Revert "r214897 - Remove dead zero store to calloc initialized memory"
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / ScalarReplAggregates.cpp
1 //===- ScalarReplAggregates.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 //
10 // This transformation implements the well known scalar replacement of
11 // aggregates transformation.  This xform breaks up alloca instructions of
12 // aggregate type (structure or array) into individual alloca instructions for
13 // each member (if possible).  Then, if possible, it transforms the individual
14 // alloca instructions into nice clean scalar SSA form.
15 //
16 // This combines a simple SRoA algorithm with the Mem2Reg algorithm because they
17 // often interact, especially for C++ programs.  As such, iterating between
18 // SRoA, then Mem2Reg until we run out of things to promote works well.
19 //
20 //===----------------------------------------------------------------------===//
21
22 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
23 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
24 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
25 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
26 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
27 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
28 #include "llvm/IR/CallSite.h"
29 #include "llvm/IR/Constants.h"
30 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
31 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
32 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
33 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
34 #include "llvm/IR/Dominators.h"
35 #include "llvm/IR/Function.h"
36 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
37 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
38 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
39 #include "llvm/IR/Instructions.h"
40 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
41 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
42 #include "llvm/IR/Module.h"
43 #include "llvm/IR/Operator.h"
44 #include "llvm/Pass.h"
45 #include "llvm/Support/Debug.h"
46 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
47 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
48 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
49 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
50 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
51 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
52 using namespace llvm;
53
54 #define DEBUG_TYPE "scalarrepl"
55
56 STATISTIC(NumReplaced,  "Number of allocas broken up");
57 STATISTIC(NumPromoted,  "Number of allocas promoted");
58 STATISTIC(NumAdjusted,  "Number of scalar allocas adjusted to allow promotion");
59 STATISTIC(NumConverted, "Number of aggregates converted to scalar");
60
61 namespace {
62   struct SROA : public FunctionPass {
63     SROA(int T, bool hasDT, char &ID, int ST, int AT, int SLT)
64       : FunctionPass(ID), HasDomTree(hasDT) {
65       if (T == -1)
66         SRThreshold = 128;
67       else
68         SRThreshold = T;
69       if (ST == -1)
70         StructMemberThreshold = 32;
71       else
72         StructMemberThreshold = ST;
73       if (AT == -1)
74         ArrayElementThreshold = 8;
75       else
76         ArrayElementThreshold = AT;
77       if (SLT == -1)
78         // Do not limit the scalar integer load size if no threshold is given.
79         ScalarLoadThreshold = -1;
80       else
81         ScalarLoadThreshold = SLT;
82     }
83
84     bool runOnFunction(Function &F) override;
85
86     bool performScalarRepl(Function &F);
87     bool performPromotion(Function &F);
88
89   private:
90     bool HasDomTree;
91     const DataLayout *DL;
92
93     /// DeadInsts - Keep track of instructions we have made dead, so that
94     /// we can remove them after we are done working.
95     SmallVector<Value*, 32> DeadInsts;
96
97     /// AllocaInfo - When analyzing uses of an alloca instruction, this captures
98     /// information about the uses.  All these fields are initialized to false
99     /// and set to true when something is learned.
100     struct AllocaInfo {
101       /// The alloca to promote.
102       AllocaInst *AI;
103
104       /// CheckedPHIs - This is a set of verified PHI nodes, to prevent infinite
105       /// looping and avoid redundant work.
106       SmallPtrSet<PHINode*, 8> CheckedPHIs;
107
108       /// isUnsafe - This is set to true if the alloca cannot be SROA'd.
109       bool isUnsafe : 1;
110
111       /// isMemCpySrc - This is true if this aggregate is memcpy'd from.
112       bool isMemCpySrc : 1;
113
114       /// isMemCpyDst - This is true if this aggregate is memcpy'd into.
115       bool isMemCpyDst : 1;
116
117       /// hasSubelementAccess - This is true if a subelement of the alloca is
118       /// ever accessed, or false if the alloca is only accessed with mem
119       /// intrinsics or load/store that only access the entire alloca at once.
120       bool hasSubelementAccess : 1;
121
122       /// hasALoadOrStore - This is true if there are any loads or stores to it.
123       /// The alloca may just be accessed with memcpy, for example, which would
124       /// not set this.
125       bool hasALoadOrStore : 1;
126
127       explicit AllocaInfo(AllocaInst *ai)
128         : AI(ai), isUnsafe(false), isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false),
129           hasSubelementAccess(false), hasALoadOrStore(false) {}
130     };
131
132     /// SRThreshold - The maximum alloca size to considered for SROA.
133     unsigned SRThreshold;
134
135     /// StructMemberThreshold - The maximum number of members a struct can
136     /// contain to be considered for SROA.
137     unsigned StructMemberThreshold;
138
139     /// ArrayElementThreshold - The maximum number of elements an array can
140     /// have to be considered for SROA.
141     unsigned ArrayElementThreshold;
142
143     /// ScalarLoadThreshold - The maximum size in bits of scalars to load when
144     /// converting to scalar
145     unsigned ScalarLoadThreshold;
146
147     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I, Instruction *User) {
148       I.isUnsafe = true;
149       DEBUG(dbgs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
150     }
151
152     bool isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI);
153
154     void isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset, AllocaInfo &Info);
155     void isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *User, uint64_t Offset,
156                                          AllocaInfo &Info);
157     void isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info);
158     void isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
159                          Type *MemOpType, bool isStore, AllocaInfo &Info,
160                          Instruction *TheAccess, bool AllowWholeAccess);
161     bool TypeHasComponent(Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size);
162     uint64_t FindElementAndOffset(Type *&T, uint64_t &Offset,
163                                   Type *&IdxTy);
164
165     void DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
166                              std::vector<AllocaInst*> &WorkList);
167     void DeleteDeadInstructions();
168
169     void RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
170                               SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts);
171     void RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
172                         SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts);
173     void RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
174                     SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts);
175     void RewriteLifetimeIntrinsic(IntrinsicInst *II, AllocaInst *AI,
176                                   uint64_t Offset,
177                                   SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts);
178     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
179                                       AllocaInst *AI,
180                                       SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts);
181     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
182                                        SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts);
183     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
184                                       SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts);
185     bool ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI);
186   };
187
188   // SROA_DT - SROA that uses DominatorTree.
189   struct SROA_DT : public SROA {
190     static char ID;
191   public:
192     SROA_DT(int T = -1, int ST = -1, int AT = -1, int SLT = -1) :
193         SROA(T, true, ID, ST, AT, SLT) {
194       initializeSROA_DTPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
195     }
196
197     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
198     // will not alter the CFG, so say so.
199     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
200       AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
201       AU.setPreservesCFG();
202     }
203   };
204
205   // SROA_SSAUp - SROA that uses SSAUpdater.
206   struct SROA_SSAUp : public SROA {
207     static char ID;
208   public:
209     SROA_SSAUp(int T = -1, int ST = -1, int AT = -1, int SLT = -1) :
210         SROA(T, false, ID, ST, AT, SLT) {
211       initializeSROA_SSAUpPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
212     }
213
214     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
215     // will not alter the CFG, so say so.
216     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
217       AU.setPreservesCFG();
218     }
219   };
220
221 }
222
223 char SROA_DT::ID = 0;
224 char SROA_SSAUp::ID = 0;
225
226 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_DT, "scalarrepl",
227                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
228 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
229 INITIALIZE_PASS_END(SROA_DT, "scalarrepl",
230                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
231
232 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
233                       "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
234 INITIALIZE_PASS_END(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
235                     "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
236
237 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
238 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(int Threshold,
239                                                    bool UseDomTree,
240                                                    int StructMemberThreshold,
241                                                    int ArrayElementThreshold,
242                                                    int ScalarLoadThreshold) {
243   if (UseDomTree)
244     return new SROA_DT(Threshold, StructMemberThreshold, ArrayElementThreshold,
245                        ScalarLoadThreshold);
246   return new SROA_SSAUp(Threshold, StructMemberThreshold,
247                         ArrayElementThreshold, ScalarLoadThreshold);
248 }
249
250
251 //===----------------------------------------------------------------------===//
252 // Convert To Scalar Optimization.
253 //===----------------------------------------------------------------------===//
254
255 namespace {
256 /// ConvertToScalarInfo - This class implements the "Convert To Scalar"
257 /// optimization, which scans the uses of an alloca and determines if it can
258 /// rewrite it in terms of a single new alloca that can be mem2reg'd.
259 class ConvertToScalarInfo {
260   /// AllocaSize - The size of the alloca being considered in bytes.
261   unsigned AllocaSize;
262   const DataLayout &DL;
263   unsigned ScalarLoadThreshold;
264
265   /// IsNotTrivial - This is set to true if there is some access to the object
266   /// which means that mem2reg can't promote it.
267   bool IsNotTrivial;
268
269   /// ScalarKind - Tracks the kind of alloca being considered for promotion,
270   /// computed based on the uses of the alloca rather than the LLVM type system.
271   enum {
272     Unknown,
273
274     // Accesses via GEPs that are consistent with element access of a vector
275     // type. This will not be converted into a vector unless there is a later
276     // access using an actual vector type.
277     ImplicitVector,
278
279     // Accesses via vector operations and GEPs that are consistent with the
280     // layout of a vector type.
281     Vector,
282
283     // An integer bag-of-bits with bitwise operations for insertion and
284     // extraction. Any combination of types can be converted into this kind
285     // of scalar.
286     Integer
287   } ScalarKind;
288
289   /// VectorTy - This tracks the type that we should promote the vector to if
290   /// it is possible to turn it into a vector.  This starts out null, and if it
291   /// isn't possible to turn into a vector type, it gets set to VoidTy.
292   VectorType *VectorTy;
293
294   /// HadNonMemTransferAccess - True if there is at least one access to the
295   /// alloca that is not a MemTransferInst.  We don't want to turn structs into
296   /// large integers unless there is some potential for optimization.
297   bool HadNonMemTransferAccess;
298
299   /// HadDynamicAccess - True if some element of this alloca was dynamic.
300   /// We don't yet have support for turning a dynamic access into a large
301   /// integer.
