Reapply r186316 with a fix for one bug where the code could walk off the
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / SROA.cpp
1 //===- SROA.cpp - Scalar Replacement Of Aggregates ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This transformation implements the well known scalar replacement of
11 /// aggregates transformation. It tries to identify promotable elements of an
12 /// aggregate alloca, and promote them to registers. It will also try to
13 /// convert uses of an element (or set of elements) of an alloca into a vector
14 /// or bitfield-style integer scalar if appropriate.
15 ///
16 /// It works to do this with minimal slicing of the alloca so that regions
17 /// which are merely transferred in and out of external memory remain unchanged
18 /// and are not decomposed to scalar code.
19 ///
20 /// Because this also performs alloca promotion, it can be thought of as also
21 /// serving the purpose of SSA formation. The algorithm iterates on the
22 /// function until all opportunities for promotion have been realized.
23 ///
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25
26 #define DEBUG_TYPE "sroa"
27 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
28 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
29 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
32 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
33 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
34 #include "llvm/Analysis/PtrUseVisitor.h"
35 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
36 #include "llvm/DIBuilder.h"
37 #include "llvm/DebugInfo.h"
38 #include "llvm/IR/Constants.h"
39 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
40 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
41 #include "llvm/IR/Function.h"
42 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
43 #include "llvm/IR/Instructions.h"
44 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
45 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
46 #include "llvm/IR/Operator.h"
47 #include "llvm/InstVisitor.h"
48 #include "llvm/Pass.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Compiler.h"
51 #include "llvm/Support/Debug.h"
52 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
53 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
54 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
55 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
58 using namespace llvm;
59
60 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
61 STATISTIC(NumAllocaPartitions, "Number of alloca partitions formed");
62 STATISTIC(MaxPartitionsPerAlloca, "Maximum number of partitions");
63 STATISTIC(NumAllocaPartitionUses, "Number of alloca partition uses found");
64 STATISTIC(MaxPartitionUsesPerAlloca, "Maximum number of partition uses");
65 STATISTIC(NumNewAllocas, "Number of new, smaller allocas introduced");
66 STATISTIC(NumPromoted, "Number of allocas promoted to SSA values");
67 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
68 STATISTIC(NumDeleted, "Number of instructions deleted");
69 STATISTIC(NumVectorized, "Number of vectorized aggregates");
70
71 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
72 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
73 static cl::opt<bool>
74 ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false), cl::Hidden);
75
76 namespace {
77 /// \brief A custom IRBuilder inserter which prefixes all names if they are
78 /// preserved.
79 template <bool preserveNames = true>
80 class IRBuilderPrefixedInserter :
81     public IRBuilderDefaultInserter<preserveNames> {
82   std::string Prefix;
83
84 public:
85   void SetNamePrefix(const Twine &P) { Prefix = P.str(); }
86
87 protected:
88   void InsertHelper(Instruction *I, const Twine &Name, BasicBlock *BB,
89                     BasicBlock::iterator InsertPt) const {
90     IRBuilderDefaultInserter<preserveNames>::InsertHelper(
91         I, Name.isTriviallyEmpty() ? Name : Prefix + Name, BB, InsertPt);
92   }
93 };
94
95 // Specialization for not preserving the name is trivial.
96 template <>
97 class IRBuilderPrefixedInserter<false> :
98     public IRBuilderDefaultInserter<false> {
99 public:
100   void SetNamePrefix(const Twine &P) {}
101 };
102
103 /// \brief Provide a typedef for IRBuilder that drops names in release builds.
104 #ifndef NDEBUG
105 typedef llvm::IRBuilder<true, ConstantFolder,
106                         IRBuilderPrefixedInserter<true> > IRBuilderTy;
107 #else
108 typedef llvm::IRBuilder<false, ConstantFolder,
109                         IRBuilderPrefixedInserter<false> > IRBuilderTy;
110 #endif
111 }
112
113 namespace {
114 /// \brief A partition of an alloca.
115 ///
116 /// This structure represents a contiguous partition of the alloca. These are
117 /// formed by examining the uses of the alloca. During formation, they may
118 /// overlap but once an AllocaPartitioning is built, the Partitions within it
119 /// are all disjoint. The partition also contains a chain of uses of that
120 /// partition.
121 class Partition {
122   /// \brief The beginning offset of the range.
123   uint64_t BeginOffset;
124
125   /// \brief The ending offset, not included in the range.
126   uint64_t EndOffset;
127
128   /// \brief Storage for both the use of this partition and whether it can be
129   /// split.
130   PointerIntPair<Use *, 1, bool> PartitionUseAndIsSplittable;
131
132 public:
133   Partition() : BeginOffset(), EndOffset() {}
134   Partition(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U, bool IsSplittable)
135       : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset),
136         PartitionUseAndIsSplittable(U, IsSplittable) {}
137
138   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
139   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
140
141   bool isSplittable() const { return PartitionUseAndIsSplittable.getInt(); }
142   void makeUnsplittable() { PartitionUseAndIsSplittable.setInt(false); }
143
144   Use *getUse() const { return PartitionUseAndIsSplittable.getPointer(); }
145
146   bool isDead() const { return getUse() == 0; }
147   void kill() { PartitionUseAndIsSplittable.setPointer(0); }
148
149   /// \brief Support for ordering ranges.
150   ///
151   /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
152   /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
153   /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
154   /// same start position.
155   bool operator<(const Partition &RHS) const {
156     if (beginOffset() < RHS.beginOffset()) return true;
157     if (beginOffset() > RHS.beginOffset()) return false;
158     if (isSplittable() != RHS.isSplittable()) return !isSplittable();
159     if (endOffset() > RHS.endOffset()) return true;
160     return false;
161   }
162
163   /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
164   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(const Partition &LHS,
165                                               uint64_t RHSOffset) {
166     return LHS.beginOffset() < RHSOffset;
167   }
168   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
169                                               const Partition &RHS) {
170     return LHSOffset < RHS.beginOffset();
171   }
172
173   bool operator==(const Partition &RHS) const {
174     return isSplittable() == RHS.isSplittable() &&
175            beginOffset() == RHS.beginOffset() && endOffset() == RHS.endOffset();
176   }
177   bool operator!=(const Partition &RHS) const { return !operator==(RHS); }
178 };
179 } // end anonymous namespace
180
181 namespace llvm {
182 template <typename T> struct isPodLike;
183 template <> struct isPodLike<Partition> {
184    static const bool value = true;
185 };
186 }
187
188 namespace {
189 /// \brief Alloca partitioning representation.
190 ///
191 /// This class represents a partitioning of an alloca into slices, and
192 /// information about the nature of uses of each slice of the alloca. The goal
193 /// is that this information is sufficient to decide if and how to split the
194 /// alloca apart and replace slices with scalars. It is also intended that this
195 /// structure can capture the relevant information needed both to decide about
196 /// and to enact these transformations.
197 class AllocaPartitioning {
198 public:
199   /// \brief Construct a partitioning of a particular alloca.
200   ///
201   /// Construction does most of the work for partitioning the alloca. This
202   /// performs the necessary walks of users and builds a partitioning from it.
203   AllocaPartitioning(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI);
204
205   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
206   ///
207   /// If this is true, the partitioning is never fully built and should be
208   /// ignored.
209   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
210
211   /// \brief Support for iterating over the partitions.
212   /// @{
213   typedef SmallVectorImpl<Partition>::iterator iterator;
214   iterator begin() { return Partitions.begin(); }
215   iterator end() { return Partitions.end(); }
216
217   typedef SmallVectorImpl<Partition>::const_iterator const_iterator;
218   const_iterator begin() const { return Partitions.begin(); }
219   const_iterator end() const { return Partitions.end(); }
220   /// @}
221
222   /// \brief Allow iterating the dead users for this alloca.
223   ///
224   /// These are instructions which will never actually use the alloca as they
225   /// are outside the allocated range. They are safe to replace with undef and
226   /// delete.
227   /// @{
228   typedef SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator dead_user_iterator;
229   dead_user_iterator dead_user_begin() const { return DeadUsers.begin(); }
230   dead_user_iterator dead_user_end() const { return DeadUsers.end(); }
231   /// @}
232
233   /// \brief Allow iterating the dead expressions referring to this alloca.
234   ///
235   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
236   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
237   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
238   /// need to replace with undef.
239   /// @{
240   typedef SmallVectorImpl<Use *>::const_iterator dead_op_iterator;
241   dead_op_iterator dead_op_begin() const { return DeadOperands.begin(); }
242   dead_op_iterator dead_op_end() const { return DeadOperands.end(); }
243   /// @}
244
245 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
246   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
247   void printPartition(raw_ostream &OS, const_iterator I,
248                       StringRef Indent = "  ") const;
249   void printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
250                 StringRef Indent = "  ") const;
251   void print(raw_ostream &OS) const;
252   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump(const_iterator I) const;
253   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump() const;
254 #endif
255
256 private:
257   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
258   class PartitionBuilder;
259   friend class AllocaPartitioning::PartitionBuilder;
260
261 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
262   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
263   AllocaInst &AI;
264 #endif
265
266   /// \brief The instruction responsible for this alloca having no partitioning.
267   ///
268   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
269   /// store a pointer to that here and abort trying to partition the alloca.
270   /// This will be null if the alloca is partitioned successfully.
271   Instruction *PointerEscapingInstr;
272
273   /// \brief The partitions of the alloca.
274   ///
275   /// We store a vector of the partitions over the alloca here. This vector is
276   /// sorted by increasing begin offset, and then by decreasing end offset. See
277   /// the Partition inner class for more details. Initially (during
278   /// construction) there are overlaps, but we form a disjoint sequence of
279   /// partitions while finishing construction and a fully constructed object is
280   /// expected to always have this as a disjoint space.
281   SmallVector<Partition, 8> Partitions;
282
283   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
284   ///
285   /// Note that these are not separated by partition. This is because we expect
286   /// a partitioned alloca to be completely rewritten or not rewritten at all.
287   /// If rewritten, all these instructions can simply be removed and replaced
288   /// with undef as they come from outside of the allocated space.
289   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
290
291   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
292   ///
293   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
294   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
295   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
296   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
297   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
298   /// the alloca.
299   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
300 };
301 }
302
303 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
304   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
305   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
306   // early on.
307   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
308     return SI.getOperand(1+CI->isZero());
309   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
310     return SI.getOperand(1);
311
312   return 0;
313 }
314
315 /// \brief Builder for the alloca partitioning.
316 ///
317 /// This class builds an alloca partitioning by recursively visiting the uses
318 /// of an alloca and splitting the partitions for each load and store at each
319 /// offset.
320 class AllocaPartitioning::PartitionBuilder
321     : public PtrUseVisitor<PartitionBuilder> {
322   friend class PtrUseVisitor<PartitionBuilder>;
323   friend class InstVisitor<PartitionBuilder>;
324   typedef PtrUseVisitor<PartitionBuilder> Base;
325
326   const uint64_t AllocSize;
327   AllocaPartitioning &P;
328
329   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferPartitionMap;
330   SmallDenseMap<Instruction *, uint64_t> PHIOrSelectSizes;
331
332   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
333   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
334
335 public:
336   PartitionBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
337       : PtrUseVisitor<PartitionBuilder>(DL),
338         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())),
339         P(P) {}
340
341 private:
342   void markAsDead(Instruction &I) {
343     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
344       P.DeadUsers.push_back(&I);
345   }
346
347   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
348                  bool IsSplittable = false) {
349     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
350     // past the end of the allocation.
