so is remove_if.
3291   MaxSplitUseEndOffset = 0;
3292   for (SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator>::iterator
3293            SUI = SplitUses.begin(),
3294            SUE = SplitUses.end();
3295        SUI != SUE; ++SUI)
3296     MaxSplitUseEndOffset = std::max((*SUI)->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3297 }
3298
3299 /// \brief Walks the slices of an alloca and form partitions based on them,
3300 /// rewriting each of their uses.
3301 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S) {
3302   if (S.begin() == S.end())
3303     return false;
3304
3305   unsigned NumPartitions = 0;
3306   bool Changed = false;
3307   SmallVector<AllocaSlices::iterator, 4> SplitUses;
3308   uint64_t MaxSplitUseEndOffset = 0;
3309
3310   uint64_t BeginOffset = S.begin()->beginOffset();
3311
3312   for (AllocaSlices::iterator SI = S.begin(), SJ = std::next(SI), SE = S.end();
3313        SI != SE; SI = SJ) {
3314     uint64_t MaxEndOffset = SI->endOffset();
3315
3316     if (!SI->isSplittable()) {
3317       // When we're forming an unsplittable region, it must always start at the
3318       // first slice and will extend through its end.
3319       assert(BeginOffset == SI->beginOffset());
3320
3321       // Form a partition including all of the overlapping slices with this
3322       // unsplittable slice.
3323       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3324         if (!SJ->isSplittable())
3325           MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3326         ++SJ;
3327       }
3328     } else {
3329       assert(SI->isSplittable()); // Established above.
3330
3331       // Collect all of the overlapping splittable slices.
3332       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset &&
3333              SJ->isSplittable()) {
3334         MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3335         ++SJ;
3336       }
3337
3338       // Back up MaxEndOffset and SJ if we ended the span early when
3339       // encountering an unsplittable slice.
3340       if (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3341         assert(!SJ->isSplittable());
3342         MaxEndOffset = SJ->beginOffset();
3343       }
3344     }
3345
3346     // Check if we have managed to move the end offset forward yet. If so,
3347     // we'll have to rewrite uses and erase old split uses.
3348     if (BeginOffset < MaxEndOffset) {
3349       // Rewrite a sequence of overlapping slices.
3350       Changed |=
3351           rewritePartition(AI, S, SI, SJ, BeginOffset, MaxEndOffset, SplitUses);
3352       ++NumPartitions;
3353
3354       removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset, MaxEndOffset);
3355     }
3356
3357     // Accumulate all the splittable slices from the [SI,SJ) region which
3358     // overlap going forward.
3359     for (AllocaSlices::iterator SK = SI; SK != SJ; ++SK)
3360       if (SK->isSplittable() && SK->endOffset() > MaxEndOffset) {
3361         SplitUses.push_back(SK);
3362         MaxSplitUseEndOffset = std::max(SK->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3363       }
3364
3365     // If we're already at the end and we have no split uses, we're done.
3366     if (SJ == SE && SplitUses.empty())
3367       break;
3368
3369     // If we have no split uses or no gap in offsets, we're ready to move to
3370     // the next slice.
3371     if (SplitUses.empty() || (SJ != SE && MaxEndOffset == SJ->beginOffset())) {
3372       BeginOffset = SJ->beginOffset();
3373       continue;
3374     }
3375
3376     // Even if we have split slices, if the next slice is splittable and the
3377     // split slices reach it, we can simply set up the beginning offset of the
3378     // next iteration to bridge between them.
3379     if (SJ != SE && SJ->isSplittable() &&
3380         MaxSplitUseEndOffset > SJ->beginOffset()) {
3381       BeginOffset = MaxEndOffset;
3382       continue;
3383     }
3384
3385     // Otherwise, we have a tail of split slices. Rewrite them with an empty
3386     // range of slices.