302   bool HadDynamicAccess;
303
304 public:
305   explicit ConvertToScalarInfo(unsigned Size, const DataLayout &DL,
306                                unsigned SLT)
307     : AllocaSize(Size), DL(DL), ScalarLoadThreshold(SLT), IsNotTrivial(false),
308     ScalarKind(Unknown), VectorTy(nullptr), HadNonMemTransferAccess(false),
309     HadDynamicAccess(false) { }
310
311   AllocaInst *TryConvert(AllocaInst *AI);
312
313 private:
314   bool CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx);
315   void MergeInTypeForLoadOrStore(Type *In, uint64_t Offset);
316   bool MergeInVectorType(VectorType *VInTy, uint64_t Offset);
317   void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset,
318                            Value *NonConstantIdx);
319
320   Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, Type *ToType,
321                                     uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx,
322                                     IRBuilder<> &Builder);
323   Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
324                                    uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx,
325                                    IRBuilder<> &Builder);
326 };
327 } // end anonymous namespace.
328
329
330 /// TryConvert - Analyze the specified alloca, and if it is safe to do so,
331 /// rewrite it to be a new alloca which is mem2reg'able.  This returns the new
332 /// alloca if possible or null if not.
333 AllocaInst *ConvertToScalarInfo::TryConvert(AllocaInst *AI) {
334   // If we can't convert this scalar, or if mem2reg can trivially do it, bail
335   // out.
336   if (!CanConvertToScalar(AI, 0, nullptr) || !IsNotTrivial)
337     return nullptr;
338
339   // If an alloca has only memset / memcpy uses, it may still have an Unknown
340   // ScalarKind. Treat it as an Integer below.
341   if (ScalarKind == Unknown)
342     ScalarKind = Integer;
343
344   if (ScalarKind == Vector && VectorTy->getBitWidth() != AllocaSize * 8)
345     ScalarKind = Integer;
346
347   // If we were able to find a vector type that can handle this with
348   // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
349   // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
350   // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
351   // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
352   // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
353   Type *NewTy;
354   if (ScalarKind == Vector) {
355     assert(VectorTy && "Missing type for vector scalar.");
356     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "\n  TYPE = "
357           << *VectorTy << '\n');
358     NewTy = VectorTy;  // Use the vector type.
359   } else {
360     unsigned BitWidth = AllocaSize * 8;
361
362     // Do not convert to scalar integer if the alloca size exceeds the
363     // scalar load threshold.
364     if (BitWidth > ScalarLoadThreshold)
365       return nullptr;
366
367     if ((ScalarKind == ImplicitVector || ScalarKind == Integer) &&
368         !HadNonMemTransferAccess && !DL.fitsInLegalInteger(BitWidth))
369       return nullptr;
370     // Dynamic accesses on integers aren't yet supported.  They need us to shift
371     // by a dynamic amount which could be difficult to work out as we might not
372     // know whether to use a left or right shift.
373     if (ScalarKind == Integer && HadDynamicAccess)
374       return nullptr;
375
376     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n");
377     // Create and insert the integer alloca.
378     NewTy = IntegerType::get(AI->getContext(), BitWidth);
379   }
380   AllocaInst *NewAI = new AllocaInst(NewTy, nullptr, "",
381                                      AI->getParent()->begin());
382   ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0, nullptr);
383   return NewAI;
384 }
385
386 /// MergeInTypeForLoadOrStore - Add the 'In' type to the accumulated vector type
387 /// (VectorTy) so far at the offset specified by Offset (which is specified in
388 /// bytes).
389 ///
390 /// There are two cases we handle here:
391 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
392 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
393 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
394 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
395 ///   2) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
396 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
397 ///      and stores would mutate the memory.  We mark this by setting VectorTy
398 ///      to VoidTy.
399 void ConvertToScalarInfo::MergeInTypeForLoadOrStore(Type *In,
400                                                     uint64_t Offset) {
401   // If we already decided to turn this into a blob of integer memory, there is
402   // nothing to be done.
403   if (ScalarKind == Integer)
404     return;
405
406   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
407
408   // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
409   // matches the existing VecTy.
410   if (VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
411     if (MergeInVectorType(VInTy, Offset))
412       return;
413   } else if (In->isFloatTy() || In->isDoubleTy() ||
414              (In->isIntegerTy() && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
415               isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
416     // Full width accesses can be ignored, because they can always be turned
417     // into bitcasts.
418     unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
419     if (EltSize == AllocaSize)
420       return;
421
422     // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
423     // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
424     // compatible with it.
425     if (Offset % EltSize == 0 && AllocaSize % EltSize == 0 &&
426         (!VectorTy || EltSize == VectorTy->getElementType()
427                                          ->getPrimitiveSizeInBits()/8)) {
428       if (!VectorTy) {
429         ScalarKind = ImplicitVector;
430         VectorTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
431       }
432       return;
433     }
434   }
435
436   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
437   // form.  We can still turn this into a large integer.
438   ScalarKind = Integer;
439 }
440
441 /// MergeInVectorType - Handles the vector case of MergeInTypeForLoadOrStore,
442 /// returning true if the type was successfully merged and false otherwise.
443 bool ConvertToScalarInfo::MergeInVectorType(VectorType *VInTy,
444                                             uint64_t Offset) {
445   if (VInTy->getBitWidth()/8 == AllocaSize && Offset == 0) {
446     // If we're storing/loading a vector of the right size, allow it as a
447     // vector.  If this the first vector we see, remember the type so that
448     // we know the element size. If this is a subsequent access, ignore it
449     // even if it is a differing type but the same size. Worst case we can
450     // bitcast the resultant vectors.
451     if (!VectorTy)
452       VectorTy = VInTy;
453     ScalarKind = Vector;
454     return true;
455   }
456
457   return false;
458 }
459
460 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
461 /// its accesses to a single vector type, return true and set VecTy to
462 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
463 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
464 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
465 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
466 ///
467 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
468 /// SawVec flag.
469 bool ConvertToScalarInfo::CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset,
470                                              Value* NonConstantIdx) {
471   for (User *U : V->users()) {
472     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
473
474     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UI)) {
475       // Don't break volatile loads.
476       if (!LI->isSimple())
477         return false;
478       // Don't touch MMX operations.
479       if (LI->getType()->isX86_MMXTy())
480         return false;
481       HadNonMemTransferAccess = true;
482       MergeInTypeForLoadOrStore(LI->getType(), Offset);
483       continue;
484     }
485
486     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
487       // Storing the pointer, not into the value?
488       if (SI->getOperand(0) == V || !SI->isSimple()) return false;
489       // Don't touch MMX operations.
490       if (SI->getOperand(0)->getType()->isX86_MMXTy())
491         return false;
492       HadNonMemTransferAccess = true;
493       MergeInTypeForLoadOrStore(SI->getOperand(0)->getType(), Offset);
494       continue;
495     }
496
497     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(UI)) {
498       if (!onlyUsedByLifetimeMarkers(BCI))
499         IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
500       if (!CanConvertToScalar(BCI, Offset, NonConstantIdx))
501         return false;
502       continue;
503     }
504
505     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(UI)) {
506       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
507       PointerType* PtrTy = dyn_cast<PointerType>(GEP->getPointerOperandType());
508       if (!PtrTy)
509         return false;
510
511       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
512       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
513       Value *GEPNonConstantIdx = nullptr;
514       if (!GEP->hasAllConstantIndices()) {
515         if (!isa<VectorType>(PtrTy->getElementType()))
516           return false;
517         if (NonConstantIdx)
518           return false;
519         GEPNonConstantIdx = Indices.pop_back_val();
520         if (!GEPNonConstantIdx->getType()->isIntegerTy(32))
521           return false;
522         HadDynamicAccess = true;
523       } else
524         GEPNonConstantIdx = NonConstantIdx;
525       uint64_t GEPOffset = DL.getIndexedOffset(PtrTy,
526                                                Indices);
527       // See if all uses can be converted.
528       if (!CanConvertToScalar(GEP, Offset+GEPOffset, GEPNonConstantIdx))
529         return false;
530       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
531       HadNonMemTransferAccess = true;
532       continue;
533     }
534
535     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
536     // handle it.
537     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(UI)) {
538       // Store to dynamic index.
539       if (NonConstantIdx)
540         return false;
541       // Store of constant value.
542       if (!isa<ConstantInt>(MSI->getValue()))
543         return false;
544
545       // Store of constant size.
546       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MSI->getLength());
547       if (!Len)
548         return false;
549
550       // If the size differs from the alloca, we can only convert the alloca to
551       // an integer bag-of-bits.
552       // FIXME: This should handle all of the cases that are currently accepted
553       // as vector element insertions.
554       if (Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
555         ScalarKind = Integer;
556
557       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
558       HadNonMemTransferAccess = true;
559       continue;
560     }
561
562     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
563     // can handle it like a load or store of the scalar type.
564     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(UI)) {
565       // Store to dynamic index.
566       if (NonConstantIdx)
567         return false;
568       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength());
569       if (!Len || Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
570         return false;
571
572       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
573       continue;
574     }
575
576     // If this is a lifetime intrinsic, we can handle it.
577     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(UI)) {
578       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
579           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
580         continue;
581       }
582     }
583
584     // Otherwise, we cannot handle this!
585     return false;
586   }
587
588   return true;
589 }
590
591 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
592 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
593 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
594 /// vector with insert/extractelement instructions.
595 ///
596 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
597 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
598 void ConvertToScalarInfo::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI,
599                                               uint64_t Offset,
600                                               Value* NonConstantIdx) {
601   while (!Ptr->use_empty()) {
602     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->user_back());
603
604     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
605       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset, NonConstantIdx);
606       CI->eraseFromParent();
607       continue;
608     }
609
610     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
611       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
612       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
613       Value* GEPNonConstantIdx = nullptr;
614       if (!GEP->hasAllConstantIndices()) {
615         assert(!NonConstantIdx &&
616                "Dynamic GEP reading from dynamic GEP unsupported");
617         GEPNonConstantIdx = Indices.pop_back_val();
618       } else
619         GEPNonConstantIdx = NonConstantIdx;
620       uint64_t GEPOffset = DL.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
621                                                Indices);
622       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8, GEPNonConstantIdx);
623       GEP->eraseFromParent();
624       continue;
625     }
626
627     IRBuilder<> Builder(User);
628
629     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
630       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
631       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI);
632       Value *NewLoadVal
633         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset,
634                                      NonConstantIdx, Builder);
635       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
636       LI->eraseFromParent();
637       continue;
638     }
639
640     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
641       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
642       Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
643       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
644                                              NonConstantIdx, Builder);
645       Builder.CreateStore(New, NewAI);
646       SI->eraseFromParent();
647
648       // If the load we just inserted is now dead, then the inserted store
649       // overwrote the entire thing.
