Fix PR16687 where we were incorrectly promoting an alloca that had
[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 per alloca");
63 STATISTIC(NumAllocaPartitionUses, "Number of alloca partition uses rewritten");
64 STATISTIC(MaxUsesPerAllocaPartition, "Maximum number of uses of a partition");
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 used slice of an alloca.
115 ///
116 /// This structure represents a slice of an alloca used by some instruction. It
117 /// stores both the begin and end offsets of this use, a pointer to the use
118 /// itself, and a flag indicating whether we can classify the use as splittable
119 /// or not when forming partitions of the alloca.
120 class Slice {
121   /// \brief The beginning offset of the range.
122   uint64_t BeginOffset;
123
124   /// \brief The ending offset, not included in the range.
125   uint64_t EndOffset;
126
127   /// \brief Storage for both the use of this slice and whether it can be
128   /// split.
129   PointerIntPair<Use *, 1, bool> UseAndIsSplittable;
130
131 public:
132   Slice() : BeginOffset(), EndOffset() {}
133   Slice(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U, bool IsSplittable)
134       : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset),
135         UseAndIsSplittable(U, IsSplittable) {}
136
137   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
138   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
139
140   bool isSplittable() const { return UseAndIsSplittable.getInt(); }
141   void makeUnsplittable() { UseAndIsSplittable.setInt(false); }
142
143   Use *getUse() const { return UseAndIsSplittable.getPointer(); }
144
145   bool isDead() const { return getUse() == 0; }
146   void kill() { UseAndIsSplittable.setPointer(0); }
147
148   /// \brief Support for ordering ranges.
149   ///
150   /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
151   /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
152   /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
153   /// same start position.
154   bool operator<(const Slice &RHS) const {
155     if (beginOffset() < RHS.beginOffset()) return true;
156     if (beginOffset() > RHS.beginOffset()) return false;
157     if (isSplittable() != RHS.isSplittable()) return !isSplittable();
158     if (endOffset() > RHS.endOffset()) return true;
159     return false;
160   }
161
162   /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
163   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(const Slice &LHS,
164                                               uint64_t RHSOffset) {
165     return LHS.beginOffset() < RHSOffset;
166   }
167   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
168                                               const Slice &RHS) {
169     return LHSOffset < RHS.beginOffset();
170   }
171
172   bool operator==(const Slice &RHS) const {
173     return isSplittable() == RHS.isSplittable() &&
174            beginOffset() == RHS.beginOffset() && endOffset() == RHS.endOffset();
175   }
176   bool operator!=(const Slice &RHS) const { return !operator==(RHS); }
177 };
178 } // end anonymous namespace
179
180 namespace llvm {
181 template <typename T> struct isPodLike;
182 template <> struct isPodLike<Slice> {
183    static const bool value = true;
184 };
185 }
186
187 namespace {
188 /// \brief Representation of the alloca slices.
189 ///
190 /// This class represents the slices of an alloca which are formed by its
191 /// various uses. If a pointer escapes, we can't fully build a representation
192 /// for the slices used and we reflect that in this structure. The uses are
193 /// stored, sorted by increasing beginning offset and with unsplittable slices
194 /// starting at a particular offset before splittable slices.
195 class AllocaSlices {
196 public:
197   /// \brief Construct the slices of a particular alloca.
198   AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI);
199
200   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
201   ///
202   /// If this is true, the slices are never fully built and should be
203   /// ignored.
204   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
205
206   /// \brief Support for iterating over the slices.
207   /// @{
208   typedef SmallVectorImpl<Slice>::iterator iterator;
209   iterator begin() { return Slices.begin(); }
210   iterator end() { return Slices.end(); }
211
212   typedef SmallVectorImpl<Slice>::const_iterator const_iterator;
213   const_iterator begin() const { return Slices.begin(); }
214   const_iterator end() const { return Slices.end(); }
215   /// @}
216
217   /// \brief Allow iterating the dead users for this alloca.
218   ///
219   /// These are instructions which will never actually use the alloca as they
220   /// are outside the allocated range. They are safe to replace with undef and
221   /// delete.
222   /// @{
223   typedef SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator dead_user_iterator;
224   dead_user_iterator dead_user_begin() const { return DeadUsers.begin(); }
225   dead_user_iterator dead_user_end() const { return DeadUsers.end(); }
226   /// @}
227
228   /// \brief Allow iterating the dead expressions referring to this alloca.