351     if (Size == 0 || Offset.isNegative() || Offset.uge(AllocSize)) {
352       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
353                    << " which has zero size or starts outside of the "
354                    << AllocSize << " byte alloca:\n"
355                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
356                    << "       use: " << I << "\n");
357       return markAsDead(I);
358     }
359
360     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
361     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
362
363     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
364     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
365     // This may appear superficially to be something we could ignore entirely,
366     // but that is not so! There may be widened loads or PHI-node uses where
367     // some instructions are dead but not others. We can't completely ignore
368     // them, and so have to record at least the information here.
369     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
370     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
371       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
372                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
373                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
374                    << "       use: " << I << "\n");
375       EndOffset = AllocSize;
376     }
377
378     P.Partitions.push_back(Partition(BeginOffset, EndOffset, U, IsSplittable));
379   }
380
381   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
382     if (BC.use_empty())
383       return markAsDead(BC);
384
385     return Base::visitBitCastInst(BC);
386   }
387
388   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
389     if (GEPI.use_empty())
390       return markAsDead(GEPI);
391
392     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
393   }
394
395   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
396                          uint64_t Size, bool IsVolatile) {
397     // We allow splitting of loads and stores where the type is an integer type
398     // and cover the entire alloca. This prevents us from splitting over
399     // eagerly.
400     // FIXME: In the great blue eventually, we should eagerly split all integer
401     // loads and stores, and then have a separate step that merges adjacent
402     // alloca partitions into a single partition suitable for integer widening.
403     // Or we should skip the merge step and rely on GVN and other passes to
404     // merge adjacent loads and stores that survive mem2reg.
405     bool IsSplittable =
406         Ty->isIntegerTy() && !IsVolatile && Offset == 0 && Size >= AllocSize;
407
408     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
409   }
410
411   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
412     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
413            "All simple FCA loads should have been pre-split");
414
415     if (!IsOffsetKnown)
416       return PI.setAborted(&LI);
417
418     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI.getType());
419     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, Size, LI.isVolatile());
420   }
421
422   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
423     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
424     if (ValOp == *U)
425       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
426     if (!IsOffsetKnown)
427       return PI.setAborted(&SI);
428
429     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(ValOp->getType());
430
431     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
432     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
433     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
434     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
435     // risk of overflow.
436     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
437     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
438     if (Offset.isNegative() || Size > AllocSize ||
439         Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
440       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte store @" << Offset
441                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
442                    << " byte alloca:\n"
443                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
444                    << "       use: " << SI << "\n");
445       return markAsDead(SI);
446     }
447
448     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
449            "All simple FCA stores should have been pre-split");
450     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, Size, SI.isVolatile());
451   }
452
453
454   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
455     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
456     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
457     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
458         (IsOffsetKnown && !Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize)))
459       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
460       return markAsDead(II);
461
462     if (!IsOffsetKnown)
463       return PI.setAborted(&II);
464
465     insertUse(II, Offset,
466               Length ? Length->getLimitedValue()
467                      : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
468               (bool)Length);
469   }
470
471   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
472     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
473     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
474         (IsOffsetKnown && !Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize)))
475       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
476       return markAsDead(II);
477
478     if (!IsOffsetKnown)
479       return PI.setAborted(&II);
480
481     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
482     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue()
483                            : AllocSize - RawOffset;
484
485     // Check for the special case where the same exact value is used for both
486     // source and dest.
487     if (*U == II.getRawDest() && *U == II.getRawSource()) {
488       // For non-volatile transfers this is a no-op.
489       if (!II.isVolatile())
490         return markAsDead(II);
491
492       return insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/false);;
493     }
494
495     // If we have seen both source and destination for a mem transfer, then
496     // they both point to the same alloca.
497     bool Inserted;
498     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI;
499     llvm::tie(MTPI, Inserted) =
500         MemTransferPartitionMap.insert(std::make_pair(&II, P.Partitions.size()));
501     unsigned PrevIdx = MTPI->second;
502     if (!Inserted) {
503       Partition &PrevP = P.Partitions[PrevIdx];
504
505       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
506       // In that case, we can completely elide the transfer.
507       if (!II.isVolatile() && PrevP.beginOffset() == RawOffset) {
508         PrevP.kill();
509         return markAsDead(II);
510       }
511
512       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
513       // split those.
514       PrevP.makeUnsplittable();
515     }
516
517     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
518     insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/Inserted && Length);
519
520     // Check that we ended up with a valid index in the map.
521     assert(P.Partitions[PrevIdx].getUse()->getUser() == &II &&
522            "Map index doesn't point back to a partition with this user.");
523   }
524
525   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
526   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
527   // doesn't make sense.
528   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
529     if (!IsOffsetKnown)
530       return PI.setAborted(&II);
531
532     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
533         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
534       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
535       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
536                                Length->getLimitedValue());
537       insertUse(II, Offset, Size, true);
538       return;
539     }
540
541     Base::visitIntrinsicInst(II);
542   }
543
544   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
545     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
546     // the same offset to be a viable use for partitioning purposes. These uses
547     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
548     // size.
549     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
550     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
551     Visited.insert(Root);
552     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
553     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
554     // a size zero access.
555     Size = 0;
556     do {
557       Instruction *I, *UsedI;
558       llvm::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
559
560       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
561         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(LI->getType()));
562         continue;
563       }
564       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
565         Value *Op = SI->getOperand(0);
566         if (Op == UsedI)
567           return SI;
568         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(Op->getType()));
569         continue;
570       }
571
572       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
573         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
574           return GEP;
575       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
576                  !isa<SelectInst>(I)) {
577         return I;
578       }
579
580       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end(); UI != UE;
581            ++UI)
582         if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
583           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(*UI)));
584     } while (!Uses.empty());
585
586     return 0;
587   }
588
589   void visitPHINode(PHINode &PN) {
590     if (PN.use_empty())
591       return markAsDead(PN);
592     if (!IsOffsetKnown)
593       return PI.setAborted(&PN);
594
595     // See if we already have computed info on this node.
596     uint64_t &PHISize = PHIOrSelectSizes[&PN];
597     if (!PHISize) {
598       // This is a new PHI node, check for an unsafe use of the PHI node.
599       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&PN, PHISize))
600         return PI.setAborted(UnsafeI);
601     }
602
603     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
604     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
605     // case them here and use a separate structure to track the operands
606     // themselves which should be replaced with undef.
607     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
608     // for address sanitization.
609     if ((Offset.isNegative() && (-Offset).uge(PHISize)) ||
610         (!Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize))) {
611       P.DeadOperands.push_back(U);
612       return;
613     }
614
615     insertUse(PN, Offset, PHISize);
616   }
617
618   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
619     if (SI.use_empty())
620       return markAsDead(SI);
621     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
622       if (Result == *U)
623         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
624         // through the select as if we had RAUW'ed it.
625         enqueueUsers(SI);
626       else
627         // Otherwise the operand to the select is dead, and we can replace it
628         // with undef.
629         P.DeadOperands.push_back(U);
630
631       return;
632     }
633     if (!IsOffsetKnown)
634       return PI.setAborted(&SI);
635
636     // See if we already have computed info on this node.
637     uint64_t &SelectSize = PHIOrSelectSizes[&SI];
638     if (!SelectSize) {
639       // This is a new Select, check for an unsafe use of it.
640       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&SI, SelectSize))
641         return PI.setAborted(UnsafeI);
642     }
643
644     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
645     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
646     // case them here and use a separate structure to track the operands
647     // themselves which should be replaced with undef.
648     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
649     // for address sanitization.
650     if ((Offset.isNegative() && Offset.uge(SelectSize)) ||
651         (!Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize))) {
652       P.DeadOperands.push_back(U);
653       return;
654     }
655
656     insertUse(SI, Offset, SelectSize);
657   }
658
659   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
660   void visitInstruction(Instruction &I) {
661     PI.setAborted(&I);
662   }
663 };
664
665 namespace {
666 struct IsPartitionDead {
667   bool operator()(const Partition &P) { return P.isDead(); }
668 };
669 }
670
671 AllocaPartitioning::AllocaPartitioning(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI)
672     :
673 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
674       AI(AI),
675 #endif
676       PointerEscapingInstr(0) {
677   PartitionBuilder PB(TD, AI, *this);
678   PartitionBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
679   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
680     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
681     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaPartitioning.
682     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
683                                                   : PtrI.getAbortingInst();
684     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
685     return;
686   }
687
688   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
689   // and the sizes to be in descending order.
690   std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
691
692   Partitions.erase(
693       std::remove_if(Partitions.begin(), Partitions.end(), IsPartitionDead()),
694       Partitions.end());
695
696   // Record how many partitions we end up with.
697   NumAllocaPartitions += Partitions.size();
698   MaxPartitionsPerAlloca = std::max<unsigned>(Partitions.size(), MaxPartitionsPerAlloca);
699
700   NumAllocaPartitionUses += Partitions.size();
701   MaxPartitionUsesPerAlloca =
702       std::max<unsigned>(Partitions.size(), MaxPartitionUsesPerAlloca);
703 }
704
705 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
706
707 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
708                                StringRef Indent) const {
709   printPartition(OS, I, Indent);
710   printUse(OS, I, Indent);
711 }
712
713 void AllocaPartitioning::printPartition(raw_ostream &OS, const_iterator I,
714                                         StringRef Indent) const {
715   OS << Indent << "[" << I->beginOffset() << "," << I->endOffset() << ")"
716      << " partition #" << (I - begin())
717      << (I->isSplittable() ? " (splittable)" : "") << "\n";
718 }
719
720 void AllocaPartitioning::printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
721                                   StringRef Indent) const {
722   OS << Indent << "  used by: " << *I->getUse()->getUser() << "\n";
723 }
724
725 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS) const {
726   if (PointerEscapingInstr) {
727     OS << "No partitioning for alloca: " << AI << "\n"
728        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
729        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
730     return;
731   }
732
733   OS << "Partitioning of alloca: " << AI << "\n";
734   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
735     print(OS, I);
736 }
737
738 void AllocaPartitioning::dump(const_iterator I) const { print(dbgs(), I); }
739 void AllocaPartitioning::dump() const { print(dbgs()); }
740
741 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
742
743 namespace {
744 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
745 ///
746 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
747 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
748 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
749 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
750 /// scalar values.
751 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
752   AllocaInst &AI;
753   DIBuilder &DIB;
754
755   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
756   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
757
758 public:
759   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
760                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
761     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
762
763   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
764     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
765     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
766       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
767                                UE = DebugNode->use_end();
768            UI != UE; ++UI)
769         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
770           DDIs.push_back(DDI);
771         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
772           DVIs.push_back(DVI);
773     }
774
775     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
776     AI.eraseFromParent();
777     while (!DDIs.empty())
778       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
779     while (!DVIs.empty())
780       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
781   }
782
783   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
784                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
785     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
786       return LI->getOperand(0) == &AI;
787     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == &AI;
788   }
789
790   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
791     for (SmallVectorImpl<DbgDeclareInst *>::const_iterator I = DDIs.begin(),
792            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
793       DbgDeclareInst *DDI = *I;
794       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
795         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
796       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
797         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
798     }
799     for (SmallVectorImpl<DbgValueInst *>::const_iterator I = DVIs.begin(),
800            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
801       DbgValueInst *DVI = *I;
802       Value *Arg = 0;
803       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
804         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
805         // may be zapped by an optimization pass in future.
806         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
807           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
808         else if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
809           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
810         if (!Arg)
811           Arg = SI->getValueOperand();
812       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
813         Arg = LI->getPointerOperand();
814       } else {
815         continue;
816       }
817       Instruction *DbgVal =
818         DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
819                                      Inst);
820       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
821     }
822   }
823 };
824 } // end anon namespace
825
826
827 namespace {
828 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
829 ///
830 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
831 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
832 /// a few steps to this process.
833 ///
834 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
835 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
836 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
837 ///    as necessary and try to isolate individual scalar accesses.
838 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
839 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
840 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
841 ///    select to be a PHI or select of the results.