650       if (Old->use_empty())
651         Old->eraseFromParent();
652       continue;
653     }
654
655     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
656     // transform it into a store of the expanded constant value.
657     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
658       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
659       assert(!NonConstantIdx && "Cannot replace dynamic memset with insert");
660       int64_t SNumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getSExtValue();
661       if (SNumBytes > 0 && (SNumBytes >> 32) == 0) {
662         unsigned NumBytes = static_cast<unsigned>(SNumBytes);
663         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
664
665         // Compute the value replicated the right number of times.
666         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
667
668         // Splat the value if non-zero.
669         if (Val)
670           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
671             APVal |= APVal << 8;
672
673         Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
674         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
675                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
676                                                Old, Offset, nullptr, Builder);
677         Builder.CreateStore(New, NewAI);
678
679         // If the load we just inserted is now dead, then the memset overwrote
680         // the entire thing.
681         if (Old->use_empty())
682           Old->eraseFromParent();
683       }
684       MSI->eraseFromParent();
685       continue;
686     }
687
688     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
689     // can handle it like a load or store of the scalar type.
690     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
691       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
692       assert(!NonConstantIdx && "Cannot replace dynamic transfer with insert");
693
694       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
695       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
696       // as appropriate.
697       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Ptr, &DL, 0));
698
699       if (GetUnderlyingObject(MTI->getSource(), &DL, 0) != OrigAI) {
700         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
701         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
702         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
703         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
704         PointerType* SPTy = cast<PointerType>(SrcPtr->getType());
705         PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
706         if (SPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
707           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
708                                    SPTy->getAddressSpace());
709         }
710         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, AIPTy);
711
712         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
713         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
714         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
715       } else if (GetUnderlyingObject(MTI->getDest(), &DL, 0) != OrigAI) {
716         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
717         // through the original dest pointer (bitcasted).
718         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
719         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
720
721         PointerType* DPTy = cast<PointerType>(MTI->getDest()->getType());
722         PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
723         if (DPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
724           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
725                                    DPTy->getAddressSpace());
726         }
727         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), AIPTy);
728
729         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
730         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
731       } else {
732         // Noop transfer. Src == Dst
733       }
734
735       MTI->eraseFromParent();
736       continue;
737     }
738
739     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
740       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
741           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
742         // There's no need to preserve these, as the resulting alloca will be
743         // converted to a register anyways.
744         II->eraseFromParent();
745         continue;
746       }
747     }
748
749     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
750   }
751 }
752
753 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
754 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
755 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
756 ///
757 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
758 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
759 /// insert/extractelement instructions.
760 ///
761 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
762 /// shifted to the right.
763 Value *ConvertToScalarInfo::
764 ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, Type *ToType,
765                            uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx,
766                            IRBuilder<> &Builder) {
767   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
768   Type *FromType = FromVal->getType();
769   if (FromType == ToType && Offset == 0)
770     return FromVal;
771
772   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
773   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
774   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromType)) {
775     unsigned FromTypeSize = DL.getTypeAllocSize(FromType);
776     unsigned ToTypeSize = DL.getTypeAllocSize(ToType);
777     if (FromTypeSize == ToTypeSize)
778         return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType);
779
780     // Otherwise it must be an element access.
781     unsigned Elt = 0;
782     if (Offset) {
783       unsigned EltSize = DL.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
784       Elt = Offset/EltSize;
785       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
786     }
787     // Return the element extracted out of it.
788     Value *Idx;
789     if (NonConstantIdx) {
790       if (Elt)
791         Idx = Builder.CreateAdd(NonConstantIdx,
792                                 Builder.getInt32(Elt),
793                                 "dyn.offset");
794       else
795         Idx = NonConstantIdx;
796     } else
797       Idx = Builder.getInt32(Elt);
798     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, Idx);
799     if (V->getType() != ToType)
800       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType);
801     return V;
802   }
803
804   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
805   // use insertvalue's to form the FCA.
806   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
807     assert(!NonConstantIdx &&
808            "Dynamic indexing into struct types not supported");
809     const StructLayout &Layout = *DL.getStructLayout(ST);
810     Value *Res = UndefValue::get(ST);
811     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
812       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
813                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
814                                               nullptr, Builder);
815       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i);
816     }
817     return Res;
818   }
819
820   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
821     assert(!NonConstantIdx &&
822            "Dynamic indexing into array types not supported");
823     uint64_t EltSize = DL.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
824     Value *Res = UndefValue::get(AT);
825     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
826       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
827                                               Offset+i*EltSize, nullptr,
828                                               Builder);
829       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i);
830     }
831     return Res;
832   }
833
834   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
835   IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
836
837   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
838   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
839   int ShAmt = 0;
840   if (DL.isBigEndian()) {
841     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
842     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
843     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
844     ShAmt = DL.getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
845             DL.getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
846   } else {
847     ShAmt = Offset;
848   }
849
850   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
851   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
852   // only some bits are used.
853   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
854     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
855                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(), ShAmt));
856   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
857     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal,
858                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(), -ShAmt));
859
860   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
861   unsigned LIBitWidth = DL.getTypeSizeInBits(ToType);
862   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
863     FromVal =
864       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
865                                                     LIBitWidth));
866   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
867     FromVal =
868        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
869                                                     LIBitWidth));
870
871   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
872   if (ToType->isIntegerTy()) {
873     // Should be done.
874   } else if (ToType->isFloatingPointTy() || ToType->isVectorTy()) {
875     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
876     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType);
877   } else {
878     // Otherwise must be a pointer.
879     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType);
880   }
881   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
882   return FromVal;
883 }
884
885 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
886 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
887 ///
888 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
889 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
890 /// vector with insert/extractelement instructions.
891 ///
892 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
893 /// shifted to the right.
894 ///
895 /// NonConstantIdx is an index value if there was a GEP with a non-constant
896 /// index value.  If this is 0 then all GEPs used to find this insert address
897 /// are constant.
898 Value *ConvertToScalarInfo::
899 ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
900                           uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx,
901                           IRBuilder<> &Builder) {
902   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
903   // then 'or' into place.
904   Type *AllocaType = Old->getType();
905   LLVMContext &Context = Old->getContext();
906
907   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
908     uint64_t VecSize = DL.getTypeAllocSizeInBits(VTy);
909     uint64_t ValSize = DL.getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
910
911     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
912     // vector type?
913     if (ValSize == VecSize)
914         return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType);
915
916     // Must be an element insertion.
917     Type *EltTy = VTy->getElementType();
918     if (SV->getType() != EltTy)
919       SV = Builder.CreateBitCast(SV, EltTy);
920     uint64_t EltSize = DL.getTypeAllocSizeInBits(EltTy);
921     unsigned Elt = Offset/EltSize;
922     Value *Idx;
923     if (NonConstantIdx) {
924       if (Elt)
925         Idx = Builder.CreateAdd(NonConstantIdx,
926                                 Builder.getInt32(Elt),
927                                 "dyn.offset");
928       else
929         Idx = NonConstantIdx;
930     } else
931       Idx = Builder.getInt32(Elt);
932     return Builder.CreateInsertElement(Old, SV, Idx);
933   }
934
935   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
936   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
937     assert(!NonConstantIdx &&
938            "Dynamic indexing into struct types not supported");
939     const StructLayout &Layout = *DL.getStructLayout(ST);
940     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
941       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i);
942       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old,
943                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
944                                       nullptr, Builder);
945     }
946     return Old;
947   }
948
949   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
950     assert(!NonConstantIdx &&
951            "Dynamic indexing into array types not supported");
952     uint64_t EltSize = DL.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
953     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
954       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i);
955       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, nullptr,
956                                       Builder);
957     }
958     return Old;
959   }
960
961   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
962   // If it is a pointer, do the same.
963   unsigned SrcWidth = DL.getTypeSizeInBits(SV->getType());
964   unsigned DestWidth = DL.getTypeSizeInBits(AllocaType);
965   unsigned SrcStoreWidth = DL.getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
966   unsigned DestStoreWidth = DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
967   if (SV->getType()->isFloatingPointTy() || SV->getType()->isVectorTy())
968     SV = Builder.CreateBitCast(SV, IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth));
969   else if (SV->getType()->isPointerTy())
970     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, DL.getIntPtrType(SV->getType()));
971
972   // Zero extend or truncate the value if needed.
973   if (SV->getType() != AllocaType) {
974     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
975              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
976       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType);
977     else {
978       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
979       // (undefined behavior).
980       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType);
981       SrcWidth = DestWidth;
982       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
983     }
984   }
985
986   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
987   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
988   int ShAmt = 0;
989   if (DL.isBigEndian()) {
990     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
991     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
992     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
993     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
994   } else {
995     ShAmt = Offset;
996   }
997
998   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
999   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
1000   // only some bits in the structure are set.
1001   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
1002   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
1003     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(), ShAmt));
1004     Mask <<= ShAmt;
1005   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
1006     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(), -ShAmt));
1007     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
1008   }
1009
1010   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
1011   // in the new bits.
1012   if (SrcWidth != DestWidth) {
1013     assert(DestWidth > SrcWidth);
1014     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
1015     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
1016   }
1017   return SV;
1018 }
1019
1020
1021 //===----------------------------------------------------------------------===//
1022 // SRoA Driver
1023 //===----------------------------------------------------------------------===//
1024
1025
1026 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
1027   if (skipOptnoneFunction(F))
1028     return false;
1029
1030   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
1031   DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
1032
1033   bool Changed = performPromotion(F);
1034
1035   // FIXME: ScalarRepl currently depends on DataLayout more than it
1036   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
1037   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
1038   // scalar-replacement portion of this pass.