229   ///
230   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
231   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
232   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
233   /// need to replace with undef.
234   /// @{
235   typedef SmallVectorImpl<Use *>::const_iterator dead_op_iterator;
236   dead_op_iterator dead_op_begin() const { return DeadOperands.begin(); }
237   dead_op_iterator dead_op_end() const { return DeadOperands.end(); }
238   /// @}
239
240 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
241   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
242   void printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
243                   StringRef Indent = "  ") const;
244   void printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
245                 StringRef Indent = "  ") const;
246   void print(raw_ostream &OS) const;
247   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump(const_iterator I) const;
248   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump() const;
249 #endif
250
251 private:
252   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
253   class SliceBuilder;
254   friend class AllocaSlices::SliceBuilder;
255
256 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
257   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
258   AllocaInst &AI;
259 #endif
260
261   /// \brief The instruction responsible for this alloca not having a known set
262   /// of slices.
263   ///
264   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
265   /// store a pointer to that here and abort trying to form slices of the
266   /// alloca. This will be null if the alloca slices are analyzed successfully.
267   Instruction *PointerEscapingInstr;
268
269   /// \brief The slices of the alloca.
270   ///
271   /// We store a vector of the slices formed by uses of the alloca here. This
272   /// vector is sorted by increasing begin offset, and then the unsplittable
273   /// slices before the splittable ones. See the Slice inner class for more
274   /// details.
275   SmallVector<Slice, 8> Slices;
276
277   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
278   ///
279   /// Note that these are not separated by slice. This is because we expect an
280   /// alloca to be completely rewritten or not rewritten at all. If rewritten,
281   /// all these instructions can simply be removed and replaced with undef as
282   /// they come from outside of the allocated space.
283   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
284
285   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
286   ///
287   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
288   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
289   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
290   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
291   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
292   /// the alloca.
293   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
294 };
295 }
296
297 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
298   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
299   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
300   // early on.
301   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
302     return SI.getOperand(1+CI->isZero());
303   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
304     return SI.getOperand(1);
305
306   return 0;
307 }
308
309 /// \brief Builder for the alloca slices.
310 ///
311 /// This class builds a set of alloca slices by recursively visiting the uses
312 /// of an alloca and making a slice for each load and store at each offset.
313 class AllocaSlices::SliceBuilder : public PtrUseVisitor<SliceBuilder> {
314   friend class PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
315   friend class InstVisitor<SliceBuilder>;
316   typedef PtrUseVisitor<SliceBuilder> Base;
317
318   const uint64_t AllocSize;
319   AllocaSlices &S;
320
321   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferSliceMap;
322   SmallDenseMap<Instruction *, uint64_t> PHIOrSelectSizes;
323
324   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
325   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
326
327 public:
328   SliceBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaSlices &S)
329       : PtrUseVisitor<SliceBuilder>(DL),
330         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())), S(S) {}
331
332 private:
333   void markAsDead(Instruction &I) {
334     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
335       S.DeadUsers.push_back(&I);
336   }
337
338   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
339                  bool IsSplittable = false) {
340     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
341     // past the end of the allocation.
342     if (Size == 0 || Offset.isNegative() || Offset.uge(AllocSize)) {
343       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
344                    << " which has zero size or starts outside of the "
345                    << AllocSize << " byte alloca:\n"
346                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
347                    << "       use: " << I << "\n");
348       return markAsDead(I);
349     }
350
351     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
352     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
353
354     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
355     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
356     // This may appear superficially to be something we could ignore entirely,
357     // but that is not so! There may be widened loads or PHI-node uses where
358     // some instructions are dead but not others. We can't completely ignore
359     // them, and so have to record at least the information here.
360     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
361     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
362       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
363                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
364                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
365                    << "       use: " << I << "\n");
366       EndOffset = AllocSize;
367     }
368
369     S.Slices.push_back(Slice(BeginOffset, EndOffset, U, IsSplittable));
370   }
371
372   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
373     if (BC.use_empty())
374       return markAsDead(BC);
375
376     return Base::visitBitCastInst(BC);
377   }
378
379   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
380     if (GEPI.use_empty())
381       return markAsDead(GEPI);
382
383     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
384   }
385
386   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
387                          uint64_t Size, bool IsVolatile) {
388     // We allow splitting of loads and stores where the type is an integer type
389     // and cover the entire alloca. This prevents us from splitting over
390     // eagerly.