842 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
843 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
844 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
845 ///    SSA vector values.
846 class SROA : public FunctionPass {
847   const bool RequiresDomTree;
848
849   LLVMContext *C;
850   const DataLayout *TD;
851   DominatorTree *DT;
852
853   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
854   ///
855   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
856   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
857   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
858   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
859   /// already present to ensure it is re-visited.
860   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
861
862   /// \brief A collection of instructions to delete.
863   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
864   /// efficient.
865   SetVector<Instruction *, SmallVector<Instruction *, 8> > DeadInsts;
866
867   /// \brief Post-promotion worklist.
868   ///
869   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
870   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
871   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
872   ///
873   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
874   /// the event they are deleted.
875   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
876
877   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
878   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
879
880   /// \brief A worklist of PHIs to speculate prior to promoting allocas.
881   ///
882   /// All of these PHIs have been checked for the safety of speculation and by
883   /// being speculated will allow promoting allocas currently in the promotable
884   /// queue.
885   SetVector<PHINode *, SmallVector<PHINode *, 2> > SpeculatablePHIs;
886
887   /// \brief A worklist of select instructions to speculate prior to promoting
888   /// allocas.
889   ///
890   /// All of these select instructions have been checked for the safety of
891   /// speculation and by being speculated will allow promoting allocas
892   /// currently in the promotable queue.
893   SetVector<SelectInst *, SmallVector<SelectInst *, 2> > SpeculatableSelects;
894
895 public:
896   SROA(bool RequiresDomTree = true)
897       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
898         C(0), TD(0), DT(0) {
899     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
900   }
901   bool runOnFunction(Function &F);
902   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
903
904   const char *getPassName() const { return "SROA"; }
905   static char ID;
906
907 private:
908   friend class PHIOrSelectSpeculator;
909   friend class AllocaPartitionRewriter;
910   friend class AllocaPartitionVectorRewriter;
911
912   bool rewritePartitions(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P,
913                          AllocaPartitioning::iterator B,
914                          AllocaPartitioning::iterator E,
915                          int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
916                          ArrayRef<AllocaPartitioning::iterator> SplitUses);
917   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P);
918   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
919   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> &DeletedAllocas);
920   bool promoteAllocas(Function &F);
921 };
922 }
923
924 char SROA::ID = 0;
925
926 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
927   return new SROA(RequiresDomTree);
928 }
929
930 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
931                       false, false)
932 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
933 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
934                     false, false)
935
936 /// Walk a range of a partitioning looking for a common type to cover this
937 /// sequence of partition uses.
938 static Type *findCommonType(AllocaPartitioning::const_iterator B,
939                             AllocaPartitioning::const_iterator E,
940                             uint64_t EndOffset) {
941   Type *Ty = 0;
942   for (AllocaPartitioning::const_iterator I = B; I != E; ++I) {
943     Use *U = I->getUse();
944     if (isa<IntrinsicInst>(*U->getUser()))
945       continue;
946     if (I->beginOffset() != B->beginOffset() || I->endOffset() != EndOffset)
947       continue;
948
949     Type *UserTy = 0;
950     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser()))
951       UserTy = LI->getType();
952     else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser()))
953       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
954     else
955       return 0; // Bail if we have weird uses.
956
957     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(UserTy)) {
958       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
959       // this for split integer operations where we want to use the type of
960       // the
961       // entity causing the split.
962       if (ITy->getBitWidth() / 8 > (EndOffset - B->beginOffset()))
963         continue;
964
965       // If we have found an integer type use covering the alloca, use that
966       // regardless of the other types, as integers are often used for a
967       // "bucket
968       // of bits" type.
969       return ITy;
970     }
971
972     if (Ty && Ty != UserTy)
973       return 0;
974
975     Ty = UserTy;
976   }
977   return Ty;
978 }
979
980 /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
981 /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
982 /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
983 /// From this:
984 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
985 ///   %V = load i32* %P2
986 /// to:
987 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
988 ///   ...
989 ///   %V2 = load i32* %Other
990 ///   ...
991 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
992 ///
993 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
994 /// to the select can be loaded unconditionally.
995 ///
996 /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
997 /// Transforms/Util/Local.h
998 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN,
999                                  const DataLayout *TD = 0) {
1000   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1001   // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1002   // TODO: Allow recursive phi users.
1003   // TODO: Allow stores.
1004   BasicBlock *BB = PN.getParent();
1005   unsigned MaxAlign = 0;
1006   bool HaveLoad = false;
1007   for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end(); UI != UE;
1008        ++UI) {
1009     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1010     if (LI == 0 || !LI->isSimple())
1011       return false;
1012
1013     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1014     // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1015     // a PHI.
1016     if (LI->getParent() != BB)
1017       return false;
1018
1019     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1020     // could store.
1021     for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1022       if (BBI->mayWriteToMemory())
1023         return false;
1024
1025     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1026     HaveLoad = true;
1027   }
1028
1029   if (!HaveLoad)
1030     return false;
1031
1032   // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1033   // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1034   // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1035   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1036     TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1037     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1038
1039     // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1040     // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1041     // in the predecessor.
1042     if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1043       return false;
1044
1045     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1046     // critical.
1047     if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1048       continue;
1049
1050     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1051     // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1052     // block.
1053     if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1054         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, TD))
1055       continue;
1056
1057     return false;
1058   }
1059
1060   return true;
1061 }
1062
1063 static void speculatePHINodeLoads(PHINode &PN) {
1064   DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1065
1066   Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1067   IRBuilderTy PHIBuilder(&PN);
1068   PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1069                                         PN.getName() + ".sroa.speculated");
1070
1071   // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1072   // matter which one we get and if any differ.
1073   LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(*PN.use_begin());
1074   MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1075   unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1076
1077   // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1078   while (!PN.use_empty()) {
1079     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(*PN.use_begin());
1080     LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1081     LI->eraseFromParent();
1082   }
1083
1084   // Inject loads into all of the pred blocks.
1085   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1086     BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1087     TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1088     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1089     IRBuilderTy PredBuilder(TI);
1090
1091     LoadInst *Load = PredBuilder.CreateLoad(
1092         InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." + Pred->getName()));
1093     ++NumLoadsSpeculated;
1094     Load->setAlignment(Align);
1095     if (TBAATag)
1096       Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1097     NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1098   }
1099
1100   DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1101   PN.eraseFromParent();
1102 }
1103
1104 /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1105 /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1106 /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1107 /// From this:
1108 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1109 ///   %V = load i32* %P2
1110 /// to:
1111 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1112 ///   %V2 = load i32* %Other
1113 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1114 ///
1115 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1116 /// to the select can be loaded unconditionally.
1117 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI, const DataLayout *TD = 0) {
1118   Value *TValue = SI.getTrueValue();
1119   Value *FValue = SI.getFalseValue();
1120   bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
1121   bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
1122
1123   for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end(); UI != UE;
1124        ++UI) {
1125     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1126     if (LI == 0 || !LI->isSimple())
1127       return false;
1128
1129     // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1130     // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1131     // accesses to it.
1132     if (!TDerefable &&
1133         !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI, LI->getAlignment(), TD))
1134       return false;
1135     if (!FDerefable &&
1136         !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI, LI->getAlignment(), TD))
1137       return false;
1138   }
1139
1140   return true;
1141 }
1142
1143 static void speculateSelectInstLoads(SelectInst &SI) {
1144   DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1145
1146   IRBuilderTy IRB(&SI);
1147   Value *TV = SI.getTrueValue();
1148   Value *FV = SI.getFalseValue();
1149   // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1150   while (!SI.use_empty()) {
1151     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(*SI.use_begin());
1152     assert(LI->isSimple() && "We only speculate simple loads");
1153
1154     IRB.SetInsertPoint(LI);
1155     LoadInst *TL =
1156         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1157     LoadInst *FL =
1158         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1159     NumLoadsSpeculated += 2;
1160
1161     // Transfer alignment and TBAA info if present.
1162     TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1163     FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1164     if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1165       TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1166       FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1167     }
1168
1169     Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1170                                 LI->getName() + ".sroa.speculated");
1171
1172     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1173     LI->replaceAllUsesWith(V);
1174     LI->eraseFromParent();
1175   }
1176   SI.eraseFromParent();
1177 }
1178
1179 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1180 ///
1181 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1182 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1183 static Value *buildGEP(IRBuilderTy &IRB, Value *BasePtr,
1184                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1185   if (Indices.empty())
1186     return BasePtr;
1187
1188   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1189   // in that case.
1190   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1191     return BasePtr;
1192
1193   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, "idx");
1194 }
1195
1196 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1197 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1198 ///
1199 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1200 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1201 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1202 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1203 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1204 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1205 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &TD,
1206                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1207                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1208   if (Ty == TargetTy)
1209     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices);
1210
1211   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1212   // type.
1213   unsigned NumLayers = 0;
1214   Type *ElementTy = Ty;
1215   do {
1216     if (ElementTy->isPointerTy())
1217       break;
1218     if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
1219       ElementTy = SeqTy->getElementType();
1220       // Note that we use the default address space as this index is over an
1221       // array or a vector, not a pointer.
1222       Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(TD.getPointerSizeInBits(0), 0)));
1223     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1224       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1225         break; // Nothing left to descend into.
1226       ElementTy = *STy->element_begin();
1227       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1228     } else {
1229       break;
1230     }
1231     ++NumLayers;
1232   } while (ElementTy != TargetTy);
1233   if (ElementTy != TargetTy)
1234     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1235
1236   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices);
1237 }
1238
1239 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1240 ///
1241 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1242 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1243 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &TD,
1244                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1245                                        Type *TargetTy,
1246                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1247   if (Offset == 0)
1248     return getNaturalGEPWithType(IRB, TD, Ptr, Ty, TargetTy, Indices);
1249
1250   // We can't recurse through pointer types.
1251   if (Ty->isPointerTy())
1252     return 0;
1253
1254   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1255   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1256   // over a vector from the IR completely.
1257   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1258     unsigned ElementSizeInBits = TD.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1259     if (ElementSizeInBits % 8)
1260       return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1261     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1262     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1263     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1264       return 0;
1265     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1266     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1267     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, VecTy->getElementType(),
1268                                     Offset, TargetTy, Indices);
1269   }
1270
1271   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1272     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1273     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1274     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1275     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1276       return 0;
1277
1278     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1279     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1280     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1281                                     Indices);
1282   }
1283
1284   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1285   if (!STy)
1286     return 0;
1287
1288   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1289   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1290   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1291     return 0;
1292   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1293   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1294   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1295   if (Offset.uge(TD.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1296     return 0; // The offset points into alignment padding.
1297
1298   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1299   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1300                                   Indices);
1301 }
1302
1303 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1304 /// resulting in a particular type.
1305 ///
1306 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1307 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1308 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1309 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1310 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1311 ///
1312 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1313 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &TD,
1314                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1315                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1316   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1317
1318   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1319   // an i8.
1320   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
1321     return 0;
1322
1323   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1324   if (!ElementTy->isSized())
1325     return 0; // We can't GEP through an unsized element.
1326   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1327   if (ElementSize == 0)
1328     return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1329   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1330
1331   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1332   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1333   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1334                                   Indices);
1335 }
1336
1337 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1338 /// resulting pointer has PointerTy.
1339 ///
1340 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1341 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1342 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1343 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1344 /// bitcast to the type.
1345 ///
1346 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1347 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1348 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1349 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1350 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1351 /// surrounding code.
1352 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &TD,
1353                              Value *Ptr, APInt Offset, Type *PointerTy) {
1354   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1355   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1356   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1357   Visited.insert(Ptr);
1358   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1359
1360   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1361   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1362   // fall back to it, so keep it around here.
1363   Value *OffsetPtr = 0;
1364
1365   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1366   // byte offset.