1039   if (!DL) return Changed;
1040
1041   while (1) {
1042     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
1043     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
1044     Changed = true;
1045     LocalChange = performPromotion(F);
1046     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
1047   }
1048
1049   return Changed;
1050 }
1051
1052 namespace {
1053 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1054   AllocaInst *AI;
1055   DIBuilder *DIB;
1056   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
1057   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
1058 public:
1059   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
1060                  DIBuilder *DB)
1061     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(nullptr), DIB(DB) {}
1062
1063   void run(AllocaInst *AI, const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
1064     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
1065     this->AI = AI;
1066     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI->getContext(), AI)) {
1067       for (User *U : DebugNode->users())
1068         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(U))
1069           DDIs.push_back(DDI);
1070         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(U))
1071           DVIs.push_back(DVI);
1072     }
1073
1074     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1075     AI->eraseFromParent();
1076     for (SmallVectorImpl<DbgDeclareInst *>::iterator I = DDIs.begin(),
1077            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1078       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1079       DDI->eraseFromParent();
1080     }
1081     for (SmallVectorImpl<DbgValueInst *>::iterator I = DVIs.begin(),
1082            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1083       DbgValueInst *DVI = *I;
1084       DVI->eraseFromParent();
1085     }
1086   }
1087
1088   bool isInstInList(Instruction *I,
1089                     const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const override {
1090     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1091       return LI->getOperand(0) == AI;
1092     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == AI;
1093   }
1094
1095   void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const override {
1096     for (SmallVectorImpl<DbgDeclareInst *>::const_iterator I = DDIs.begin(),
1097            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1098       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1099       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1100         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, *DIB);
1101       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
1102         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, *DIB);
1103     }
1104     for (SmallVectorImpl<DbgValueInst *>::const_iterator I = DVIs.begin(),
1105            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1106       DbgValueInst *DVI = *I;
1107       Value *Arg = nullptr;
1108       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1109         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
1110         // may be zapped by an optimization pass in future.
1111         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
1112           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
1113         if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
1114           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
1115         if (!Arg)
1116           Arg = SI->getOperand(0);
1117       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
1118         Arg = LI->getOperand(0);
1119       } else {
1120         continue;
1121       }
1122       Instruction *DbgVal =
1123         DIB->insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
1124                                      Inst);
1125       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1126     }
1127   }
1128 };
1129 } // end anon namespace
1130
1131 /// isSafeSelectToSpeculate - Select instructions that use an alloca and are
1132 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers and then
1133 /// select between the result, allowing the load of the alloca to be promoted.
1134 /// From this:
1135 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1136 ///   %V = load i32* %P2
1137 /// to:
1138 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1139 ///   %V2 = load i32* %Other
1140 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1141 ///
1142 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1143 /// the select can be loaded unconditionally.
1144 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst *SI, const DataLayout *DL) {
1145   bool TDerefable = SI->getTrueValue()->isDereferenceablePointer(DL);
1146   bool FDerefable = SI->getFalseValue()->isDereferenceablePointer(DL);
1147
1148   for (User *U : SI->users()) {
1149     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1150     if (!LI || !LI->isSimple()) return false;
1151
1152     // Both operands to the select need to be dereferencable, either absolutely
1153     // (e.g. allocas) or at this point because we can see other accesses to it.
1154     if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getTrueValue(), LI,
1155                                                     LI->getAlignment(), DL))
1156       return false;
1157     if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getFalseValue(), LI,
1158                                                     LI->getAlignment(), DL))
1159       return false;
1160   }
1161
1162   return true;
1163 }
1164
1165 /// isSafePHIToSpeculate - PHI instructions that use an alloca and are
1166 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers in the pred
1167 /// blocks and then PHI the results, allowing the load of the alloca to be
1168 /// promoted.
1169 /// From this:
1170 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1171 ///   %V = load i32* %P2
1172 /// to:
1173 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1174 ///   ...
1175 ///   %V2 = load i32* %Other
1176 ///   ...
1177 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1178 ///
1179 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1180 /// the select can be loaded unconditionally.
1181 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode *PN, const DataLayout *DL) {
1182   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block as
1183   // the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1184   // TODO: Allow recursive phi users.
1185   // TODO: Allow stores.
1186   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1187   unsigned MaxAlign = 0;
1188   for (User *U : PN->users()) {
1189     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1190     if (!LI || !LI->isSimple()) return false;
1191
1192     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is a
1193     // common case that happens when instcombine merges two loads through a PHI.
1194     if (LI->getParent() != BB) return false;
1195
1196     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1197     // could store.
1198     for (BasicBlock::iterator BBI = PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1199       if (BBI->mayWriteToMemory())
1200         return false;
1201
1202     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1203   }
1204
1205   // Okay, we know that we have one or more loads in the same block as the PHI.
1206   // We can transform this if it is safe to push the loads into the predecessor
1207   // blocks.  The only thing to watch out for is that we can't put a possibly
1208   // trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1209   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1210     BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1211     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1212
1213     // If the terminator of the predecessor has side-effects (an invoke),
1214     // there is no safe place to put a load in the predecessor.
1215     if (Pred->getTerminator()->mayHaveSideEffects())
1216       return false;
1217
1218     // If the value is produced by the terminator of the predecessor
1219     // (an invoke), there is no valid place to put a load in the predecessor.
1220     if (Pred->getTerminator() == InVal)
1221       return false;
1222
1223     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't critical.
1224     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1)
1225       continue;
1226
1227     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there is
1228     // already a load in the block, then we can move the load to the pred block.
1229     if (InVal->isDereferenceablePointer(DL) ||
1230         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, Pred->getTerminator(), MaxAlign, DL))
1231       continue;
1232
1233     return false;
1234   }
1235
1236   return true;
1237 }
1238
1239
1240 /// tryToMakeAllocaBePromotable - This returns true if the alloca only has
1241 /// direct (non-volatile) loads and stores to it.  If the alloca is close but
1242 /// not quite there, this will transform the code to allow promotion.  As such,
1243 /// it is a non-pure predicate.
1244 static bool tryToMakeAllocaBePromotable(AllocaInst *AI, const DataLayout *DL) {
1245   SetVector<Instruction*, SmallVector<Instruction*, 4>,
1246             SmallPtrSet<Instruction*, 4> > InstsToRewrite;
1247   for (User *U : AI->users()) {
1248     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
1249       if (!LI->isSimple())
1250         return false;
1251       continue;
1252     }
1253
1254     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1255       if (SI->getOperand(0) == AI || !SI->isSimple())
1256         return false;   // Don't allow a store OF the AI, only INTO the AI.
1257       continue;
1258     }
1259
1260     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(U)) {
1261       // If the condition being selected on is a constant, fold the select, yes
1262       // this does (rarely) happen early on.
1263       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
1264         Value *Result = SI->getOperand(1+CI->isZero());
1265         SI->replaceAllUsesWith(Result);
1266         SI->eraseFromParent();
1267
1268         // This is very rare and we just scrambled the use list of AI, start
1269         // over completely.
1270         return tryToMakeAllocaBePromotable(AI, DL);
1271       }
1272
1273       // If it is safe to turn "load (select c, AI, ptr)" into a select of two
1274       // loads, then we can transform this by rewriting the select.
1275       if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, DL))
1276         return false;
1277
1278       InstsToRewrite.insert(SI);
1279       continue;
1280     }
1281
1282     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1283       if (PN->use_empty()) {  // Dead PHIs can be stripped.
1284         InstsToRewrite.insert(PN);
1285         continue;
1286       }
1287
1288       // If it is safe to turn "load (phi [AI, ptr, ...])" into a PHI of loads
1289       // in the pred blocks, then we can transform this by rewriting the PHI.
1290       if (!isSafePHIToSpeculate(PN, DL))
1291         return false;
1292
1293       InstsToRewrite.insert(PN);
1294       continue;
1295     }
1296
1297     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
1298       if (onlyUsedByLifetimeMarkers(BCI)) {
1299         InstsToRewrite.insert(BCI);
1300         continue;
1301       }
1302     }
1303
1304     return false;
1305   }
1306
1307   // If there are no instructions to rewrite, then all uses are load/stores and
1308   // we're done!
1309   if (InstsToRewrite.empty())
1310     return true;
1311
1312   // If we have instructions that need to be rewritten for this to be promotable
1313   // take care of it now.
1314   for (unsigned i = 0, e = InstsToRewrite.size(); i != e; ++i) {
1315     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(InstsToRewrite[i])) {
1316       // This could only be a bitcast used by nothing but lifetime intrinsics.
1317       for (BitCastInst::user_iterator I = BCI->user_begin(), E = BCI->user_end();
1318            I != E;)
1319         cast<Instruction>(*I++)->eraseFromParent();
1320       BCI->eraseFromParent();
1321       continue;
1322     }
1323
1324     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(InstsToRewrite[i])) {
1325       // Selects in InstsToRewrite only have load uses.  Rewrite each as two
1326       // loads with a new select.
1327       while (!SI->use_empty()) {
1328         LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI->user_back());
1329
1330         IRBuilder<> Builder(LI);
1331         LoadInst *TrueLoad =
1332           Builder.CreateLoad(SI->getTrueValue(), LI->getName()+".t");
1333         LoadInst *FalseLoad =
1334           Builder.CreateLoad(SI->getFalseValue(), LI->getName()+".f");
1335
1336         // Transfer alignment and AA info if present.
1337         TrueLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1338         FalseLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1339
1340         AAMDNodes Tags;
1341         LI->getAAMetadata(Tags);
1342         if (Tags) {
1343           TrueLoad->setAAMetadata(Tags);
1344           FalseLoad->setAAMetadata(Tags);
1345         }
1346
1347         Value *V = Builder.CreateSelect(SI->getCondition(), TrueLoad, FalseLoad);
1348         V->takeName(LI);
1349         LI->replaceAllUsesWith(V);
1350         LI->eraseFromParent();
1351       }
1352
1353       // Now that all the loads are gone, the select is gone too.
1354       SI->eraseFromParent();
1355       continue;
1356     }
1357
1358     // Otherwise, we have a PHI node which allows us to push the loads into the
1359     // predecessors.