391     // FIXME: In the great blue eventually, we should eagerly split all integer
392     // loads and stores, and then have a separate step that merges adjacent
393     // alloca partitions into a single partition suitable for integer widening.
394     // Or we should skip the merge step and rely on GVN and other passes to
395     // merge adjacent loads and stores that survive mem2reg.
396     bool IsSplittable =
397         Ty->isIntegerTy() && !IsVolatile && Offset == 0 && Size >= AllocSize;
398
399     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
400   }
401
402   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
403     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
404            "All simple FCA loads should have been pre-split");
405
406     if (!IsOffsetKnown)
407       return PI.setAborted(&LI);
408
409     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI.getType());
410     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, Size, LI.isVolatile());
411   }
412
413   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
414     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
415     if (ValOp == *U)
416       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
417     if (!IsOffsetKnown)
418       return PI.setAborted(&SI);
419
420     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(ValOp->getType());
421
422     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
423     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
424     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
425     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
426     // risk of overflow.
427     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
428     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
429     if (Offset.isNegative() || Size > AllocSize ||
430         Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
431       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte store @" << Offset
432                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
433                    << " byte alloca:\n"
434                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
435                    << "       use: " << SI << "\n");
436       return markAsDead(SI);
437     }
438
439     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
440            "All simple FCA stores should have been pre-split");
441     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, Size, SI.isVolatile());
442   }
443
444
445   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
446     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
447     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
448     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
449         (IsOffsetKnown && !Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize)))
450       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
451       return markAsDead(II);
452
453     if (!IsOffsetKnown)
454       return PI.setAborted(&II);
455
456     insertUse(II, Offset,
457               Length ? Length->getLimitedValue()
458                      : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
459               (bool)Length);
460   }
461
462   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
463     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
464     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
465         (IsOffsetKnown && !Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize)))
466       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
467       return markAsDead(II);
468
469     if (!IsOffsetKnown)
470       return PI.setAborted(&II);
471
472     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
473     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue()
474                            : AllocSize - RawOffset;
475
476     // Check for the special case where the same exact value is used for both
477     // source and dest.
478     if (*U == II.getRawDest() && *U == II.getRawSource()) {
479       // For non-volatile transfers this is a no-op.
480       if (!II.isVolatile())
481         return markAsDead(II);
482
483       return insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/false);
484     }
485
486     // If we have seen both source and destination for a mem transfer, then
487     // they both point to the same alloca.
488     bool Inserted;
489     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI;
490     llvm::tie(MTPI, Inserted) =
491         MemTransferSliceMap.insert(std::make_pair(&II, S.Slices.size()));
492     unsigned PrevIdx = MTPI->second;
493     if (!Inserted) {
494       Slice &PrevP = S.Slices[PrevIdx];
495
496       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
497       // In that case, we can completely elide the transfer.
498       if (!II.isVolatile() && PrevP.beginOffset() == RawOffset) {
499         PrevP.kill();
500         return markAsDead(II);
501       }
502
503       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
504       // split those.
505       PrevP.makeUnsplittable();
506     }
507
508     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
509     insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/Inserted && Length);
510
511     // Check that we ended up with a valid index in the map.
512     assert(S.Slices[PrevIdx].getUse()->getUser() == &II &&
513            "Map index doesn't point back to a slice with this user.");
514   }
515
516   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
517   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
518   // doesn't make sense.
519   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
520     if (!IsOffsetKnown)
521       return PI.setAborted(&II);
522
523     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
524         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
525       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
526       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
527                                Length->getLimitedValue());
528       insertUse(II, Offset, Size, true);
529       return;
530     }
531
532     Base::visitIntrinsicInst(II);
533   }
534
535   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
536     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
537     // the same offset to be a viable use for slicing purposes. These uses
538     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
539     // size.
540     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
541     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
542     Visited.insert(Root);
543     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
544     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
545     // a size zero access.