1367   Value *Int8Ptr = 0;
1368   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1369
1370   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1371
1372   do {
1373     // First fold any existing GEPs into the offset.
1374     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1375       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1376       if (!GEP->accumulateConstantOffset(TD, GEPOffset))
1377         break;
1378       Offset += GEPOffset;
1379       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1380       if (!Visited.insert(Ptr))
1381         break;
1382     }
1383
1384     // See if we can perform a natural GEP here.
1385     Indices.clear();
1386     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, TD, Ptr, Offset, TargetTy,
1387                                            Indices)) {
1388       if (P->getType() == PointerTy) {
1389         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1390         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1391           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1392             I->eraseFromParent();
1393         return P;
1394       }
1395       if (!OffsetPtr) {
1396         OffsetPtr = P;
1397       }
1398     }
1399
1400     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1401     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1402       Int8Ptr = Ptr;
1403       Int8PtrOffset = Offset;
1404     }
1405
1406     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1407     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1408       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1409     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1410       if (GA->mayBeOverridden())
1411         break;
1412       Ptr = GA->getAliasee();
1413     } else {
1414       break;
1415     }
1416     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1417   } while (Visited.insert(Ptr));
1418
1419   if (!OffsetPtr) {
1420     if (!Int8Ptr) {
1421       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
1422                                   "raw_cast");
1423       Int8PtrOffset = Offset;
1424     }
1425
1426     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1427       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1428                             "raw_idx");
1429   }
1430   Ptr = OffsetPtr;
1431
1432   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1433   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1434     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, "cast");
1435
1436   return Ptr;
1437 }
1438
1439 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1440 ///
1441 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1442 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1443 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1444 /// underlying value, and convert that value.
1445 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1446   if (OldTy == NewTy)
1447     return true;
1448   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1449     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1450       if (NewITy->getBitWidth() >= OldITy->getBitWidth())
1451         return true;
1452   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1453     return false;
1454   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1455     return false;
1456
1457   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1458     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
1459       return true;
1460     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
1461       return true;
1462     return false;
1463   }
1464
1465   return true;
1466 }
1467
1468 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1469 /// type.
1470 ///
1471 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1472 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1473 /// two types for viability with this routine.
1474 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1475                            Type *Ty) {
1476   assert(canConvertValue(DL, V->getType(), Ty) &&
1477          "Value not convertable to type");
1478   if (V->getType() == Ty)
1479     return V;
1480   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(V->getType()))
1481     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(Ty))
1482       if (NewITy->getBitWidth() > OldITy->getBitWidth())
1483         return IRB.CreateZExt(V, NewITy);
1484   if (V->getType()->isIntegerTy() && Ty->isPointerTy())
1485     return IRB.CreateIntToPtr(V, Ty);
1486   if (V->getType()->isPointerTy() && Ty->isIntegerTy())
1487     return IRB.CreatePtrToInt(V, Ty);
1488
1489   return IRB.CreateBitCast(V, Ty);
1490 }
1491
1492 /// \brief Test whether the given partition use can be promoted to a vector.
1493 ///
1494 /// This function is called to test each entry in a partioning which is slated
1495 /// for a single partition.
1496 static bool isVectorPromotionViableForPartitioning(
1497     const DataLayout &TD, AllocaPartitioning &P,
1498     uint64_t PartitionBeginOffset, uint64_t PartitionEndOffset, VectorType *Ty,
1499     uint64_t ElementSize, AllocaPartitioning::const_iterator I) {
1500   // First validate the partitioning offsets.
1501   uint64_t BeginOffset =
1502       std::max(I->beginOffset(), PartitionBeginOffset) - PartitionBeginOffset;
1503   uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1504   if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1505       BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1506     return false;
1507   uint64_t EndOffset =
1508       std::min(I->endOffset(), PartitionEndOffset) - PartitionBeginOffset;
1509   uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1510   if (EndIndex * ElementSize != EndOffset || EndIndex > Ty->getNumElements())
1511     return false;
1512
1513   assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1514   uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1515   Type *PartitionTy =
1516       (NumElements == 1) ? Ty->getElementType()
1517                          : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1518
1519   Type *SplitIntTy =
1520       Type::getIntNTy(Ty->getContext(), NumElements * ElementSize * 8);
1521
1522   Use *U = I->getUse();
1523
1524   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1525     if (MI->isVolatile())
1526       return false;
1527     if (!I->isSplittable())
1528       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1529   } else if (U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1530     // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1531     return false;
1532   } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1533     if (LI->isVolatile())
1534       return false;
1535     Type *LTy = LI->getType();
1536     if (PartitionBeginOffset > I->beginOffset() ||
1537         PartitionEndOffset < I->endOffset()) {
1538       assert(LTy->isIntegerTy());
1539       LTy = SplitIntTy;
1540     }
1541     if (!canConvertValue(TD, PartitionTy, LTy))
1542       return false;
1543   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1544     if (SI->isVolatile())
1545       return false;
1546     Type *STy = SI->getValueOperand()->getType();
1547     if (PartitionBeginOffset > I->beginOffset() ||
1548         PartitionEndOffset < I->endOffset()) {
1549       assert(STy->isIntegerTy());
1550       STy = SplitIntTy;
1551     }
1552     if (!canConvertValue(TD, STy, PartitionTy))
1553       return false;
1554   }
1555
1556   return true;
1557 }
1558
1559 /// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to a vector.
1560 ///
1561 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1562 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1563 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1564 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1565 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1566 /// be promotable, so we have an early test here.
1567 static bool isVectorPromotionViable(
1568     const DataLayout &TD, Type *AllocaTy, AllocaPartitioning &P,
1569     uint64_t PartitionBeginOffset, uint64_t PartitionEndOffset,
1570     AllocaPartitioning::const_iterator I, AllocaPartitioning::const_iterator E,
1571     ArrayRef<AllocaPartitioning::iterator> SplitUses) {
1572   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
1573   if (!Ty)
1574     return false;
1575
1576   uint64_t ElementSize = TD.getTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
1577
1578   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1579   // that aren't byte sized.
1580   if (ElementSize % 8)
1581     return false;
1582   assert((TD.getTypeSizeInBits(Ty) % 8) == 0 &&
1583          "vector size not a multiple of element size?");
1584   ElementSize /= 8;
1585
1586   for (; I != E; ++I)
1587     if (!isVectorPromotionViableForPartitioning(
1588             TD, P, PartitionBeginOffset, PartitionEndOffset, Ty, ElementSize,
1589             I))
1590       return false;
1591
1592   for (ArrayRef<AllocaPartitioning::iterator>::const_iterator
1593            SUI = SplitUses.begin(),
1594            SUE = SplitUses.end();
1595        SUI != SUE; ++SUI)
1596     if (!isVectorPromotionViableForPartitioning(
1597             TD, P, PartitionBeginOffset, PartitionEndOffset, Ty, ElementSize,
1598             *SUI))
1599       return false;
1600
1601   return true;
1602 }
1603
1604 /// \brief Test whether a partitioning slice of an alloca is a valid set of
1605 /// operations for integer widening.
1606 ///
1607 /// This implements the necessary checking for the \c isIntegerWideningViable
1608 /// test below on a single partitioning slice of the alloca.
1609 static bool isIntegerWideningViableForPartitioning(
1610     const DataLayout &TD, Type *AllocaTy, uint64_t AllocBeginOffset,
1611     uint64_t Size, AllocaPartitioning &P, AllocaPartitioning::const_iterator I,
1612     bool &WholeAllocaOp) {
1613   uint64_t RelBegin = I->beginOffset() - AllocBeginOffset;
1614   uint64_t RelEnd = I->endOffset() - AllocBeginOffset;
1615
1616   // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
1617   // the end of the aloca's type and into its padding.
1618   if (RelEnd > Size)
1619     return false;
1620
1621   Use *U = I->getUse();
1622
1623   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1624     if (LI->isVolatile())
1625       return false;
1626     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1627       WholeAllocaOp = true;
1628     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
1629       if (ITy->getBitWidth() < TD.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1630         return false;
1631     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1632                !canConvertValue(TD, AllocaTy, LI->getType())) {
1633       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
1634       // they are promotable.
1635       return false;
1636     }
1637   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1638     Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
1639     if (SI->isVolatile())
1640       return false;
1641     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1642       WholeAllocaOp = true;
1643     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
1644       if (ITy->getBitWidth() < TD.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1645         return false;
1646     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1647                !canConvertValue(TD, ValueTy, AllocaTy)) {
1648       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
1649       // they are promotable.
1650       return false;
1651     }
1652   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1653     if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
1654       return false;
1655     if (!I->isSplittable())
1656       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1657   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1658     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1659         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1660       return false;
1661   } else {
1662     return false;
1663   }
1664
1665   return true;
1666 }
1667
1668 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
1669 /// widened to promotable ones.
1670 ///
1671 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
1672 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
1673 /// promote the resulting alloca.
1674 static bool
1675 isIntegerWideningViable(const DataLayout &TD, Type *AllocaTy,
1676                         uint64_t AllocBeginOffset, AllocaPartitioning &P,
1677                         AllocaPartitioning::const_iterator I,
1678                         AllocaPartitioning::const_iterator E,
1679                         ArrayRef<AllocaPartitioning::iterator> SplitUses) {
1680   uint64_t SizeInBits = TD.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
1681   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
1682   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
1683     return false;
1684
1685   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
1686   if (SizeInBits != TD.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
1687     return false;
1688
1689   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
1690   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
1691   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
1692   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
1693   if (!canConvertValue(TD, AllocaTy, IntTy) ||
1694       !canConvertValue(TD, IntTy, AllocaTy))
1695     return false;
1696
1697   // If we have no actual uses of this partition, we're forming a fully
1698   // splittable partition. Assume all the operations are easy to widen (they
1699   // are if they're splittable), and just check that it's a good idea to form
1700   // a single integer.
1701   if (I == E)
1702     return TD.isLegalInteger(SizeInBits);
1703
1704   uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(AllocaTy);
1705
1706   // While examining uses, we ensure that the alloca has a covering load or
1707   // store. We don't want to widen the integer operations only to fail to
1708   // promote due to some other unsplittable entry (which we may make splittable
1709   // later).
1710   bool WholeAllocaOp = false;
1711
1712   for (; I != E; ++I)
1713     if (!isIntegerWideningViableForPartitioning(TD, AllocaTy, AllocBeginOffset,
1714                                                 Size, P, I, WholeAllocaOp))
1715       return false;
1716
1717   for (ArrayRef<AllocaPartitioning::iterator>::const_iterator
1718            SUI = SplitUses.begin(),
1719            SUE = SplitUses.end();
1720        SUI != SUE; ++SUI)
1721     if (!isIntegerWideningViableForPartitioning(TD, AllocaTy, AllocBeginOffset,
1722                                                 Size, P, *SUI, WholeAllocaOp))
1723       return false;
1724
1725   return WholeAllocaOp;
1726 }
1727
1728 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1729                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
1730                              const Twine &Name) {
1731   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1732   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
1733   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1734          "Element extends past full value");
1735   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1736   if (DL.isBigEndian())
1737     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1738   if (ShAmt) {
1739     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
1740     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1741   }
1742   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1743          "Cannot extract to a larger integer!");
1744   if (Ty != IntTy) {
1745     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
1746     DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
1747   }
1748   return V;
1749 }
1750
1751 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *Old,
1752                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
1753   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
1754   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
1755   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1756          "Cannot insert a larger integer!");
1757   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1758   if (Ty != IntTy) {
1759     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
1760     DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
1761   }
1762   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1763          "Element store outside of alloca store");
1764   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1765   if (DL.isBigEndian())
1766     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1767   if (ShAmt) {
1768     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
1769     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1770   }
1771
1772   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
1773     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
1774     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
1775     DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
1776     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
1777     DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
1778   }
1779   return V;
1780 }
1781
1782 static Value *extractVector(IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1783                             unsigned BeginIndex, unsigned EndIndex,
1784                             const Twine &Name) {
1785   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
1786   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1787   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
1788
1789   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
1790     return V;
1791
1792   if (NumElements == 1) {
1793     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1794                                  Name + ".extract");
1795     DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
1796     return V;
1797   }
1798
1799   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1800   Mask.reserve(NumElements);
1801   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
1802     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
1803   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1804                               ConstantVector::get(Mask),
1805                               Name + ".extract");
1806   DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
1807   return V;
1808 }
1809
1810 static Value *insertVector(IRBuilderTy &IRB, Value *Old, Value *V,
1811                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
1812   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
1813   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
1814
1815   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
1816   if (!Ty) {
1817     // Single element to insert.