1360     PHINode *PN = cast<PHINode>(InstsToRewrite[i]);
1361     if (PN->use_empty()) {
1362       PN->eraseFromParent();
1363       continue;
1364     }
1365
1366     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN->getType())->getElementType();
1367     PHINode *NewPN = PHINode::Create(LoadTy, PN->getNumIncomingValues(),
1368                                      PN->getName()+".ld", PN);
1369
1370     // Get the AA tags and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1371     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1372     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN->user_back());
1373
1374     AAMDNodes AATags;
1375     SomeLoad->getAAMetadata(AATags);
1376     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1377
1378     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1379     while (!PN->use_empty()) {
1380       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN->user_back());
1381       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1382       LI->eraseFromParent();
1383     }
1384
1385     // Inject loads into all of the pred blocks.  Keep track of which blocks we
1386     // insert them into in case we have multiple edges from the same block.
1387     DenseMap<BasicBlock*, LoadInst*> InsertedLoads;
1388
1389     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1390       BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1391       LoadInst *&Load = InsertedLoads[Pred];
1392       if (!Load) {
1393         Load = new LoadInst(PN->getIncomingValue(i),
1394                             PN->getName() + "." + Pred->getName(),
1395                             Pred->getTerminator());
1396         Load->setAlignment(Align);
1397         if (AATags) Load->setAAMetadata(AATags);
1398       }
1399
1400       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1401     }
1402
1403     PN->eraseFromParent();
1404   }
1405
1406   ++NumAdjusted;
1407   return true;
1408 }
1409
1410 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
1411   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
1412   DominatorTree *DT = nullptr;
1413   if (HasDomTree)
1414     DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1415
1416   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
1417   DIBuilder DIB(*F.getParent());
1418   bool Changed = false;
1419   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
1420   while (1) {
1421     Allocas.clear();
1422
1423     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
1424     // the entry node
1425     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
1426       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
1427         if (tryToMakeAllocaBePromotable(AI, DL))
1428           Allocas.push_back(AI);
1429
1430     if (Allocas.empty()) break;
1431
1432     if (HasDomTree)
1433       PromoteMemToReg(Allocas, *DT);
1434     else {
1435       SSAUpdater SSA;
1436       for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i) {
1437         AllocaInst *AI = Allocas[i];
1438
1439         // Build list of instructions to promote.
1440         for (User *U : AI->users())
1441           Insts.push_back(cast<Instruction>(U));
1442         AllocaPromoter(Insts, SSA, &DIB).run(AI, Insts);
1443         Insts.clear();
1444       }
1445     }
1446     NumPromoted += Allocas.size();
1447     Changed = true;
1448   }
1449
1450   return Changed;
1451 }
1452
1453
1454 /// ShouldAttemptScalarRepl - Decide if an alloca is a good candidate for
1455 /// SROA.  It must be a struct or array type with a small number of elements.
1456 bool SROA::ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI) {
1457   Type *T = AI->getAllocatedType();
1458   // Do not promote any struct that has too many members.
1459   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
1460     return ST->getNumElements() <= StructMemberThreshold;
1461   // Do not promote any array that has too many elements.
1462   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T))
1463     return AT->getNumElements() <= ArrayElementThreshold;
1464   return false;
1465 }
1466
1467 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
1468 // which runs on all of the alloca instructions in the entry block, removing
1469 // them if they are only used by getelementptr instructions.
1470 //
1471 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
1472   std::vector<AllocaInst*> WorkList;
1473
1474   // Scan the entry basic block, adding allocas to the worklist.
1475   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
1476   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
1477     if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(I))
1478       WorkList.push_back(A);
1479
1480   // Process the worklist
1481   bool Changed = false;
1482   while (!WorkList.empty()) {
1483     AllocaInst *AI = WorkList.back();
1484     WorkList.pop_back();
1485
1486     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
1487     // with unused elements.
1488     if (AI->use_empty()) {
1489       AI->eraseFromParent();
1490       Changed = true;
1491       continue;
1492     }
1493
1494     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
1495     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
1496       continue;
1497
1498     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
1499     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
1500     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
1501     // value cannot be decomposed at all.
1502     uint64_t AllocaSize = DL->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
1503
1504     // Do not promote [0 x %struct].
1505     if (AllocaSize == 0) continue;
1506
1507     // Do not promote any struct whose size is too big.
1508     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
1509
1510     // If the alloca looks like a good candidate for scalar replacement, and if
1511     // all its users can be transformed, then split up the aggregate into its
1512     // separate elements.
1513     if (ShouldAttemptScalarRepl(AI) && isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
1514       DoScalarReplacement(AI, WorkList);
1515       Changed = true;
1516       continue;
1517     }
1518
1519     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
1520     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
1521     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
1522     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
1523     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
1524     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
1525     if (AllocaInst *NewAI = ConvertToScalarInfo(
1526               (unsigned)AllocaSize, *DL, ScalarLoadThreshold).TryConvert(AI)) {
1527       NewAI->takeName(AI);
1528       AI->eraseFromParent();
1529       ++NumConverted;
1530       Changed = true;
1531       continue;
1532     }
1533
1534     // Otherwise, couldn't process this alloca.
1535   }
1536
1537   return Changed;
1538 }
1539
1540 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
1541 /// predicate, do SROA now.
1542 void SROA::DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
1543                                std::vector<AllocaInst*> &WorkList) {
1544   DEBUG(dbgs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
1545   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
1546   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
1547     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
1548     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
1549       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), nullptr,
1550                                       AI->getAlignment(),
1551                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1552       ElementAllocas.push_back(NA);
1553       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1554     }
1555   } else {
1556     ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
1557     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
1558     Type *ElTy = AT->getElementType();
1559     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1560       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, nullptr, AI->getAlignment(),
1561                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1562       ElementAllocas.push_back(NA);
1563       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1564     }
1565   }
1566
1567   // Now that we have created the new alloca instructions, rewrite all the
1568   // uses of the old alloca.
1569   RewriteForScalarRepl(AI, AI, 0, ElementAllocas);
1570
1571   // Now erase any instructions that were made dead while rewriting the alloca.
1572   DeleteDeadInstructions();
1573   AI->eraseFromParent();
1574
1575   ++NumReplaced;
1576 }
1577
1578 /// DeleteDeadInstructions - Erase instructions on the DeadInstrs list,
1579 /// recursively including all their operands that become trivially dead.
1580 void SROA::DeleteDeadInstructions() {
1581   while (!DeadInsts.empty()) {
1582     Instruction *I = cast<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
1583
1584     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
1585       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
1586         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
1587         // (But, don't add allocas to the dead instruction list -- they are
1588         // already on the worklist and will be deleted separately.)
1589         *OI = nullptr;
1590         if (isInstructionTriviallyDead(U) && !isa<AllocaInst>(U))
1591           DeadInsts.push_back(U);
1592       }
1593
1594     I->eraseFromParent();
1595   }
1596 }
1597
1598 /// isSafeForScalarRepl - Check if instruction I is a safe use with regard to
1599 /// performing scalar replacement of alloca AI.  The results are flagged in
1600 /// the Info parameter.  Offset indicates the position within AI that is
1601 /// referenced by this instruction.
1602 void SROA::isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1603                                AllocaInfo &Info) {
1604   for (Use &U : I->uses()) {
1605     Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
1606
1607     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1608       isSafeForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1609     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1610       uint64_t GEPOffset = Offset;
1611       isSafeGEP(GEPI, GEPOffset, Info);
1612       if (!Info.isUnsafe)
1613         isSafeForScalarRepl(GEPI, GEPOffset, Info);
1614     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1615       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1616       if (!Length || Length->isNegative())
1617         return MarkUnsafe(Info, User);
1618
1619       isSafeMemAccess(Offset, Length->getZExtValue(), nullptr,
1620                       U.getOperandNo() == 0, Info, MI,
1621                       true /*AllowWholeAccess*/);
1622     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1623       if (!LI->isSimple())
1624         return MarkUnsafe(Info, User);
1625       Type *LIType = LI->getType();
1626       isSafeMemAccess(Offset, DL->getTypeAllocSize(LIType),
1627                       LIType, false, Info, LI, true /*AllowWholeAccess*/);
1628       Info.hasALoadOrStore = true;
1629
1630     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1631       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1632       if (!SI->isSimple() || SI->getOperand(0) == I)
1633         return MarkUnsafe(Info, User);
1634
1635       Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1636       isSafeMemAccess(Offset, DL->getTypeAllocSize(SIType),
1637                       SIType, true, Info, SI, true /*AllowWholeAccess*/);
1638       Info.hasALoadOrStore = true;
1639     } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
1640       if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1641           II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1642         return MarkUnsafe(Info, User);
1643     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1644       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1645     } else {
1646       return MarkUnsafe(Info, User);
1647     }
1648     if (Info.isUnsafe) return;
1649   }
1650 }
1651
1652
1653 /// isSafePHIUseForScalarRepl - If we see a PHI node or select using a pointer
1654 /// derived from the alloca, we can often still split the alloca into elements.
1655 /// This is useful if we have a large alloca where one element is phi'd
1656 /// together somewhere: we can SRoA and promote all the other elements even if
1657 /// we end up not being able to promote this one.
1658 ///
1659 /// All we require is that the uses of the PHI do not index into other parts of
1660 /// the alloca.  The most important use case for this is single load and stores
1661 /// that are PHI'd together, which can happen due to code sinking.
1662 void SROA::isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1663                                            AllocaInfo &Info) {
1664   // If we've already checked this PHI, don't do it again.
1665   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1666     if (!Info.CheckedPHIs.insert(PN))
1667       return;
1668
1669   for (User *U : I->users()) {
1670     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1671
1672     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(UI)) {
1673       isSafePHISelectUseForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1674     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(UI)) {
1675       // Only allow "bitcast" GEPs for simplicity.  We could generalize this,
1676       // but would have to prove that we're staying inside of an element being
1677       // promoted.