546     Size = 0;
547     do {
548       Instruction *I, *UsedI;
549       llvm::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
550
551       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
552         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(LI->getType()));
553         continue;
554       }
555       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
556         Value *Op = SI->getOperand(0);
557         if (Op == UsedI)
558           return SI;
559         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(Op->getType()));
560         continue;
561       }
562
563       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
564         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
565           return GEP;
566       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
567                  !isa<SelectInst>(I)) {
568         return I;
569       }
570
571       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end(); UI != UE;
572            ++UI)
573         if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
574           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(*UI)));
575     } while (!Uses.empty());
576
577     return 0;
578   }
579
580   void visitPHINode(PHINode &PN) {
581     if (PN.use_empty())
582       return markAsDead(PN);
583     if (!IsOffsetKnown)
584       return PI.setAborted(&PN);
585
586     // See if we already have computed info on this node.
587     uint64_t &PHISize = PHIOrSelectSizes[&PN];
588     if (!PHISize) {
589       // This is a new PHI node, check for an unsafe use of the PHI node.
590       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&PN, PHISize))
591         return PI.setAborted(UnsafeI);
592     }
593
594     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
595     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
596     // case them here and use a separate structure to track the operands
597     // themselves which should be replaced with undef.
598     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
599     // for address sanitization.
600     if ((Offset.isNegative() && (-Offset).uge(PHISize)) ||
601         (!Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize))) {
602       S.DeadOperands.push_back(U);
603       return;
604     }
605
606     insertUse(PN, Offset, PHISize);
607   }
608
609   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
610     if (SI.use_empty())
611       return markAsDead(SI);
612     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
613       if (Result == *U)
614         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
615         // through the select as if we had RAUW'ed it.
616         enqueueUsers(SI);
617       else
618         // Otherwise the operand to the select is dead, and we can replace it
619         // with undef.
620         S.DeadOperands.push_back(U);
621
622       return;
623     }
624     if (!IsOffsetKnown)
625       return PI.setAborted(&SI);
626
627     // See if we already have computed info on this node.
628     uint64_t &SelectSize = PHIOrSelectSizes[&SI];
629     if (!SelectSize) {
630       // This is a new Select, check for an unsafe use of it.
631       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&SI, SelectSize))
632         return PI.setAborted(UnsafeI);
633     }
634
635     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
636     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
637     // case them here and use a separate structure to track the operands
638     // themselves which should be replaced with undef.
639     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
640     // for address sanitization.
641     if ((Offset.isNegative() && Offset.uge(SelectSize)) ||
642         (!Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize))) {
643       S.DeadOperands.push_back(U);
644       return;
645     }
646
647     insertUse(SI, Offset, SelectSize);
648   }
649
650   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
651   void visitInstruction(Instruction &I) {
652     PI.setAborted(&I);
653   }
654 };
655
656 AllocaSlices::AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI)
657     :
658 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
659       AI(AI),
660 #endif
661       PointerEscapingInstr(0) {
662   SliceBuilder PB(DL, AI, *this);
663   SliceBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
664   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
665     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
666     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaSlices.
667     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
668                                                   : PtrI.getAbortingInst();
669     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
670     return;
671   }
672
673   Slices.erase(std::remove_if(Slices.begin(), Slices.end(),
674                               std::mem_fun_ref(&Slice::isDead)),
675                Slices.end());
676
677   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
678   // and the sizes to be in descending order.
679   std::sort(Slices.begin(), Slices.end());
680 }
681
682 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
683
684 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
685                          StringRef Indent) const {
686   printSlice(OS, I, Indent);
687   printUse(OS, I, Indent);
688 }
689
690 void AllocaSlices::printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
691                               StringRef Indent) const {
692   OS << Indent << "[" << I->beginOffset() << "," << I->endOffset() << ")"
693      << " slice #" << (I - begin())
694      << (I->isSplittable() ? " (splittable)" : "") << "\n";
695 }
696
697 void AllocaSlices::printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
698                             StringRef Indent) const {
699   OS << Indent << "  used by: " << *I->getUse()->getUser() << "\n";
700 }
701
702 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS) const {
703   if (PointerEscapingInstr) {
704     OS << "Can't analyze slices for alloca: " << AI << "\n"
705        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
706        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
707     return;
708   }
709
710   OS << "Slices of alloca: " << AI << "\n";
711   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
712     print(OS, I);
713 }
714
715 void AllocaSlices::dump(const_iterator I) const { print(dbgs(), I); }
716 void AllocaSlices::dump() const { print(dbgs()); }
717
718 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
719
720 namespace {
721 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
722 ///
723 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
724 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
725 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
726 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
727 /// scalar values.