3387     uint64_t PostSplitEndOffset =
3388         SJ == SE ? MaxSplitUseEndOffset : SJ->beginOffset();
3389
3390     Changed |= rewritePartition(AI, S, SJ, SJ, MaxEndOffset, PostSplitEndOffset,
3391                                 SplitUses);
3392     ++NumPartitions;
3393
3394     if (SJ == SE)
3395       break; // Skip the rest, we don't need to do any cleanup.
3396
3397     removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset,
3398                             PostSplitEndOffset);
3399
3400     // Now just reset the begin offset for the next iteration.
3401     BeginOffset = SJ->beginOffset();
3402   }
3403
3404   NumAllocaPartitions += NumPartitions;
3405   MaxPartitionsPerAlloca =
3406       std::max<unsigned>(NumPartitions, MaxPartitionsPerAlloca);
3407
3408   return Changed;
3409 }
3410
3411 /// \brief Clobber a use with undef, deleting the used value if it becomes dead.
3412 void SROA::clobberUse(Use &U) {
3413   Value *OldV = U;
3414   // Replace the use with an undef value.
3415   U = UndefValue::get(OldV->getType());
3416
3417   // Check for this making an instruction dead. We have to garbage collect
3418   // all the dead instructions to ensure the uses of any alloca end up being
3419   // minimal.
3420   if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3421     if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3422       DeadInsts.insert(OldI);
3423     }
3424 }
3425
3426 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3427 ///
3428 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3429 /// the slices of the alloca, and then hands it off to be split and
3430 /// rewritten as needed.
3431 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3432   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3433   ++NumAllocasAnalyzed;
3434
3435   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3436   if (AI.use_empty()) {
3437     AI.eraseFromParent();
3438     return true;
3439   }
3440
3441   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3442   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3443       DL->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3444     return false;
3445
3446   bool Changed = false;
3447
3448   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3449   // better splitting and promotion opportunities.
3450   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*DL);
3451   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3452
3453   // Build the slices using a recursive instruction-visiting builder.
3454   AllocaSlices S(*DL, AI);
3455   DEBUG(S.print(dbgs()));
3456   if (S.isEscaped())
3457     return Changed;
3458
3459   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3460   for (AllocaSlices::dead_user_iterator DI = S.dead_user_begin(),
3461                                         DE = S.dead_user_end();
3462        DI != DE; ++DI) {
3463     // Free up everything used by this instruction.
3464     for (Use &DeadOp : (*DI)->operands())
3465       clobberUse(DeadOp);
3466
3467     // Now replace the uses of this instruction.
3468     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
3469
3470     // And mark it for deletion.
3471     DeadInsts.insert(*DI);
3472     Changed = true;
3473   }
3474   for (AllocaSlices::dead_op_iterator DO = S.dead_op_begin(),
3475                                       DE = S.dead_op_end();
3476        DO != DE; ++DO) {
3477     clobberUse(**DO);
3478     Changed = true;
3479   }
3480
3481   // No slices to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3482   if (S.begin() == S.end())
3483     return Changed;
3484
3485   Changed |= splitAlloca(AI, S);
3486
3487   DEBUG(dbgs() << "  Speculating PHIs\n");
3488   while (!SpeculatablePHIs.empty())
3489     speculatePHINodeLoads(*SpeculatablePHIs.pop_back_val());
3490
3491   DEBUG(dbgs() << "  Speculating Selects\n");
3492   while (!SpeculatableSelects.empty())
3493     speculateSelectInstLoads(*SpeculatableSelects.pop_back_val());
3494
3495   return Changed;
3496 }
3497
3498 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3499 ///
3500 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3501 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3502 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3503 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3504 ///
3505 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3506 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3507 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSetImpl<AllocaInst*> &DeletedAllocas) {
3508   while (!DeadInsts.empty()) {
3509     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3510     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3511
3512     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
3513
3514     for (Use &Operand : I->operands())
3515       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Operand)) {
3516         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3517         Operand = nullptr;
3518         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3519           DeadInsts.insert(U);
3520       }
3521
3522     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3523       DeletedAllocas.insert(AI);
3524
3525     ++NumDeleted;
3526     I->eraseFromParent();
3527   }
3528 }
3529
3530 static void enqueueUsersInWorklist(Instruction &I,
3531                                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist,
3532                                    SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Visited) {
3533   for (User *U : I.users())
3534     if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)))
3535       Worklist.push_back(cast<Instruction>(U));
3536 }
3537
3538 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3539 ///
3540 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3541 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3542 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3543 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3544 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3545 /// promotion occurred.