1678       if (!GEPI->hasAllZeroIndices())
1679         return MarkUnsafe(Info, UI);
1680       isSafePHISelectUseForScalarRepl(GEPI, Offset, Info);
1681     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UI)) {
1682       if (!LI->isSimple())
1683         return MarkUnsafe(Info, UI);
1684       Type *LIType = LI->getType();
1685       isSafeMemAccess(Offset, DL->getTypeAllocSize(LIType),
1686                       LIType, false, Info, LI, false /*AllowWholeAccess*/);
1687       Info.hasALoadOrStore = true;
1688
1689     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
1690       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1691       if (!SI->isSimple() || SI->getOperand(0) == I)
1692         return MarkUnsafe(Info, UI);
1693
1694       Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1695       isSafeMemAccess(Offset, DL->getTypeAllocSize(SIType),
1696                       SIType, true, Info, SI, false /*AllowWholeAccess*/);
1697       Info.hasALoadOrStore = true;
1698     } else if (isa<PHINode>(UI) || isa<SelectInst>(UI)) {
1699       isSafePHISelectUseForScalarRepl(UI, Offset, Info);
1700     } else {
1701       return MarkUnsafe(Info, UI);
1702     }
1703     if (Info.isUnsafe) return;
1704   }
1705 }
1706
1707 /// isSafeGEP - Check if a GEP instruction can be handled for scalar
1708 /// replacement.  It is safe when all the indices are constant, in-bounds
1709 /// references, and when the resulting offset corresponds to an element within
1710 /// the alloca type.  The results are flagged in the Info parameter.  Upon
1711 /// return, Offset is adjusted as specified by the GEP indices.
1712 void SROA::isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI,
1713                      uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info) {
1714   gep_type_iterator GEPIt = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
1715   if (GEPIt == E)
1716     return;
1717   bool NonConstant = false;
1718   unsigned NonConstantIdxSize = 0;
1719
1720   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
1721   // into.
1722   for (; GEPIt != E; ++GEPIt) {
1723     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
1724     if ((*GEPIt)->isStructTy())
1725       continue;
1726
1727     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand());
1728     if (!IdxVal)
1729       return MarkUnsafe(Info, GEPI);
1730   }
1731
1732   // Compute the offset due to this GEP and check if the alloca has a
1733   // component element at that offset.
1734   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1735   // If this GEP is non-constant then the last operand must have been a
1736   // dynamic index into a vector.  Pop this now as it has no impact on the
1737   // constant part of the offset.
1738   if (NonConstant)
1739     Indices.pop_back();
1740   Offset += DL->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(), Indices);
1741   if (!TypeHasComponent(Info.AI->getAllocatedType(), Offset,
1742                         NonConstantIdxSize))
1743     MarkUnsafe(Info, GEPI);
1744 }
1745
1746 /// isHomogeneousAggregate - Check if type T is a struct or array containing
1747 /// elements of the same type (which is always true for arrays).  If so,
1748 /// return true with NumElts and EltTy set to the number of elements and the
1749 /// element type, respectively.
1750 static bool isHomogeneousAggregate(Type *T, unsigned &NumElts,
1751                                    Type *&EltTy) {
1752   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1753     NumElts = AT->getNumElements();
1754     EltTy = (NumElts == 0 ? nullptr : AT->getElementType());
1755     return true;
1756   }
1757   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1758     NumElts = ST->getNumContainedTypes();
1759     EltTy = (NumElts == 0 ? nullptr : ST->getContainedType(0));
1760     for (unsigned n = 1; n < NumElts; ++n) {
1761       if (ST->getContainedType(n) != EltTy)
1762         return false;
1763     }
1764     return true;
1765   }
1766   return false;
1767 }
1768
1769 /// isCompatibleAggregate - Check if T1 and T2 are either the same type or are
1770 /// "homogeneous" aggregates with the same element type and number of elements.
1771 static bool isCompatibleAggregate(Type *T1, Type *T2) {
1772   if (T1 == T2)
1773     return true;
1774
1775   unsigned NumElts1, NumElts2;
1776   Type *EltTy1, *EltTy2;
1777   if (isHomogeneousAggregate(T1, NumElts1, EltTy1) &&
1778       isHomogeneousAggregate(T2, NumElts2, EltTy2) &&
1779       NumElts1 == NumElts2 &&
1780       EltTy1 == EltTy2)
1781     return true;
1782
1783   return false;
1784 }
1785
1786 /// isSafeMemAccess - Check if a load/store/memcpy operates on the entire AI
1787 /// alloca or has an offset and size that corresponds to a component element
1788 /// within it.  The offset checked here may have been formed from a GEP with a
1789 /// pointer bitcasted to a different type.
1790 ///
1791 /// If AllowWholeAccess is true, then this allows uses of the entire alloca as a
1792 /// unit.  If false, it only allows accesses known to be in a single element.
1793 void SROA::isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
1794                            Type *MemOpType, bool isStore,
1795                            AllocaInfo &Info, Instruction *TheAccess,
1796                            bool AllowWholeAccess) {
1797   // Check if this is a load/store of the entire alloca.
1798   if (Offset == 0 && AllowWholeAccess &&
1799       MemSize == DL->getTypeAllocSize(Info.AI->getAllocatedType())) {
1800     // This can be safe for MemIntrinsics (where MemOpType is 0) and integer
1801     // loads/stores (which are essentially the same as the MemIntrinsics with
1802     // regard to copying padding between elements).  But, if an alloca is
1803     // flagged as both a source and destination of such operations, we'll need
1804     // to check later for padding between elements.
1805     if (!MemOpType || MemOpType->isIntegerTy()) {
1806       if (isStore)
1807         Info.isMemCpyDst = true;
1808       else
1809         Info.isMemCpySrc = true;
1810       return;
1811     }
1812     // This is also safe for references using a type that is compatible with
1813     // the type of the alloca, so that loads/stores can be rewritten using
1814     // insertvalue/extractvalue.
1815     if (isCompatibleAggregate(MemOpType, Info.AI->getAllocatedType())) {
1816       Info.hasSubelementAccess = true;
1817       return;
1818     }
1819   }
1820   // Check if the offset/size correspond to a component within the alloca type.
1821   Type *T = Info.AI->getAllocatedType();
1822   if (TypeHasComponent(T, Offset, MemSize)) {
1823     Info.hasSubelementAccess = true;
1824     return;
1825   }
1826
1827   return MarkUnsafe(Info, TheAccess);
1828 }
1829
1830 /// TypeHasComponent - Return true if T has a component type with the
1831 /// specified offset and size.  If Size is zero, do not check the size.
1832 bool SROA::TypeHasComponent(Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
1833   Type *EltTy;
1834   uint64_t EltSize;
1835   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1836     const StructLayout *Layout = DL->getStructLayout(ST);
1837     unsigned EltIdx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1838     EltTy = ST->getContainedType(EltIdx);
1839     EltSize = DL->getTypeAllocSize(EltTy);
1840     Offset -= Layout->getElementOffset(EltIdx);
1841   } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1842     EltTy = AT->getElementType();
1843     EltSize = DL->getTypeAllocSize(EltTy);
1844     if (Offset >= AT->getNumElements() * EltSize)
1845       return false;
1846     Offset %= EltSize;
1847   } else if (VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(T)) {
1848     EltTy = VT->getElementType();
1849     EltSize = DL->getTypeAllocSize(EltTy);
1850     if (Offset >= VT->getNumElements() * EltSize)
1851       return false;
1852     Offset %= EltSize;
1853   } else {
1854     return false;
1855   }
1856   if (Offset == 0 && (Size == 0 || EltSize == Size))
1857     return true;
1858   // Check if the component spans multiple elements.
1859   if (Offset + Size > EltSize)
1860     return false;
1861   return TypeHasComponent(EltTy, Offset, Size);
1862 }
1863
1864 /// RewriteForScalarRepl - Alloca AI is being split into NewElts, so rewrite
1865 /// the instruction I, which references it, to use the separate elements.
1866 /// Offset indicates the position within AI that is referenced by this
1867 /// instruction.
1868 void SROA::RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1869                                 SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts) {
1870   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E;) {
1871     Use &TheUse = *UI++;
1872     Instruction *User = cast<Instruction>(TheUse.getUser());
1873
1874     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1875       RewriteBitCast(BC, AI, Offset, NewElts);
1876       continue;
1877     }
1878
1879     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1880       RewriteGEP(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1881       continue;
1882     }
1883
1884     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1885       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1886       uint64_t MemSize = Length->getZExtValue();
1887       if (Offset == 0 &&
1888           MemSize == DL->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()))
1889         RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, I, AI, NewElts);
1890       // Otherwise the intrinsic can only touch a single element and the
1891       // address operand will be updated, so nothing else needs to be done.
1892       continue;
1893     }
1894
1895     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
1896       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
1897           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
1898         RewriteLifetimeIntrinsic(II, AI, Offset, NewElts);
1899       }
1900       continue;
1901     }
1902
1903     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1904       Type *LIType = LI->getType();
1905
1906       if (isCompatibleAggregate(LIType, AI->getAllocatedType())) {
1907         // Replace:
1908         //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
1909         // with:
1910         //   %load.0 = load i32* %alloc.0
1911         //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
1912         //   %load.1 = load i32* %alloc.1
1913         //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
1914         // (Also works for arrays instead of structs)
1915         Value *Insert = UndefValue::get(LIType);
1916         IRBuilder<> Builder(LI);
1917         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1918           Value *Load = Builder.CreateLoad(NewElts[i], "load");
1919           Insert = Builder.CreateInsertValue(Insert, Load, i, "insert");
1920         }
1921         LI->replaceAllUsesWith(Insert);
1922         DeadInsts.push_back(LI);
1923       } else if (LIType->isIntegerTy() &&
1924                  DL->getTypeAllocSize(LIType) ==
1925                  DL->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1926         // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
1927         RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
1928       }
1929       continue;
1930     }
1931
1932     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1933       Value *Val = SI->getOperand(0);
1934       Type *SIType = Val->getType();
1935       if (isCompatibleAggregate(SIType, AI->getAllocatedType())) {
1936         // Replace:
1937         //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
1938         // with:
1939         //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
1940         //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
1941         //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
1942         //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
1943         // (Also works for arrays instead of structs)
1944         IRBuilder<> Builder(SI);
1945         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1946           Value *Extract = Builder.CreateExtractValue(Val, i, Val->getName());
1947           Builder.CreateStore(Extract, NewElts[i]);
1948         }
1949         DeadInsts.push_back(SI);
1950       } else if (SIType->isIntegerTy() &&
1951                  DL->getTypeAllocSize(SIType) ==
1952                  DL->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1953         // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
1954         RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
1955       }
1956       continue;
1957     }
1958
1959     if (isa<SelectInst>(User) || isa<PHINode>(User)) {
1960       // If we have a PHI user of the alloca itself (as opposed to a GEP or
1961       // bitcast) we have to rewrite it.  GEP and bitcast uses will be RAUW'd to
1962       // the new pointer.