728 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
729   AllocaInst &AI;
730   DIBuilder &DIB;
731
732   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
733   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
734
735 public:
736   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
737                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
738     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
739
740   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
741     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
742     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
743       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
744                                UE = DebugNode->use_end();
745            UI != UE; ++UI)
746         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
747           DDIs.push_back(DDI);
748         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
749           DVIs.push_back(DVI);
750     }
751
752     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
753     AI.eraseFromParent();
754     while (!DDIs.empty())
755       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
756     while (!DVIs.empty())
757       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
758   }
759
760   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
761                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
762     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
763       return LI->getOperand(0) == &AI;
764     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == &AI;
765   }
766
767   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
768     for (SmallVectorImpl<DbgDeclareInst *>::const_iterator I = DDIs.begin(),
769            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
770       DbgDeclareInst *DDI = *I;
771       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
772         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
773       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
774         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
775     }
776     for (SmallVectorImpl<DbgValueInst *>::const_iterator I = DVIs.begin(),
777            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
778       DbgValueInst *DVI = *I;
779       Value *Arg = 0;
780       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
781         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
782         // may be zapped by an optimization pass in future.
783         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
784           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
785         else if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
786           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
787         if (!Arg)
788           Arg = SI->getValueOperand();
789       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
790         Arg = LI->getPointerOperand();
791       } else {
792         continue;
793       }
794       Instruction *DbgVal =
795         DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
796                                      Inst);
797       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
798     }
799   }
800 };
801 } // end anon namespace
802
803
804 namespace {
805 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
806 ///
807 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
808 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
809 /// a few steps to this process.
810 ///
811 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
812 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
813 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
814 ///    as necessary and try to isolate individual scalar accesses.
815 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
816 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
817 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
818 ///    select to be a PHI or select of the results.
819 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
820 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
821 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
822 ///    SSA vector values.
823 class SROA : public FunctionPass {
824   const bool RequiresDomTree;
825
826   LLVMContext *C;
827   const DataLayout *DL;
828   DominatorTree *DT;
829
830   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
831   ///
832   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
833   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
834   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
835   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
836   /// already present to ensure it is re-visited.
837   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
838
839   /// \brief A collection of instructions to delete.
840   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
841   /// efficient.
842   SetVector<Instruction *, SmallVector<Instruction *, 8> > DeadInsts;
843
844   /// \brief Post-promotion worklist.
845   ///
846   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
847   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
848   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
849   ///
850   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
851   /// the event they are deleted.
852   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
853
854   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
855   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
856
857   /// \brief A worklist of PHIs to speculate prior to promoting allocas.
858   ///
859   /// All of these PHIs have been checked for the safety of speculation and by
860   /// being speculated will allow promoting allocas currently in the promotable
861   /// queue.
862   SetVector<PHINode *, SmallVector<PHINode *, 2> > SpeculatablePHIs;
863
864   /// \brief A worklist of select instructions to speculate prior to promoting
865   /// allocas.
866   ///
867   /// All of these select instructions have been checked for the safety of
868   /// speculation and by being speculated will allow promoting allocas
869   /// currently in the promotable queue.
870   SetVector<SelectInst *, SmallVector<SelectInst *, 2> > SpeculatableSelects;
871
872 public:
873   SROA(bool RequiresDomTree = true)
874       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
875         C(0), DL(0), DT(0) {
876     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
877   }
878   bool runOnFunction(Function &F);
879   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
880
881   const char *getPassName() const { return "SROA"; }
882   static char ID;
883
884 private:
885   friend class PHIOrSelectSpeculator;
886   friend class AllocaSliceRewriter;
887
888   bool rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S,
889                         AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
890                         int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
891                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses);
892   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S);
893   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
894   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> &DeletedAllocas);
895   bool promoteAllocas(Function &F);
896 };
897 }
898
899 char SROA::ID = 0;
900
901 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
902   return new SROA(RequiresDomTree);
903 }
904
905 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
906                       false, false)
907 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
908 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
909                     false, false)
910
911 /// Walk the range of a partitioning looking for a common type to cover this
912 /// sequence of slices.