1818     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1819                                 Name + ".insert");
1820     DEBUG(dbgs() <<  "     insert: " << *V << "\n");
1821     return V;
1822   }
1823
1824   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
1825          "Too many elements!");
1826   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
1827     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
1828     return V;
1829   }
1830   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
1831
1832   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
1833   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
1834   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
1835   // incoming vector.
1836   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1837   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
1838   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1839     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
1840       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
1841     else
1842       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
1843   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1844                               ConstantVector::get(Mask),
1845                               Name + ".expand");
1846   DEBUG(dbgs() << "    shuffle: " << *V << "\n");
1847
1848   Mask.clear();
1849   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1850     Mask.push_back(IRB.getInt1(i >= BeginIndex && i < EndIndex));
1851
1852   V = IRB.CreateSelect(ConstantVector::get(Mask), V, Old, Name + "blend");
1853
1854   DEBUG(dbgs() << "    blend: " << *V << "\n");
1855   return V;
1856 }
1857
1858 namespace {
1859 /// \brief Visitor to rewrite instructions using a partition of an alloca to
1860 /// use a new alloca.
1861 ///
1862 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
1863 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
1864 /// lives here.
1865 class AllocaPartitionRewriter : public InstVisitor<AllocaPartitionRewriter,
1866                                                    bool> {
1867   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1868   friend class llvm::InstVisitor<AllocaPartitionRewriter, bool>;
1869   typedef llvm::InstVisitor<AllocaPartitionRewriter, bool> Base;
1870
1871   const DataLayout &TD;
1872   AllocaPartitioning &P;
1873   SROA &Pass;
1874   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
1875   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
1876   Type *NewAllocaTy;
1877
1878   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
1879   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
1880   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
1881   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
1882   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
1883   //     element.
1884   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
1885   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
1886   //     which are promotable via mem2reg.
1887   VectorType *VecTy;
1888   Type *ElementTy;
1889   uint64_t ElementSize;
1890
1891   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
1892   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
1893   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
1894   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
1895   IntegerType *IntTy;
1896
1897   // The offset of the partition user currently being rewritten.
1898   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
1899   bool IsSplittable;
1900   bool IsSplit;
1901   Use *OldUse;
1902   Instruction *OldPtr;
1903
1904   // Utility IR builder, whose name prefix is setup for each visited use, and
1905   // the insertion point is set to point to the user.
1906   IRBuilderTy IRB;
1907
1908 public:
1909   AllocaPartitionRewriter(const DataLayout &TD, AllocaPartitioning &P,
1910                           SROA &Pass, AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
1911                           uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset,
1912                           bool IsVectorPromotable = false,
1913                           bool IsIntegerPromotable = false)
1914       : TD(TD), P(P), Pass(Pass), OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
1915         NewAllocaBeginOffset(NewBeginOffset), NewAllocaEndOffset(NewEndOffset),
1916         NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
1917         VecTy(IsVectorPromotable ? cast<VectorType>(NewAllocaTy) : 0),
1918         ElementTy(VecTy ? VecTy->getElementType() : 0),
1919         ElementSize(VecTy ? TD.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8 : 0),
1920         IntTy(IsIntegerPromotable
1921                   ? Type::getIntNTy(
1922                         NewAI.getContext(),
1923                         TD.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()))
1924                   : 0),
1925         BeginOffset(), EndOffset(), IsSplittable(), IsSplit(), OldUse(),
1926         OldPtr(), IRB(NewAI.getContext(), ConstantFolder()) {
1927     if (VecTy) {
1928       assert((TD.getTypeSizeInBits(ElementTy) % 8) == 0 &&
1929              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
1930       ++NumVectorized;
1931     }
1932     assert((!IsVectorPromotable && !IsIntegerPromotable) ||
1933            IsVectorPromotable != IsIntegerPromotable);
1934   }
1935
1936   bool visit(AllocaPartitioning::const_iterator I) {
1937     bool CanSROA = true;
1938     BeginOffset = I->beginOffset();
1939     EndOffset = I->endOffset();
1940     IsSplittable = I->isSplittable();
1941     IsSplit =
1942         BeginOffset < NewAllocaBeginOffset || EndOffset > NewAllocaEndOffset;
1943
1944     OldUse = I->getUse();
1945     OldPtr = cast<Instruction>(OldUse->get());
1946
1947     Instruction *OldUserI = cast<Instruction>(OldUse->getUser());
1948     IRB.SetInsertPoint(OldUserI);
1949     IRB.SetCurrentDebugLocation(OldUserI->getDebugLoc());
1950     IRB.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) + ".");
1951
1952     CanSROA &= visit(cast<Instruction>(OldUse->getUser()));
1953     if (VecTy || IntTy)
1954       assert(CanSROA);
1955     return CanSROA;
1956   }
1957
1958 private:
1959   // Make sure the other visit overloads are visible.
1960   using Base::visit;
1961
1962   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
1963   bool visitInstruction(Instruction &I) {
1964     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
1965     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
1966   }
1967
1968   Value *getAdjustedAllocaPtr(IRBuilderTy &IRB, uint64_t Offset,
1969                               Type *PointerTy) {
1970     assert(Offset >= NewAllocaBeginOffset);
1971     return getAdjustedPtr(IRB, TD, &NewAI, APInt(TD.getPointerSizeInBits(),
1972                                                  Offset - NewAllocaBeginOffset),
1973                           PointerTy);
1974   }
1975
1976   /// \brief Compute suitable alignment to access an offset into the new alloca.
1977   unsigned getOffsetAlign(uint64_t Offset) {
1978     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
1979     if (!NewAIAlign)
1980       NewAIAlign = TD.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
1981     return MinAlign(NewAIAlign, Offset);
1982   }
1983
1984   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at an offset of the
1985   /// new alloca.
1986   ///
1987   /// \returns zero if the type's ABI alignment is a suitable alignment,
1988   /// otherwise returns the maximal suitable alignment.
1989   unsigned getOffsetTypeAlign(Type *Ty, uint64_t Offset) {
1990     unsigned Align = getOffsetAlign(Offset);
1991     return Align == TD.getABITypeAlignment(Ty) ? 0 : Align;
1992   }
1993
1994   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
1995     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
1996     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
1997     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
1998     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
1999     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2000     return Index;
2001   }
2002
2003   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2004     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2005     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2006       Pass.DeadInsts.insert(I);
2007   }
2008
2009   Value *rewriteVectorizedLoadInst(uint64_t NewBeginOffset,
2010                                    uint64_t NewEndOffset) {
2011     unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2012     unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2013     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2014
2015     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2016                                      "load");
2017     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2018   }
2019
2020   Value *rewriteIntegerLoad(LoadInst &LI, uint64_t NewBeginOffset,
2021                             uint64_t NewEndOffset) {
2022     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2023     assert(!LI.isVolatile());
2024     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2025                                      "load");
2026     V = convertValue(TD, IRB, V, IntTy);
2027     assert(NewBeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2028     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2029     if (Offset > 0 || NewEndOffset < NewAllocaEndOffset)
2030       V = extractInteger(TD, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2031                          "extract");
2032     return V;
2033   }
2034
2035   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2036     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2037     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2038     assert(OldOp == OldPtr);
2039
2040     // Compute the intersecting offset range.
2041     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2042     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2043     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2044     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2045
2046     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2047
2048     Type *TargetTy = IsSplit ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), Size * 8)
2049                              : LI.getType();
2050     bool IsPtrAdjusted = false;
2051     Value *V;
2052     if (VecTy) {
2053       V = rewriteVectorizedLoadInst(NewBeginOffset, NewEndOffset);
2054     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2055       V = rewriteIntegerLoad(LI, NewBeginOffset, NewEndOffset);
2056     } else if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2057                canConvertValue(TD, NewAllocaTy, LI.getType())) {
2058       V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2059                                 LI.isVolatile(), "load");
2060     } else {
2061       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo();
2062       V = IRB.CreateAlignedLoad(
2063           getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, LTy),
2064           getOffsetTypeAlign(TargetTy, NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset),
2065           LI.isVolatile(), "load");
2066       IsPtrAdjusted = true;
2067     }
2068     V = convertValue(TD, IRB, V, TargetTy);
2069
2070     if (IsSplit) {
2071       assert(!LI.isVolatile());
2072       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2073              "Only integer type loads and stores are split");
2074       assert(Size < TD.getTypeStoreSize(LI.getType()) &&
2075              "Split load isn't smaller than original load");
2076       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2077              TD.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2078              "Non-byte-multiple bit width");
2079       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2080       IRB.SetInsertPoint(llvm::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2081       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2082       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2083       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2084       // LI only used for this computation.
2085       Value *Placeholder
2086         = new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo()));
2087       V = insertInteger(TD, IRB, Placeholder, V, NewBeginOffset,
2088                         "insert");
2089       LI.replaceAllUsesWith(V);
2090       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2091       delete Placeholder;
2092     } else {
2093       LI.replaceAllUsesWith(V);
2094     }
2095
2096     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2097     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2098     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2099     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2100   }
2101
2102   bool rewriteVectorizedStoreInst(Value *V, StoreInst &SI, Value *OldOp,
2103                                   uint64_t NewBeginOffset,
2104                                   uint64_t NewEndOffset) {
2105     if (V->getType() != VecTy) {
2106       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2107       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2108       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2109       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2110       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2111       Type *PartitionTy
2112         = (NumElements == 1) ? ElementTy
2113         : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2114       if (V->getType() != PartitionTy)
2115         V = convertValue(TD, IRB, V, PartitionTy);
2116
2117       // Mix in the existing elements.
2118       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2119                                          "load");
2120       V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, "vec");
2121     }
2122     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2123     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2124
2125     (void)Store;
2126     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2127     return true;
2128   }
2129
2130   bool rewriteIntegerStore(Value *V, StoreInst &SI,
2131                            uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset) {
2132     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2133     assert(!SI.isVolatile());
2134     if (TD.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2135       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2136                                          "oldload");
2137       Old = convertValue(TD, IRB, Old, IntTy);
2138       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2139       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2140       V = insertInteger(TD, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset,
2141                         "insert");
2142     }
2143     V = convertValue(TD, IRB, V, NewAllocaTy);
2144     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2145     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2146     (void)Store;
2147     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2148     return true;
2149   }
2150
2151   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2152     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2153     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2154     assert(OldOp == OldPtr);
2155
2156     Value *V = SI.getValueOperand();
2157
2158     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2159     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2160     if (V->getType()->isPointerTy())
2161       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2162         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2163
2164     // Compute the intersecting offset range.