1963       if (!isa<AllocaInst>(I)) continue;
1964
1965       assert(Offset == 0 && NewElts[0] &&
1966              "Direct alloca use should have a zero offset");
1967
1968       // If we have a use of the alloca, we know the derived uses will be
1969       // utilizing just the first element of the scalarized result.  Insert a
1970       // bitcast of the first alloca before the user as required.
1971       AllocaInst *NewAI = NewElts[0];
1972       BitCastInst *BCI = new BitCastInst(NewAI, AI->getType(), "", NewAI);
1973       NewAI->moveBefore(BCI);
1974       TheUse = BCI;
1975       continue;
1976     }
1977   }
1978 }
1979
1980 /// RewriteBitCast - Update a bitcast reference to the alloca being replaced
1981 /// and recursively continue updating all of its uses.
1982 void SROA::RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1983                           SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts) {
1984   RewriteForScalarRepl(BC, AI, Offset, NewElts);
1985   if (BC->getOperand(0) != AI)
1986     return;
1987
1988   // The bitcast references the original alloca.  Replace its uses with
1989   // references to the alloca containing offset zero (which is normally at
1990   // index zero, but might not be in cases involving structs with elements
1991   // of size zero).
1992   Type *T = AI->getAllocatedType();
1993   uint64_t EltOffset = 0;
1994   Type *IdxTy;
1995   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
1996   Instruction *Val = NewElts[Idx];
1997   if (Val->getType() != BC->getDestTy()) {
1998     Val = new BitCastInst(Val, BC->getDestTy(), "", BC);
1999     Val->takeName(BC);
2000   }
2001   BC->replaceAllUsesWith(Val);
2002   DeadInsts.push_back(BC);
2003 }
2004
2005 /// FindElementAndOffset - Return the index of the element containing Offset
2006 /// within the specified type, which must be either a struct or an array.
2007 /// Sets T to the type of the element and Offset to the offset within that
2008 /// element.  IdxTy is set to the type of the index result to be used in a
2009 /// GEP instruction.
2010 uint64_t SROA::FindElementAndOffset(Type *&T, uint64_t &Offset,
2011                                     Type *&IdxTy) {
2012   uint64_t Idx = 0;
2013   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
2014     const StructLayout *Layout = DL->getStructLayout(ST);
2015     Idx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
2016     T = ST->getContainedType(Idx);
2017     Offset -= Layout->getElementOffset(Idx);
2018     IdxTy = Type::getInt32Ty(T->getContext());
2019     return Idx;
2020   } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
2021     T = AT->getElementType();
2022     uint64_t EltSize = DL->getTypeAllocSize(T);
2023     Idx = Offset / EltSize;
2024     Offset -= Idx * EltSize;
2025     IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
2026     return Idx;
2027   }
2028   VectorType *VT = cast<VectorType>(T);
2029   T = VT->getElementType();
2030   uint64_t EltSize = DL->getTypeAllocSize(T);
2031   Idx = Offset / EltSize;
2032   Offset -= Idx * EltSize;
2033   IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
2034   return Idx;
2035 }
2036
2037 /// RewriteGEP - Check if this GEP instruction moves the pointer across
2038 /// elements of the alloca that are being split apart, and if so, rewrite
2039 /// the GEP to be relative to the new element.
2040 void SROA::RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
2041                       SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts) {
2042   uint64_t OldOffset = Offset;
2043   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
2044   // If the GEP was dynamic then it must have been a dynamic vector lookup.
2045   // In this case, it must be the last GEP operand which is dynamic so keep that
2046   // aside until we've found the constant GEP offset then add it back in at the
2047   // end.
2048   Value* NonConstantIdx = nullptr;
2049   if (!GEPI->hasAllConstantIndices())
2050     NonConstantIdx = Indices.pop_back_val();
2051   Offset += DL->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(), Indices);
2052
2053   RewriteForScalarRepl(GEPI, AI, Offset, NewElts);
2054
2055   Type *T = AI->getAllocatedType();
2056   Type *IdxTy;
2057   uint64_t OldIdx = FindElementAndOffset(T, OldOffset, IdxTy);
2058   if (GEPI->getOperand(0) == AI)
2059     OldIdx = ~0ULL; // Force the GEP to be rewritten.
2060
2061   T = AI->getAllocatedType();
2062   uint64_t EltOffset = Offset;
2063   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
2064
2065   // If this GEP does not move the pointer across elements of the alloca
2066   // being split, then it does not needs to be rewritten.
2067   if (Idx == OldIdx)
2068     return;
2069
2070   Type *i32Ty = Type::getInt32Ty(AI->getContext());
2071   SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
2072   NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
2073   while (EltOffset != 0) {
2074     uint64_t EltIdx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
2075     NewArgs.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, EltIdx));
2076   }
2077   if (NonConstantIdx) {
2078     Type* GepTy = T;
2079     // This GEP has a dynamic index.  We need to add "i32 0" to index through
2080     // any structs or arrays in the original type until we get to the vector
2081     // to index.
2082     while (!isa<VectorType>(GepTy)) {
2083       NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
2084       GepTy = cast<CompositeType>(GepTy)->getTypeAtIndex(0U);
2085     }
2086     NewArgs.push_back(NonConstantIdx);
2087   }
2088   Instruction *Val = NewElts[Idx];
2089   if (NewArgs.size() > 1) {
2090     Val = GetElementPtrInst::CreateInBounds(Val, NewArgs, "", GEPI);
2091     Val->takeName(GEPI);
2092   }
2093   if (Val->getType() != GEPI->getType())
2094     Val = new BitCastInst(Val, GEPI->getType(), Val->getName(), GEPI);
2095   GEPI->replaceAllUsesWith(Val);
2096   DeadInsts.push_back(GEPI);
2097 }
2098
2099 /// RewriteLifetimeIntrinsic - II is a lifetime.start/lifetime.end. Rewrite it
2100 /// to mark the lifetime of the scalarized memory.
2101 void SROA::RewriteLifetimeIntrinsic(IntrinsicInst *II, AllocaInst *AI,
2102                                     uint64_t Offset,
2103                                     SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts) {
2104   ConstantInt *OldSize = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0));
2105   // Put matching lifetime markers on everything from Offset up to
2106   // Offset+OldSize.
2107   Type *AIType = AI->getAllocatedType();
2108   uint64_t NewOffset = Offset;
2109   Type *IdxTy;
2110   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(AIType, NewOffset, IdxTy);
2111
2112   IRBuilder<> Builder(II);
2113   uint64_t Size = OldSize->getLimitedValue();
2114
2115   if (NewOffset) {
2116     // Splice the first element and index 'NewOffset' bytes in.  SROA will
2117     // split the alloca again later.
2118     unsigned AS = AI->getType()->getAddressSpace();
2119     Value *V = Builder.CreateBitCast(NewElts[Idx], Builder.getInt8PtrTy(AS));
2120     V = Builder.CreateGEP(V, Builder.getInt64(NewOffset));
2121
2122     IdxTy = NewElts[Idx]->getAllocatedType();
2123     uint64_t EltSize = DL->getTypeAllocSize(IdxTy) - NewOffset;
2124     if (EltSize > Size) {
2125       EltSize = Size;
2126       Size = 0;
2127     } else {
2128       Size -= EltSize;
2129     }
2130     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2131       Builder.CreateLifetimeStart(V, Builder.getInt64(EltSize));
2132     else
2133       Builder.CreateLifetimeEnd(V, Builder.getInt64(EltSize));
2134     ++Idx;
2135   }
2136
2137   for (; Idx != NewElts.size() && Size; ++Idx) {
2138     IdxTy = NewElts[Idx]->getAllocatedType();
2139     uint64_t EltSize = DL->getTypeAllocSize(IdxTy);
2140     if (EltSize > Size) {
2141       EltSize = Size;
2142       Size = 0;
2143     } else {
2144       Size -= EltSize;
2145     }
2146     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2147       Builder.CreateLifetimeStart(NewElts[Idx],
2148                                   Builder.getInt64(EltSize));
2149     else
2150       Builder.CreateLifetimeEnd(NewElts[Idx],
2151                                 Builder.getInt64(EltSize));
2152   }
2153   DeadInsts.push_back(II);
2154 }
2155
2156 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
2157 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
2158 void
2159 SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
2160                                    AllocaInst *AI,
2161                                    SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts) {
2162   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
2163   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
2164   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
2165   // memset, this Value* stays null.
2166   Value *OtherPtr = nullptr;
2167   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
2168   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
2169     if (Inst == MTI->getRawDest())
2170       OtherPtr = MTI->getRawSource();
2171     else {
2172       assert(Inst == MTI->getRawSource());
2173       OtherPtr = MTI->getRawDest();
2174     }
2175   }
2176
2177   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
2178   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
2179   if (OtherPtr) {
2180     unsigned AddrSpace =
2181       cast<PointerType>(OtherPtr->getType())->getAddressSpace();
2182
2183     // Remove bitcasts and all-zero GEPs from OtherPtr.  This is an
2184     // optimization, but it's also required to detect the corner case where
2185     // both pointer operands are referencing the same memory, and where
2186     // OtherPtr may be a bitcast or GEP that currently being rewritten.  (This
2187     // function is only called for mem intrinsics that access the whole
2188     // aggregate, so non-zero GEPs are not an issue here.)
2189     OtherPtr = OtherPtr->stripPointerCasts();
2190
2191     // Copying the alloca to itself is a no-op: just delete it.
2192     if (OtherPtr == AI || OtherPtr == NewElts[0]) {
2193       // This code will run twice for a no-op memcpy -- once for each operand.
2194       // Put only one reference to MI on the DeadInsts list.
2195       for (SmallVectorImpl<Value *>::const_iterator I = DeadInsts.begin(),
2196              E = DeadInsts.end(); I != E; ++I)
2197         if (*I == MI) return;
2198       DeadInsts.push_back(MI);
2199       return;
2200     }
2201
2202     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
2203     // type.
2204     Type *NewTy =
2205       PointerType::get(AI->getType()->getElementType(), AddrSpace);
2206
2207     if (OtherPtr->getType() != NewTy)
2208       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, NewTy, OtherPtr->getName(), MI);
2209   }
2210
2211   // Process each element of the aggregate.