913 static Type *findCommonType(AllocaSlices::const_iterator B,
914                             AllocaSlices::const_iterator E,
915                             uint64_t EndOffset) {
916   Type *Ty = 0;
917   for (AllocaSlices::const_iterator I = B; I != E; ++I) {
918     Use *U = I->getUse();
919     if (isa<IntrinsicInst>(*U->getUser()))
920       continue;
921     if (I->beginOffset() != B->beginOffset() || I->endOffset() != EndOffset)
922       continue;
923
924     Type *UserTy = 0;
925     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser()))
926       UserTy = LI->getType();
927     else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser()))
928       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
929     else
930       return 0; // Bail if we have weird uses.
931
932     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(UserTy)) {
933       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
934       // this for split integer operations where we want to use the type of the
935       // entity causing the split.
936       if (ITy->getBitWidth() / 8 > (EndOffset - B->beginOffset()))
937         continue;
938
939       // If we have found an integer type use covering the alloca, use that
940       // regardless of the other types, as integers are often used for a
941       // "bucket
942       // of bits" type.
943       return ITy;
944     }
945
946     if (Ty && Ty != UserTy)
947       return 0;
948
949     Ty = UserTy;
950   }
951   return Ty;
952 }
953
954 /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
955 /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
956 /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
957 /// From this:
958 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
959 ///   %V = load i32* %P2
960 /// to:
961 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
962 ///   ...
963 ///   %V2 = load i32* %Other
964 ///   ...
965 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
966 ///
967 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
968 /// to the select can be loaded unconditionally.
969 ///
970 /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
971 /// Transforms/Util/Local.h
972 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN,
973                                  const DataLayout *DL = 0) {
974   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
975   // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
976   // TODO: Allow recursive phi users.
977   // TODO: Allow stores.
978   BasicBlock *BB = PN.getParent();
979   unsigned MaxAlign = 0;
980   bool HaveLoad = false;
981   for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end(); UI != UE;
982        ++UI) {
983     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
984     if (LI == 0 || !LI->isSimple())
985       return false;
986
987     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
988     // a common case that happens when instcombine merges two loads through
989     // a PHI.
990     if (LI->getParent() != BB)
991       return false;
992
993     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
994     // could store.
995     for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
996       if (BBI->mayWriteToMemory())
997         return false;
998
999     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1000     HaveLoad = true;
1001   }
1002
1003   if (!HaveLoad)
1004     return false;
1005
1006   // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1007   // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1008   // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1009   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1010     TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1011     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1012
1013     // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1014     // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1015     // in the predecessor.
1016     if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1017       return false;
1018
1019     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1020     // critical.
1021     if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1022       continue;
1023
1024     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1025     // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1026     // block.
1027     if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1028         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, DL))
1029       continue;
1030
1031     return false;
1032   }
1033
1034   return true;
1035 }
1036
1037 static void speculatePHINodeLoads(PHINode &PN) {
1038   DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1039
1040   Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1041   IRBuilderTy PHIBuilder(&PN);
1042   PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1043                                         PN.getName() + ".sroa.speculated");
1044
1045   // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1046   // matter which one we get and if any differ.
1047   LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(*PN.use_begin());
1048   MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1049   unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1050
1051   // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1052   while (!PN.use_empty()) {
1053     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(*PN.use_begin());
1054     LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1055     LI->eraseFromParent();
1056   }
1057
1058   // Inject loads into all of the pred blocks.
1059   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1060     BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1061     TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1062     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1063     IRBuilderTy PredBuilder(TI);
1064
1065     LoadInst *Load = PredBuilder.CreateLoad(
1066         InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." + Pred->getName()));
1067     ++NumLoadsSpeculated;
1068     Load->setAlignment(Align);
1069     if (TBAATag)
1070       Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1071     NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1072   }
1073
1074   DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1075   PN.eraseFromParent();
1076 }
1077
1078 /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1079 /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1080 /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1081 /// From this:
1082 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1083 ///   %V = load i32* %P2
1084 /// to:
1085 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1086 ///   %V2 = load i32* %Other
1087 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1088 ///
1089 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1090 /// to the select can be loaded unconditionally.
1091 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI, const DataLayout *DL = 0) {
1092   Value *TValue = SI.getTrueValue();
1093   Value *FValue = SI.getFalseValue();
1094   bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
1095   bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
1096
1097   for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end(); UI != UE;
1098        ++UI) {
1099     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1100     if (LI == 0 || !LI->isSimple())
1101       return false;
1102
1103     // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1104     // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1105     // accesses to it.