2165     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2166     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2167     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2168     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2169
2170     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2171     if (Size < TD.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2172       assert(!SI.isVolatile());
2173       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2174              "Only integer type loads and stores are split");
2175       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2176              TD.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2177              "Non-byte-multiple bit width");
2178       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), Size * 8);
2179       V = extractInteger(TD, IRB, V, NarrowTy, NewBeginOffset,
2180                          "extract");
2181     }
2182
2183     if (VecTy)
2184       return rewriteVectorizedStoreInst(V, SI, OldOp, NewBeginOffset,
2185                                         NewEndOffset);
2186     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2187       return rewriteIntegerStore(V, SI, NewBeginOffset, NewEndOffset);
2188
2189     StoreInst *NewSI;
2190     if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2191         NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2192         canConvertValue(TD, V->getType(), NewAllocaTy)) {
2193       V = convertValue(TD, IRB, V, NewAllocaTy);
2194       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2195                                      SI.isVolatile());
2196     } else {
2197       Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset,
2198                                            V->getType()->getPointerTo());
2199       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(
2200           V, NewPtr, getOffsetTypeAlign(
2201                          V->getType(), NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset),
2202           SI.isVolatile());
2203     }
2204     (void)NewSI;
2205     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2206     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2207
2208     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2209     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2210   }
2211
2212   /// \brief Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2213   /// number of bytes.
2214   ///
2215   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2216   /// call this routine.
2217   /// FIXME: Heed the advice above.
2218   ///
2219   /// \param V The i8 value to splat.
2220   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2221   Value *getIntegerSplat(Value *V, unsigned Size) {
2222     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2223     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2224     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2225     if (Size == 1)
2226       return V;
2227
2228     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size*8);
2229     V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, "zext"),
2230                       ConstantExpr::getUDiv(
2231                         Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2232                         ConstantExpr::getZExt(
2233                           Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2234                           SplatIntTy)),
2235                       "isplat");
2236     return V;
2237   }
2238
2239   /// \brief Compute a vector splat for a given element value.
2240   Value *getVectorSplat(Value *V, unsigned NumElements) {
2241     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, "vsplat");
2242     DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2243     return V;
2244   }
2245
2246   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2247     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2248     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2249
2250     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2251     // pointer to the new alloca.
2252     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2253       assert(!IsSplit);
2254       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset);
2255       II.setDest(
2256           getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset, II.getRawDest()->getType()));
2257       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2258       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getOffsetAlign(BeginOffset)));
2259
2260       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2261       return false;
2262     }
2263
2264     // Record this instruction for deletion.
2265     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2266
2267     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2268     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2269
2270     // Compute the intersecting offset range.
2271     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2272     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2273     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2274     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2275     uint64_t PartitionOffset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2276
2277     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2278     // a single value type, just emit a memset.
2279     if (!VecTy && !IntTy &&
2280         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2281          EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2282          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2283          !TD.isLegalInteger(TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy)) ||
2284          TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy)%8 != 0)) {
2285       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2286       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2287       CallInst *New = IRB.CreateMemSet(
2288           getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, II.getRawDest()->getType()),
2289           II.getValue(), Size, getOffsetAlign(PartitionOffset),
2290           II.isVolatile());
2291       (void)New;
2292       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2293       return false;
2294     }
2295
2296     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2297     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2298     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2299     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2300     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2301     Value *V;
2302
2303     if (VecTy) {
2304       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2305       assert(ElementTy == ScalarTy);
2306
2307       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2308       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2309       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2310       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2311       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2312
2313       Value *Splat =
2314           getIntegerSplat(II.getValue(), TD.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8);
2315       Splat = convertValue(TD, IRB, Splat, ElementTy);
2316       if (NumElements > 1)
2317         Splat = getVectorSplat(Splat, NumElements);
2318
2319       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2320                                          "oldload");
2321       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, "vec");
2322     } else if (IntTy) {
2323       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2324       // set integer.
2325       assert(!II.isVolatile());
2326
2327       uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2328       V = getIntegerSplat(II.getValue(), Size);
2329
2330       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2331                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2332         Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2333                                            "oldload");
2334         Old = convertValue(TD, IRB, Old, IntTy);
2335         uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2336         V = insertInteger(TD, IRB, Old, V, Offset, "insert");
2337       } else {
2338         assert(V->getType() == IntTy &&
2339                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2340       }
2341       V = convertValue(TD, IRB, V, AllocaTy);
2342     } else {
2343       // Established these invariants above.
2344       assert(NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2345       assert(NewEndOffset == NewAllocaEndOffset);
2346
2347       V = getIntegerSplat(II.getValue(), TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy) / 8);
2348       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2349         V = getVectorSplat(V, AllocaVecTy->getNumElements());
2350
2351       V = convertValue(TD, IRB, V, AllocaTy);
2352     }
2353
2354     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2355                                         II.isVolatile());
2356     (void)New;
2357     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2358     return !II.isVolatile();
2359   }
2360
2361   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2362     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2363     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2364
2365     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2366
2367     // Compute the intersecting offset range.
2368     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2369     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2370     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2371     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2372
2373     assert(II.getRawSource() == OldPtr || II.getRawDest() == OldPtr);
2374     bool IsDest = II.getRawDest() == OldPtr;
2375
2376     // Compute the relative offset within the transfer.
2377     unsigned IntPtrWidth = TD.getPointerSizeInBits();
2378     APInt RelOffset(IntPtrWidth, NewBeginOffset - BeginOffset);
2379
2380     unsigned Align = II.getAlignment();
2381     uint64_t PartitionOffset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2382     if (Align > 1)
2383       Align = MinAlign(
2384           RelOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue(),
2385           MinAlign(II.getAlignment(), getOffsetAlign(PartitionOffset)));
2386
2387     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2388     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2389     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2390     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2391     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2392     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2393     // update both source and dest of a single call.
2394     if (!IsSplittable) {
2395       Value *OldOp = IsDest ? II.getRawDest() : II.getRawSource();
2396       if (IsDest)
2397         II.setDest(
2398             getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset, II.getRawDest()->getType()));
2399       else
2400         II.setSource(getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset,
2401                                           II.getRawSource()->getType()));
2402
2403       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2404       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, Align));
2405
2406       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2407       deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2408       return false;
2409     }
2410     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2411     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2412     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2413     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2414     // downsides to splitting and transforming the operations.
2415
2416     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2417     // a single value type, just emit a memcpy.
2418     bool EmitMemCpy
2419       = !VecTy && !IntTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2420                              EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2421                              !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2422
2423     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2424     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2425     // a no-op.
2426     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2427       // Ensure the start lines up.
2428       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2429
2430       // Rewrite the size as needed.
2431       if (NewEndOffset != EndOffset)
2432         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2433                                       NewEndOffset - NewBeginOffset));
2434       return false;
2435     }
2436     // Record this instruction for deletion.
2437     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2438
2439     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2440     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2441     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2442     if (AllocaInst *AI
2443           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets()))
2444       Pass.Worklist.insert(AI);
2445
2446     if (EmitMemCpy) {
2447       Type *OtherPtrTy = IsDest ? II.getRawSource()->getType()
2448                                 : II.getRawDest()->getType();
2449
2450       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2451       // a single, simple GEP in most cases.
2452       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, TD, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy);
2453
2454       Value *OurPtr = getAdjustedAllocaPtr(
2455           IRB, NewBeginOffset,
2456           IsDest ? II.getRawDest()->getType() : II.getRawSource()->getType());
2457       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2458       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2459
2460       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(IsDest ? OurPtr : OtherPtr,
2461                                        IsDest ? OtherPtr : OurPtr,
2462                                        Size, Align, II.isVolatile());
2463       (void)New;
2464       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2465       return false;
2466     }
2467
2468     // Note that we clamp the alignment to 1 here as a 0 alignment for a memcpy
2469     // is equivalent to 1, but that isn't true if we end up rewriting this as
2470     // a load or store.
2471     if (!Align)
2472       Align = 1;
2473
2474     bool IsWholeAlloca = NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2475                          NewEndOffset == NewAllocaEndOffset;
2476     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2477     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(NewBeginOffset) : 0;
2478     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(NewEndOffset) : 0;
2479     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2480     IntegerType *SubIntTy
2481       = IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size*8) : 0;
2482
2483     Type *OtherPtrTy = NewAI.getType();
2484     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
2485       if (NumElements == 1)
2486         OtherPtrTy = VecTy->getElementType();
2487       else
2488         OtherPtrTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
2489
2490       OtherPtrTy = OtherPtrTy->getPointerTo();
2491     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
2492       OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo();
2493     }
2494
2495     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, TD, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy);
2496     Value *DstPtr = &NewAI;
2497     if (!IsDest)
2498       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2499
2500     Value *Src;
2501     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2502       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2503                                   "load");
2504       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2505     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2506       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2507                                   "load");
2508       Src = convertValue(TD, IRB, Src, IntTy);
2509       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2510       Src = extractInteger(TD, IRB, Src, SubIntTy, Offset, "extract");
2511     } else {
2512       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, II.isVolatile(),
2513                                   "copyload");
2514     }
2515
2516     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2517       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2518                                          "oldload");
2519       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, "vec");
2520     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2521       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2522                                          "oldload");
2523       Old = convertValue(TD, IRB, Old, IntTy);
2524       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2525       Src = insertInteger(TD, IRB, Old, Src, Offset, "insert");
2526       Src = convertValue(TD, IRB, Src, NewAllocaTy);
2527     }
2528
2529     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2530       IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, Align, II.isVolatile()));
2531     (void)Store;
2532     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2533     return !II.isVolatile();
2534   }
2535
2536   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2537     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2538            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2539     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2540     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2541
2542     // Compute the intersecting offset range.
2543     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2544     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2545     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2546     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2547
2548     // Record this instruction for deletion.
2549     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2550
2551     ConstantInt *Size
2552       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2553                          NewEndOffset - NewBeginOffset);
2554     Value *Ptr =
2555         getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, II.getArgOperand(1)->getType());
2556     Value *New;
2557     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2558       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2559     else
2560       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2561
2562     (void)New;
2563     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2564     return true;
2565   }
2566
2567   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2568     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2569     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "PHIs are unsplittable");
2570     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "PHIs are unsplittable");
2571
2572     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2573     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2574     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2575     // dominate the PHI.
2576     IRBuilderTy PtrBuilder(cast<Instruction>(OldPtr));
2577     PtrBuilder.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) +
2578                              ".");
2579
2580     Value *NewPtr =
2581         getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, BeginOffset, OldPtr->getType());
2582     // Replace the operands which were using the old pointer.
2583     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
2584
2585     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2586     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2587
2588     // Check whether we can speculate this PHI node, and if so remember that
2589     // fact and return that this alloca remains viable for promotion to an SSA
2590     // value.
2591     if (isSafePHIToSpeculate(PN, &TD)) {
2592       Pass.SpeculatablePHIs.insert(&PN);
2593       return true;
2594     }
2595
2596     return false; // PHIs can't be promoted on their own.
2597   }
2598
2599   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2600     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2601     assert((SI.getTrueValue() == OldPtr || SI.getFalseValue() == OldPtr) &&
2602            "Pointer isn't an operand!");
2603     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Selects are unsplittable");
2604     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "Selects are unsplittable");
2605
2606     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset, OldPtr->getType());
2607     // Replace the operands which were using the old pointer.
2608     if (SI.getOperand(1) == OldPtr)
2609       SI.setOperand(1, NewPtr);
2610     if (SI.getOperand(2) == OldPtr)
2611       SI.setOperand(2, NewPtr);
2612
2613     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2614     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2615
2616     // Check whether we can speculate this select instruction, and if so
2617     // remember that fact and return that this alloca remains viable for
2618     // promotion to an SSA value.
2619     if (isSafeSelectToSpeculate(SI, &TD)) {
2620       Pass.SpeculatableSelects.insert(&SI);
2621       return true;
2622     }
2623
2624     return false; // Selects can't be promoted on their own.
2625   }
2626
2627 };
2628 }
2629
2630 namespace {
2631 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2632 ///
2633 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2634 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2635 /// with scalar loads and stores.