2212   bool SROADest = MI->getRawDest() == Inst;
2213
2214   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(MI->getContext()));
2215
2216   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2217     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
2218     Value *OtherElt = nullptr;
2219     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
2220
2221     if (OtherPtr) {
2222       Value *Idx[2] = { Zero,
2223                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), i) };
2224       OtherElt = GetElementPtrInst::CreateInBounds(OtherPtr, Idx,
2225                                               OtherPtr->getName()+"."+Twine(i),
2226                                                    MI);
2227       uint64_t EltOffset;
2228       PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
2229       Type *OtherTy = OtherPtrTy->getElementType();
2230       if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(OtherTy)) {
2231         EltOffset = DL->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
2232       } else {
2233         Type *EltTy = cast<SequentialType>(OtherTy)->getElementType();
2234         EltOffset = DL->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
2235       }
2236
2237       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
2238       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
2239       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
2240       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
2241       // known alignment is just 4 bytes.
2242       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
2243     }
2244
2245     Value *EltPtr = NewElts[i];
2246     Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
2247
2248     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
2249     if (EltTy->isSingleValueType()) {
2250       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
2251         if (SROADest) {
2252           // From Other to Alloca.
2253           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
2254           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
2255         } else {
2256           // From Alloca to Other.
2257           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
2258           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
2259         }
2260         continue;
2261       }
2262       assert(isa<MemSetInst>(MI));
2263
2264       // If the stored element is zero (common case), just store a null
2265       // constant.
2266       Constant *StoreVal;
2267       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getArgOperand(1))) {
2268         if (CI->isZero()) {
2269           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
2270         } else {
2271           // If EltTy is a vector type, get the element type.
2272           Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
2273
2274           // Construct an integer with the right value.
2275           unsigned EltSize = DL->getTypeSizeInBits(ValTy);
2276           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
2277           APInt TotalVal(OneVal);
2278           // Set each byte.
2279           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
2280             TotalVal = TotalVal.shl(8);
2281             TotalVal |= OneVal;
2282           }
2283
2284           // Convert the integer value to the appropriate type.
2285           StoreVal = ConstantInt::get(CI->getContext(), TotalVal);
2286           if (ValTy->isPointerTy())
2287             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
2288           else if (ValTy->isFloatingPointTy())
2289             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
2290           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
2291
2292           // If the requested value was a vector constant, create it.
2293           if (EltTy->isVectorTy()) {
2294             unsigned NumElts = cast<VectorType>(EltTy)->getNumElements();
2295             StoreVal = ConstantVector::getSplat(NumElts, StoreVal);
2296           }
2297         }
2298         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
2299         continue;
2300       }
2301       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
2302       // this element.
2303     }
2304
2305     unsigned EltSize = DL->getTypeAllocSize(EltTy);
2306     if (!EltSize)
2307       continue;
2308
2309     IRBuilder<> Builder(MI);
2310
2311     // Finally, insert the meminst for this element.
2312     if (isa<MemSetInst>(MI)) {
2313       Builder.CreateMemSet(EltPtr, MI->getArgOperand(1), EltSize,
2314                            MI->isVolatile());
2315     } else {
2316       assert(isa<MemTransferInst>(MI));
2317       Value *Dst = SROADest ? EltPtr : OtherElt;  // Dest ptr
2318       Value *Src = SROADest ? OtherElt : EltPtr;  // Src ptr
2319
2320       if (isa<MemCpyInst>(MI))
2321         Builder.CreateMemCpy(Dst, Src, EltSize, OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2322       else
2323         Builder.CreateMemMove(Dst, Src, EltSize,OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2324     }
2325   }
2326   DeadInsts.push_back(MI);
2327 }
2328
2329 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found a store of an integer that
2330 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
2331 /// integer and store them individually.
2332 void
2333 SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
2334                                     SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts) {
2335   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
2336   // and store the element value to the individual alloca.
2337   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
2338   Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2339   uint64_t AllocaSizeBits = DL->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2340
2341   IRBuilder<> Builder(SI);
2342
2343   // Handle tail padding by extending the operand
2344   if (DL->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
2345     SrcVal = Builder.CreateZExt(SrcVal,
2346                             IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits));
2347
2348   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
2349                << '\n');
2350
2351   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2352   // have different ways to compute the element offset.
2353   if (StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2354     const StructLayout *Layout = DL->getStructLayout(EltSTy);
2355
2356     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2357       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
2358       Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
2359       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2360
2361       if (DL->isBigEndian())
2362         Shift = AllocaSizeBits-Shift-DL->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
2363
2364       Value *EltVal = SrcVal;
2365       if (Shift) {
2366         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2367         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2368       }
2369
2370       // Truncate down to an integer of the right size.
2371       uint64_t FieldSizeBits = DL->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2372
2373       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2374       if (FieldSizeBits == 0) continue;
2375
2376       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
2377         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2378                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits));
2379       Value *DestField = NewElts[i];
2380       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
2381         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2382       } else if (FieldTy->isFloatingPointTy() || FieldTy->isVectorTy()) {
2383         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2384         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, FieldTy);
2385       } else {
2386         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2387         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2388                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2389       }
2390       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2391     }
2392
2393   } else {
2394     ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
2395     Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
2396     uint64_t ElementOffset = DL->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2397     uint64_t ElementSizeBits = DL->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
2398
2399     uint64_t Shift;
2400
2401     if (DL->isBigEndian())
2402       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
2403     else
2404       Shift = 0;
2405
2406     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2407       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2408       if (ElementSizeBits == 0) continue;
2409
2410       Value *EltVal = SrcVal;
2411       if (Shift) {
2412         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2413         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2414       }
2415
2416       // Truncate down to an integer of the right size.
2417       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
2418         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2419                                      IntegerType::get(SI->getContext(),
2420                                                       ElementSizeBits));
2421       Value *DestField = NewElts[i];
2422       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
2423         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2424       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPointTy() ||
2425                  ArrayEltTy->isVectorTy()) {
2426         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2427         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, ArrayEltTy);
2428       } else {
2429         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2430         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2431                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2432       }
2433       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2434
2435       if (DL->isBigEndian())
2436         Shift -= ElementOffset;
2437       else
2438         Shift += ElementOffset;
2439     }
2440   }
2441
2442   DeadInsts.push_back(SI);
2443 }
2444
2445 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found a load of the entire allocation to
2446 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
2447 void
2448 SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
2449                                    SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts) {
2450   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
2451   // and form the result value.
2452   Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2453   uint64_t AllocaSizeBits = DL->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2454
2455   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
2456                << '\n');
2457
2458   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2459   // have different ways to compute the element offset.
2460   const StructLayout *Layout = nullptr;
2461   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
2462   if (StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2463     Layout = DL->getStructLayout(EltSTy);
2464   } else {
2465     Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
2466     ArrayEltBitOffset = DL->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2467   }
2468
2469   Value *ResultVal =
2470     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
2471
2472   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2473     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
2474     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
2475     Value *SrcField = NewElts[i];
2476     Type *FieldTy =
2477       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
2478     uint64_t FieldSizeBits = DL->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2479
2480     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2481     if (FieldSizeBits == 0) continue;
2482
2483     IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(),
2484                                                      FieldSizeBits);
2485     if (!FieldTy->isIntegerTy() && !FieldTy->isFloatingPointTy() &&
2486         !FieldTy->isVectorTy())
2487       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
2488                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
2489                                  "", LI);
2490     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
2491
2492     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
2493     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
2494     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
2495       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
2496
2497     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
2498     // we can shift and insert it.
2499     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
2500       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
2501
2502     // Determine the number of bits to shift SrcField.
2503     uint64_t Shift;
2504     if (Layout) // Struct case.
2505       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2506     else  // Array case.
2507       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
2508
2509     if (DL->isBigEndian())
2510       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
2511
2512     if (Shift) {
2513       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
2514       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
2515     }
2516
2517     // Don't create an 'or x, 0' on the first iteration.
2518     if (!isa<Constant>(ResultVal) ||
2519         !cast<Constant>(ResultVal)->isNullValue())
2520       ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
2521     else
2522       ResultVal = SrcField;
2523   }
2524
2525   // Handle tail padding by truncating the result
2526   if (DL->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
2527     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
2528
2529   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
2530   DeadInsts.push_back(LI);
2531 }
2532
2533 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
2534 /// alignment padding in between the elements that would be split apart
2535 /// by SROA; return false otherwise.
2536 static bool HasPadding(Type *Ty, const DataLayout &DL) {
2537   if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2538     Ty = ATy->getElementType();
2539     return DL.getTypeSizeInBits(Ty) != DL.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
2540   }
2541
2542   // SROA currently handles only Arrays and Structs.
2543   StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
2544   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
2545   unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
2546   for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2547     unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
2548
2549     // Check to see if there is any padding between this element and the
2550     // previous one.
2551     if (i) {
2552       unsigned PrevFieldEnd =
2553         PrevFieldBitOffset+DL.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
2554       if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
2555         return true;
2556     }
2557     PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
2558   }
2559   // Check for tail padding.
2560   if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
2561     unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
2562       DL.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
2563     if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
2564       return true;
2565   }
2566   return false;
2567 }
2568
2569 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
2570 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
2571 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
2572 bool SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI) {
2573   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
2574   // the users are safe to transform.
2575   AllocaInfo Info(AI);
2576
2577   isSafeForScalarRepl(AI, 0, Info);
2578   if (Info.isUnsafe) {
2579     DEBUG(dbgs() << "Cannot transform: " << *AI << '\n');
2580     return false;
2581   }
2582
2583   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
2584   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
2585   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
2586   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
2587   // struct.
2588   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
2589       HasPadding(AI->getAllocatedType(), *DL))
2590     return false;
2591
2592   // If the alloca never has an access to just *part* of it, but is accessed
2593   // via loads and stores, then we should use ConvertToScalarInfo to promote
2594   // the alloca instead of promoting each piece at a time and inserting fission
2595   // and fusion code.
2596   if (!Info.hasSubelementAccess && Info.hasALoadOrStore) {
2597     // If the struct/array just has one element, use basic SRoA.
2598     if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
2599       if (ST->getNumElements() > 1) return false;
2600     } else {
2601       if (cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType())->getNumElements() > 1)
2602         return false;
2603     }
2604   }
2605
2606   return true;
2607 }