1106     if (!TDerefable &&
1107         !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1108       return false;
1109     if (!FDerefable &&
1110         !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1111       return false;
1112   }
1113
1114   return true;
1115 }
1116
1117 static void speculateSelectInstLoads(SelectInst &SI) {
1118   DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1119
1120   IRBuilderTy IRB(&SI);
1121   Value *TV = SI.getTrueValue();
1122   Value *FV = SI.getFalseValue();
1123   // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1124   while (!SI.use_empty()) {
1125     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(*SI.use_begin());
1126     assert(LI->isSimple() && "We only speculate simple loads");
1127
1128     IRB.SetInsertPoint(LI);
1129     LoadInst *TL =
1130         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1131     LoadInst *FL =
1132         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1133     NumLoadsSpeculated += 2;
1134
1135     // Transfer alignment and TBAA info if present.
1136     TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1137     FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1138     if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1139       TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1140       FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1141     }
1142
1143     Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1144                                 LI->getName() + ".sroa.speculated");
1145
1146     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1147     LI->replaceAllUsesWith(V);
1148     LI->eraseFromParent();
1149   }
1150   SI.eraseFromParent();
1151 }
1152
1153 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1154 ///
1155 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1156 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1157 static Value *buildGEP(IRBuilderTy &IRB, Value *BasePtr,
1158                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1159   if (Indices.empty())
1160     return BasePtr;
1161
1162   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1163   // in that case.
1164   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1165     return BasePtr;
1166
1167   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, "idx");
1168 }
1169
1170 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1171 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1172 ///
1173 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1174 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1175 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1176 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1177 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1178 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1179 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1180                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1181                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1182   if (Ty == TargetTy)
1183     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices);
1184
1185   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1186   // type.
1187   unsigned NumLayers = 0;
1188   Type *ElementTy = Ty;
1189   do {
1190     if (ElementTy->isPointerTy())
1191       break;
1192     if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
1193       ElementTy = SeqTy->getElementType();
1194       // Note that we use the default address space as this index is over an
1195       // array or a vector, not a pointer.
1196       Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(DL.getPointerSizeInBits(0), 0)));
1197     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1198       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1199         break; // Nothing left to descend into.
1200       ElementTy = *STy->element_begin();
1201       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1202     } else {
1203       break;
1204     }
1205     ++NumLayers;
1206   } while (ElementTy != TargetTy);
1207   if (ElementTy != TargetTy)
1208     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1209
1210   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices);
1211 }
1212
1213 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1214 ///
1215 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1216 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1217 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1218                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1219                                        Type *TargetTy,
1220                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1221   if (Offset == 0)
1222     return getNaturalGEPWithType(IRB, DL, Ptr, Ty, TargetTy, Indices);
1223
1224   // We can't recurse through pointer types.
1225   if (Ty->isPointerTy())
1226     return 0;
1227
1228   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1229   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1230   // over a vector from the IR completely.
1231   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1232     unsigned ElementSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1233     if (ElementSizeInBits % 8)
1234       return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1235     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1236     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1237     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1238       return 0;
1239     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1240     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1241     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, VecTy->getElementType(),
1242                                     Offset, TargetTy, Indices);
1243   }
1244
1245   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1246     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1247     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1248     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1249     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1250       return 0;
1251
1252     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1253     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1254     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1255                                     Indices);
1256   }
1257
1258   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1259   if (!STy)
1260     return 0;
1261
1262   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1263   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1264   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1265     return 0;
1266   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1267   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1268   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1269   if (Offset.uge(DL.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1270     return 0; // The offset points into alignment padding.
1271
1272   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1273   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1274                                   Indices);
1275 }
1276
1277 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1278 /// resulting in a particular type.
1279 ///
1280 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1281 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1282 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1283 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1284 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1285 ///
1286 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1287 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1288                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1289                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1290   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1291
1292   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1293   // an i8.
1294   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
1295     return 0;
1296
1297   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1298   if (!ElementTy->isSized())
1299     return 0; // We can't GEP through an unsized element.