3546 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3547   if (PromotableAllocas.empty())
3548     return false;
3549
3550   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3551
3552   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3553     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3554     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT, nullptr, AT);
3555     PromotableAllocas.clear();
3556     return true;
3557   }
3558
3559   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3560   SSAUpdater SSA;
3561   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3562   SmallVector<Instruction *, 64> Insts;
3563
3564   // We need a worklist to walk the uses of each alloca.
3565   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
3566   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3567   SmallVector<Instruction *, 32> DeadInsts;
3568
3569   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3570     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3571     Insts.clear();
3572     Worklist.clear();
3573     Visited.clear();
3574
3575     enqueueUsersInWorklist(*AI, Worklist, Visited);
3576
3577     while (!Worklist.empty()) {
3578       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3579
3580       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3581       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3582       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3583       // scalar values produced.
3584       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3585         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3586                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3587         II->eraseFromParent();
3588         continue;
3589       }
3590
3591       // Push the loads and stores we find onto the list. SROA will already
3592       // have validated that all loads and stores are viable candidates for
3593       // promotion.
3594       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3595         assert(LI->getType() == AI->getAllocatedType());
3596         Insts.push_back(LI);
3597         continue;
3598       }
3599       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
3600         assert(SI->getValueOperand()->getType() == AI->getAllocatedType());
3601         Insts.push_back(SI);
3602         continue;
3603       }
3604
3605       // For everything else, we know that only no-op bitcasts and GEPs will
3606       // make it this far, just recurse through them and recall them for later
3607       // removal.
3608       DeadInsts.push_back(I);
3609       enqueueUsersInWorklist(*I, Worklist, Visited);
3610     }
3611     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3612     while (!DeadInsts.empty())
3613       DeadInsts.pop_back_val()->eraseFromParent();
3614     AI->eraseFromParent();
3615   }
3616
3617   PromotableAllocas.clear();
3618   return true;
3619 }
3620
3621 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3622   if (skipOptnoneFunction(F))
3623     return false;
3624
3625   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3626   C = &F.getContext();
3627   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
3628   if (!DLP) {
3629     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3630     return false;
3631   }
3632   DL = &DLP->getDataLayout();
3633   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
3634       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
3635   DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
3636   AT = &getAnalysis<AssumptionTracker>();
3637
3638   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3639   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = std::prev(EntryBB.end());
3640        I != E; ++I)
3641     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3642       Worklist.insert(AI);
3643
3644   bool Changed = false;
3645   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3646   // the list of promotable allocas.
3647   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3648
3649   do {
3650     while (!Worklist.empty()) {
3651       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3652       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3653
3654       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3655       // continue processing them.
3656       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3657         auto IsInSet = [&](AllocaInst *AI) {
3658           return DeletedAllocas.count(AI);
3659         };
3660         Worklist.remove_if(IsInSet);
3661         PostPromotionWorklist.remove_if(IsInSet);
3662         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3663                                                PromotableAllocas.end(),
3664                                                IsInSet),
3665                                 PromotableAllocas.end());
3666         DeletedAllocas.clear();
3667       }
3668     }
3669
3670     Changed |= promoteAllocas(F);
3671
3672     Worklist = PostPromotionWorklist;
3673     PostPromotionWorklist.clear();
3674   } while (!Worklist.empty());
3675
3676   return Changed;
3677 }
3678
3679 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3680   AU.addRequired<AssumptionTracker>();
3681   if (RequiresDomTree)
3682     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
3683   AU.setPreservesCFG();
3684 }