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