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