2636 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2637   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2638   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2639
2640   const DataLayout &TD;
2641
2642   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2643   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2644
2645   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2646   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2647
2648   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2649   /// value (as opposed to the user).
2650   Use *U;
2651
2652 public:
2653   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &TD) : TD(TD) {}
2654
2655   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2656   /// it.
2657   bool rewrite(Instruction &I) {
2658     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2659     enqueueUsers(I);
2660     bool Changed = false;
2661     while (!Queue.empty()) {
2662       U = Queue.pop_back_val();
2663       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2664     }
2665     return Changed;
2666   }
2667
2668 private:
2669   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2670   /// This uses a set to de-duplicate users.
2671   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2672     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
2673          ++UI)
2674       if (Visited.insert(*UI))
2675         Queue.push_back(&UI.getUse());
2676   }
2677
2678   // Conservative default is to not rewrite anything.
2679   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2680
2681   /// \brief Generic recursive split emission class.
2682   template <typename Derived>
2683   class OpSplitter {
2684   protected:
2685     /// The builder used to form new instructions.
2686     IRBuilderTy IRB;
2687     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
2688     /// appropriate value within the aggregate.
2689     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2690     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
2691     /// within the aggregate.
2692     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2693     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
2694     /// split operations.
2695     Value *Ptr;
2696
2697     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
2698     /// single zero GEP index.
2699     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2700       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
2701
2702   public:
2703     /// \brief Generic recursive split emission routine.
2704     ///
2705     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2706     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2707     /// and emits that single value operation via the template argument.
2708     ///
2709     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
2710     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
2711     /// formatted differently (GEPs need actual values).
2712     ///
2713     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
2714     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
2715     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
2716     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2717       if (Ty->isSingleValueType())
2718         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
2719
2720       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2721         unsigned OldSize = Indices.size();
2722         (void)OldSize;
2723         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
2724              ++Idx) {
2725           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2726           Indices.push_back(Idx);
2727           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2728           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2729           GEPIndices.pop_back();
2730           Indices.pop_back();
2731         }
2732         return;
2733       }
2734
2735       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2736         unsigned OldSize = Indices.size();
2737         (void)OldSize;
2738         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
2739              ++Idx) {
2740           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2741           Indices.push_back(Idx);
2742           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2743           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2744           GEPIndices.pop_back();
2745           Indices.pop_back();
2746         }
2747         return;
2748       }
2749
2750       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
2751     }
2752   };
2753
2754   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
2755     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2756       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2757
2758     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
2759     /// recursive emission to actually load values.
2760     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2761       assert(Ty->isSingleValueType());
2762       // Load the single value and insert it using the indices.
2763       Value *GEP = IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
2764       Value *Load = IRB.CreateLoad(GEP, Name + ".load");
2765       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
2766       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
2767     }
2768   };
2769
2770   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2771     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
2772     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
2773       return false;
2774
2775     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
2776     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2777     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
2778     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
2779     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
2780     LI.replaceAllUsesWith(V);
2781     LI.eraseFromParent();
2782     return true;
2783   }
2784
2785   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
2786     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2787       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2788
2789     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
2790     /// recursive emission to actually produce stores.
2791     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2792       assert(Ty->isSingleValueType());
2793       // Extract the single value and store it using the indices.
2794       Value *Store = IRB.CreateStore(
2795         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
2796         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
2797       (void)Store;
2798       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2799     }
2800   };
2801
2802   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2803     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
2804       return false;
2805     Value *V = SI.getValueOperand();
2806     if (V->getType()->isSingleValueType())
2807       return false;
2808
2809     // We have an aggregate being stored, split it apart.
2810     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2811     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
2812     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
2813     SI.eraseFromParent();
2814     return true;
2815   }
2816
2817   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
2818     enqueueUsers(BC);
2819     return false;
2820   }
2821
2822   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
2823     enqueueUsers(GEPI);
2824     return false;
2825   }
2826
2827   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2828     enqueueUsers(PN);
2829     return false;
2830   }
2831
2832   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2833     enqueueUsers(SI);
2834     return false;
2835   }
2836 };
2837 }
2838
2839 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
2840 ///
2841 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
2842 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
2843 /// size or the allocated size.
2844 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
2845   if (Ty->isSingleValueType())
2846     return Ty;
2847
2848   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
2849   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
2850
2851   Type *InnerTy;
2852   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2853     InnerTy = ArrTy->getElementType();
2854   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2855     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
2856     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
2857     InnerTy = STy->getElementType(Index);
2858   } else {
2859     return Ty;
2860   }
2861
2862   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
2863       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
2864     return Ty;
2865
2866   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
2867 }
2868
2869 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
2870 /// offset and size.
2871 ///
2872 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
2873 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
2874 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
2875 /// and the same for structs.
2876 ///
2877 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
2878 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
2879 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
2880 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
2881 /// return a type if necessary.
2882 static Type *getTypePartition(const DataLayout &TD, Type *Ty,
2883                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
2884   if (Offset == 0 && TD.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
2885     return stripAggregateTypeWrapping(TD, Ty);
2886   if (Offset > TD.getTypeAllocSize(Ty) ||
2887       (TD.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
2888     return 0;
2889
2890   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
2891     // We can't partition pointers...
2892     if (SeqTy->isPointerTy())
2893       return 0;
2894
2895     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
2896     uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
2897     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
2898     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy)) {
2899       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
2900         return 0;
2901     } else if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy)) {
2902       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
2903         return 0;
2904     }
2905     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
2906
2907     // First check if we need to recurse.
2908     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
2909       // Bail if the partition ends in a different array element.
2910       if ((Offset + Size) > ElementSize)
2911         return 0;
2912       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
2913       return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
2914     }
2915     assert(Offset == 0);
2916
2917     if (Size == ElementSize)
2918       return stripAggregateTypeWrapping(TD, ElementTy);
2919     assert(Size > ElementSize);
2920     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
2921     if (NumElements * ElementSize != Size)
2922       return 0;
2923     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
2924   }
2925
2926   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
2927   if (!STy)
2928     return 0;
2929
2930   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
2931   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
2932     return 0;
2933   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
2934   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
2935     return 0;
2936
2937   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
2938   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
2939
2940   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
2941   uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
2942   if (Offset >= ElementSize)
2943     return 0; // The offset points into alignment padding.
2944
2945   // See if any partition must be contained by the element.
2946   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
2947     if ((Offset + Size) > ElementSize)
2948       return 0;
2949     return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
2950   }
2951   assert(Offset == 0);
2952
2953   if (Size == ElementSize)
2954     return stripAggregateTypeWrapping(TD, ElementTy);
2955
2956   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
2957                                EE = STy->element_end();
2958   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
2959     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
2960     if (Index == EndIndex)
2961       return 0; // Within a single element and its padding.
2962
2963     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
2964     // expected size.
2965     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
2966     // sub-struct to find a natural end point.
2967     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
2968       return 0;
2969
2970     assert(Index < EndIndex);
2971     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
2972   }
2973
2974   // Try to build up a sub-structure.
2975   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE),
2976                                       STy->isPacked());
2977   const StructLayout *SubSL = TD.getStructLayout(SubTy);
2978   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
2979     return 0; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
2980
2981   return SubTy;
2982 }
2983
2984 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
2985 ///
2986 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
2987 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
2988 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
2989 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
2990 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
2991 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
2992 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
2993 /// promoted.
2994 bool SROA::rewritePartitions(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P,
2995                              AllocaPartitioning::iterator B,
2996                              AllocaPartitioning::iterator E,
2997                              int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
2998                              ArrayRef<AllocaPartitioning::iterator> SplitUses) {
2999   assert(BeginOffset < EndOffset);
3000   uint64_t PartitionSize = EndOffset - BeginOffset;
3001
3002   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3003   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3004   // or an i8 array of an appropriate size.
3005   Type *PartitionTy = 0;
3006   if (Type *CommonUseTy = findCommonType(B, E, EndOffset))
3007     if (TD->getTypeAllocSize(CommonUseTy) >= PartitionSize)
3008       PartitionTy = CommonUseTy;
3009   if (!PartitionTy)
3010     if (Type *TypePartitionTy = getTypePartition(*TD, AI.getAllocatedType(),
3011                                                  BeginOffset, PartitionSize))
3012       PartitionTy = TypePartitionTy;
3013   if ((!PartitionTy || (PartitionTy->isArrayTy() &&
3014                         PartitionTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3015       TD->isLegalInteger(PartitionSize * 8))
3016     PartitionTy = Type::getIntNTy(*C, PartitionSize * 8);
3017   if (!PartitionTy)
3018     PartitionTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), PartitionSize);
3019   assert(TD->getTypeAllocSize(PartitionTy) >= PartitionSize);
3020
3021   bool IsVectorPromotable = isVectorPromotionViable(
3022       *TD, PartitionTy, P, BeginOffset, EndOffset, B, E, SplitUses);
3023
3024   bool IsIntegerPromotable =
3025       !IsVectorPromotable &&
3026       isIntegerWideningViable(*TD, PartitionTy, BeginOffset, P, B, E,
3027                               SplitUses);
3028
3029   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3030   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3031   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3032   // perform phi and select speculation.
3033   AllocaInst *NewAI;
3034   if (PartitionTy == AI.getAllocatedType()) {
3035     assert(BeginOffset == 0 &&
3036            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3037     NewAI = &AI;
3038     // FIXME: We should be able to bail at this point with "nothing changed".
3039     // FIXME: We might want to defer PHI speculation until after here.
3040   } else {
3041     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3042     if (!Alignment) {
3043       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3044       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3045       // type.
3046       Alignment = TD->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3047     }
3048     Alignment = MinAlign(Alignment, BeginOffset);
3049     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3050     // the alloca's alignment unconstrained.
3051     if (Alignment <= TD->getABITypeAlignment(PartitionTy))
3052       Alignment = 0;
3053     NewAI = new AllocaInst(PartitionTy, 0, Alignment,
3054                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(B - P.begin()), &AI);
3055     ++NumNewAllocas;
3056   }
3057
3058   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3059                << "[" << BeginOffset << "," << EndOffset << ") to: " << *NewAI
3060                << "\n");
3061
3062   // Track the high watermark on several worklists that are only relevant for
3063   // promoted allocas. We will reset it to this point if the alloca is not in
3064   // fact scheduled for promotion.
3065   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3066   unsigned SPOldSize = SpeculatablePHIs.size();
3067   unsigned SSOldSize = SpeculatableSelects.size();
3068
3069   AllocaPartitionRewriter Rewriter(*TD, P, *this, AI, *NewAI, BeginOffset,
3070                                    EndOffset, IsVectorPromotable,
3071                                    IsIntegerPromotable);
3072   bool Promotable = true;
3073   for (ArrayRef<AllocaPartitioning::iterator>::const_iterator
3074            SUI = SplitUses.begin(),
3075            SUE = SplitUses.end();
3076        SUI != SUE; ++SUI) {
3077     DEBUG(dbgs() << "  rewriting split ");
3078     DEBUG(P.printPartition(dbgs(), *SUI, ""));
3079     Promotable &= Rewriter.visit(*SUI);
3080   }
3081   for (AllocaPartitioning::iterator I = B; I != E; ++I) {
3082     DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3083     DEBUG(P.printPartition(dbgs(), I, ""));
3084     Promotable &= Rewriter.visit(I);
3085   }
3086
3087   if (Promotable && (SpeculatablePHIs.size() > SPOldSize ||
3088                      SpeculatableSelects.size() > SSOldSize)) {
3089     // If we have a promotable alloca except for some unspeculated loads below
3090     // PHIs or Selects, iterate once. We will speculate the loads and on the
3091     // next iteration rewrite them into a promotable form.
3092     Worklist.insert(NewAI);
3093   } else if (Promotable) {
3094     DEBUG(dbgs() << "  and queuing for promotion\n");
3095     PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3096   } else if (NewAI != &AI) {
3097     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3098     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3099     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3100     // FIXME: We should actually track whether the rewriter changed anything.
3101     Worklist.insert(NewAI);
3102   }
3103
3104   // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3105   if (!Promotable) {
3106     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3107       PostPromotionWorklist.pop_back();
3108     while (SpeculatablePHIs.size() > SPOldSize)
3109       SpeculatablePHIs.pop_back();
3110     while (SpeculatableSelects.size() > SSOldSize)
3111       SpeculatableSelects.pop_back();
3112   }
3113
3114   return true;
3115 }
3116
3117 namespace {
3118   struct IsPartitionEndLessOrEqualTo {
3119     uint64_t UpperBound;
3120
3121     IsPartitionEndLessOrEqualTo(uint64_t UpperBound) : UpperBound(UpperBound) {}
3122
3123     bool operator()(const AllocaPartitioning::iterator &I) {
3124       return I->endOffset() <= UpperBound;
3125     }
3126   };
3127 }
3128
3129 static void removeFinishedSplitUses(
3130     SmallVectorImpl<AllocaPartitioning::iterator> &SplitUses,
3131     uint64_t &MaxSplitUseEndOffset, uint64_t Offset) {
3132   if (Offset >= MaxSplitUseEndOffset) {
3133     SplitUses.clear();
3134     MaxSplitUseEndOffset = 0;
3135     return;
3136   }
3137
3138   size_t SplitUsesOldSize = SplitUses.size();
3139   SplitUses.erase(std::remove_if(SplitUses.begin(), SplitUses.end(),
3140                                  IsPartitionEndLessOrEqualTo(Offset)),
3141                   SplitUses.end());
3142   if (SplitUsesOldSize == SplitUses.size())
3143     return;
3144
3145   // Recompute the max. While this is linear, so is remove_if.
3146   MaxSplitUseEndOffset = 0;
3147   for (SmallVectorImpl<AllocaPartitioning::iterator>::iterator
3148            SUI = SplitUses.begin(),
3149            SUE = SplitUses.end();
3150        SUI != SUE; ++SUI)
3151     MaxSplitUseEndOffset = std::max((*SUI)->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3152 }
3153
3154 /// \brief Walks the partitioning of an alloca rewriting uses of each partition.
3155 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P) {
3156   if (P.begin() == P.end())
3157     return false;
3158
3159   bool Changed = false;
3160   SmallVector<AllocaPartitioning::iterator, 4> SplitUses;
3161   uint64_t MaxSplitUseEndOffset = 0;
3162
3163   uint64_t BeginOffset = P.begin()->beginOffset();
3164
3165   for (AllocaPartitioning::iterator PI = P.begin(), PJ = llvm::next(PI),
3166                                     PE = P.end();
3167        PI != PE; PI = PJ) {
3168     uint64_t MaxEndOffset = PI->endOffset();
3169
3170     if (!PI->isSplittable()) {
3171       // When we're forming an unsplittable region, it must always start at he
3172       // first partitioning use and will extend through its end.
3173       assert(BeginOffset == PI->beginOffset());
3174
3175       // Rewrite a partition including all of the overlapping uses with this
3176       // unsplittable partition.
3177       while (PJ != PE && PJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3178         if (!PJ->isSplittable())
3179           MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, PJ->endOffset());
3180         ++PJ;
3181       }
3182     } else {
3183       assert(PI->isSplittable()); // Established above.
3184
3185       // Collect all of the overlapping splittable partitions.
3186       while (PJ != PE && PJ->beginOffset() < MaxEndOffset &&
3187              PJ->isSplittable()) {
3188         MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, PJ->endOffset());
3189         ++PJ;
3190       }
3191
3192       // Back up MaxEndOffset and PJ if we ended the span early when
3193       // encountering an unsplittable partition.
3194       if (PJ != PE && PJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3195         assert(!PJ->isSplittable());
3196         MaxEndOffset = PJ->beginOffset();
3197       }
3198     }
3199
3200     // Check if we have managed to move the end offset forward yet. If so,
3201     // we'll have to rewrite uses and erase old split uses.
3202     if (BeginOffset < MaxEndOffset) {
3203       // Rewrite a sequence of overlapping partition uses.
3204       Changed |= rewritePartitions(AI, P, PI, PJ, BeginOffset,
3205                                    MaxEndOffset, SplitUses);
3206
3207       removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset, MaxEndOffset);
3208     }
3209
3210     // Accumulate all the splittable partitions from the [PI,PJ) region which
3211     // overlap going forward.
3212     for (AllocaPartitioning::iterator PII = PI, PIE = PJ; PII != PIE; ++PII)
3213       if (PII->isSplittable() && PII->endOffset() > MaxEndOffset) {
3214         SplitUses.push_back(PII);
3215         MaxSplitUseEndOffset = std::max(PII->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3216       }
3217
3218     // If we're already at the end and we have no split uses, we're done.
3219     if (PJ == PE && SplitUses.empty())
3220       break;
3221
3222     // If we have no split uses or no gap in offsets, we're ready to move to
3223     // the next partitioning use.
3224     if (SplitUses.empty() || (PJ != PE && MaxEndOffset == PJ->beginOffset())) {
3225       BeginOffset = PJ->beginOffset();
3226       continue;
3227     }
3228
3229     // Even if we have split uses, if the next partitioning use is splittable
3230     // and the split uses reach it, we can simply set up the beginning offset
3231     // to bridge between them.
3232     if (PJ != PE && PJ->isSplittable() && MaxSplitUseEndOffset > PJ->beginOffset()) {
3233       BeginOffset = MaxEndOffset;
3234       continue;
3235     }
3236
3237     // Otherwise, we have a tail of split uses. Rewrite them with an empty
3238     // range of partitioning uses.
3239     uint64_t PostSplitEndOffset =
3240         PJ == PE ? MaxSplitUseEndOffset : PJ->beginOffset();
3241
3242     Changed |= rewritePartitions(AI, P, PJ, PJ, MaxEndOffset,
3243                                  PostSplitEndOffset, SplitUses);
3244     if (PJ == PE)
3245       break; // Skip the rest, we don't need to do any cleanup.
3246
3247     removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset,
3248                             PostSplitEndOffset);
3249
3250     // Now just reset the begin offset for the next iteration.
3251     BeginOffset = PJ->beginOffset();
3252   }
3253
3254   return Changed;
3255 }
3256
3257 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3258 ///
3259 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3260 /// a partitioning of the alloca, and then hands it off to be split and
3261 /// rewritten as needed.
3262 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3263   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3264   ++NumAllocasAnalyzed;
3265
3266   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3267   if (AI.use_empty()) {
3268     AI.eraseFromParent();
3269     return true;
3270   }
3271
3272   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3273   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3274       TD->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3275     return false;
3276
3277   bool Changed = false;
3278
3279   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3280   // better splitting and promotion opportunities.
3281   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*TD);
3282   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3283
3284   // Build the partition set using a recursive instruction-visiting builder.
3285   AllocaPartitioning P(*TD, AI);
3286   DEBUG(P.print(dbgs()));
3287   if (P.isEscaped())
3288     return Changed;
3289
3290   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3291   for (AllocaPartitioning::dead_user_iterator DI = P.dead_user_begin(),
3292                                               DE = P.dead_user_end();
3293        DI != DE; ++DI) {
3294     Changed = true;
3295     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
3296     DeadInsts.insert(*DI);
3297   }
3298   for (AllocaPartitioning::dead_op_iterator DO = P.dead_op_begin(),
3299                                             DE = P.dead_op_end();
3300        DO != DE; ++DO) {
3301     Value *OldV = **DO;
3302     // Clobber the use with an undef value.
3303     **DO = UndefValue::get(OldV->getType());
3304     if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3305       if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3306         Changed = true;
3307         DeadInsts.insert(OldI);
3308       }
3309   }
3310
3311   // No partitions to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3312   if (P.begin() == P.end())
3313     return Changed;
3314
3315   Changed |= splitAlloca(AI, P);
3316
3317   DEBUG(dbgs() << "  Speculating PHIs\n");
3318   while (!SpeculatablePHIs.empty())
3319     speculatePHINodeLoads(*SpeculatablePHIs.pop_back_val());
3320
3321   DEBUG(dbgs() << "  Speculating Selects\n");
3322   while (!SpeculatableSelects.empty())
3323     speculateSelectInstLoads(*SpeculatableSelects.pop_back_val());
3324
3325   return Changed;
3326 }
3327
3328 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3329 ///
3330 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3331 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3332 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3333 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3334 ///
3335 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3336 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3337 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst*, 4> &DeletedAllocas) {
3338   while (!DeadInsts.empty()) {
3339     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3340     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3341
3342     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
3343
3344     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
3345       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
3346         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3347         *OI = 0;
3348         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3349           DeadInsts.insert(U);
3350       }
3351
3352     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3353       DeletedAllocas.insert(AI);
3354
3355     ++NumDeleted;
3356     I->eraseFromParent();
3357   }
3358 }
3359
3360 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3361 ///
3362 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3363 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3364 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3365 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3366 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3367 /// promotion occurred.
3368 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3369   if (PromotableAllocas.empty())
3370     return false;
3371
3372   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3373
3374   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3375     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3376     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT);
3377     PromotableAllocas.clear();
3378     return true;
3379   }
3380
3381   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3382   SSAUpdater SSA;
3383   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3384   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
3385
3386   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3387     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3388     for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
3389          UI != UE;) {
3390       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
3391       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3392       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3393       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3394       // scalar values produced.
3395       if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
3396         assert(onlyUsedByLifetimeMarkers(I) &&
3397                "Found a bitcast used outside of a lifetime marker.");
3398         while (!I->use_empty())
3399           cast<Instruction>(*I->use_begin())->eraseFromParent();
3400         I->eraseFromParent();
3401         continue;
3402       }
3403       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3404         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3405                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3406         II->eraseFromParent();
3407         continue;
3408       }
3409
3410       Insts.push_back(I);
3411     }
3412     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3413     Insts.clear();
3414   }
3415
3416   PromotableAllocas.clear();
3417   return true;
3418 }
3419
3420 namespace {
3421   /// \brief A predicate to test whether an alloca belongs to a set.
3422   class IsAllocaInSet {
3423     typedef SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> SetType;
3424     const SetType &Set;
3425
3426   public:
3427     typedef AllocaInst *argument_type;
3428
3429     IsAllocaInSet(const SetType &Set) : Set(Set) {}
3430     bool operator()(AllocaInst *AI) const { return Set.count(AI); }
3431   };
3432 }
3433
3434 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3435   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3436   C = &F.getContext();
3437   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
3438   if (!TD) {
3439     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3440     return false;
3441   }
3442   DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
3443
3444   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3445   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = llvm::prior(EntryBB.end());
3446        I != E; ++I)
3447     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3448       Worklist.insert(AI);
3449
3450   bool Changed = false;
3451   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3452   // the list of promotable allocas.
3453   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3454
3455   do {
3456     while (!Worklist.empty()) {
3457       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3458       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3459
3460       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3461       // continue processing them.
3462       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3463         Worklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3464         PostPromotionWorklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3465         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3466                                                PromotableAllocas.end(),
3467                                                IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
3468                                 PromotableAllocas.end());
3469         DeletedAllocas.clear();
3470       }
3471     }
3472
3473     Changed |= promoteAllocas(F);
3474
3475     Worklist = PostPromotionWorklist;
3476     PostPromotionWorklist.clear();
3477   } while (!Worklist.empty());
3478
3479   return Changed;
3480 }
3481
3482 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3483   if (RequiresDomTree)
3484     AU.addRequired<DominatorTree>();
3485   AU.setPreservesCFG();
3486 }