1300   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1301   if (ElementSize == 0)
1302     return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1303   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1304
1305   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1306   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1307   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1308                                   Indices);
1309 }
1310
1311 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1312 /// resulting pointer has PointerTy.
1313 ///
1314 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1315 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1316 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1317 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1318 /// bitcast to the type.
1319 ///
1320 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1321 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1322 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1323 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1324 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1325 /// surrounding code.
1326 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1327                              Value *Ptr, APInt Offset, Type *PointerTy) {
1328   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1329   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1330   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1331   Visited.insert(Ptr);
1332   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1333
1334   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1335   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1336   // fall back to it, so keep it around here.
1337   Value *OffsetPtr = 0;
1338
1339   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1340   // byte offset.
1341   Value *Int8Ptr = 0;
1342   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1343
1344   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1345
1346   do {
1347     // First fold any existing GEPs into the offset.
1348     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1349       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1350       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
1351         break;
1352       Offset += GEPOffset;
1353       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1354       if (!Visited.insert(Ptr))
1355         break;
1356     }
1357
1358     // See if we can perform a natural GEP here.
1359     Indices.clear();
1360     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, DL, Ptr, Offset, TargetTy,
1361                                            Indices)) {
1362       if (P->getType() == PointerTy) {
1363         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1364         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1365           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1366             I->eraseFromParent();
1367         return P;
1368       }
1369       if (!OffsetPtr) {
1370         OffsetPtr = P;
1371       }
1372     }
1373
1374     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1375     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1376       Int8Ptr = Ptr;
1377       Int8PtrOffset = Offset;
1378     }
1379
1380     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1381     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1382       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1383     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1384       if (GA->mayBeOverridden())
1385         break;
1386       Ptr = GA->getAliasee();
1387     } else {
1388       break;
1389     }
1390     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1391   } while (Visited.insert(Ptr));
1392
1393   if (!OffsetPtr) {
1394     if (!Int8Ptr) {
1395       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
1396                                   "raw_cast");
1397       Int8PtrOffset = Offset;
1398     }
1399
1400     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1401       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1402                             "raw_idx");
1403   }
1404   Ptr = OffsetPtr;
1405
1406   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1407   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1408     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, "cast");
1409
1410   return Ptr;
1411 }
1412
1413 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1414 ///
1415 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1416 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1417 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1418 /// underlying value, and convert that value.
1419 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1420   if (OldTy == NewTy)
1421     return true;
1422   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1423     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1424       if (NewITy->getBitWidth() >= OldITy->getBitWidth())
1425         return true;
1426   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1427     return false;
1428   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1429     return false;
1430
1431   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1432     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
1433       return true;
1434     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
1435       return true;
1436     return false;
1437   }
1438
1439   return true;
1440 }
1441
1442 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1443 /// type.
1444 ///
1445 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1446 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1447 /// two types for viability with this routine.
1448 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1449                            Type *Ty) {
1450   assert(canConvertValue(DL, V->getType(), Ty) &&
1451          "Value not convertable to type");
1452   if (V->getType() == Ty)
1453     return V;
1454   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(V->getType()))
1455     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(Ty))
1456       if (NewITy->getBitWidth() > OldITy->getBitWidth())
1457         return IRB.CreateZExt(V, NewITy);
1458   if (V->getType()->isIntegerTy() && Ty->isPointerTy())
1459     return IRB.CreateIntToPtr(V, Ty);
1460   if (V->getType()->isPointerTy() && Ty->isIntegerTy())
1461     return IRB.CreatePtrToInt(V, Ty);
1462
1463   return IRB.CreateBitCast(V, Ty);
1464 }
1465
1466 /// \brief Test whether the given slice use can be promoted to a vector.
1467 ///
1468 /// This function is called to test each entry in a partioning which is slated
1469 /// for a single slice.
1470 static bool isVectorPromotionViableForSlice(
1471     const DataLayout &DL, AllocaSlices &S, uint64_t SliceBeginOffset,
1472     uint64_t SliceEndOffset, VectorType *Ty, uint64_t ElementSize,
1473     AllocaSlices::const_iterator I) {
1474   // First validate the slice offsets.
1475   uint64_t BeginOffset =
1476       std::max(I->beginOffset(), SliceBeginOffset) - SliceBeginOffset;
1477   uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1478   if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1479       BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1480     return false;
1481   uint64_t EndOffset =
1482       std::min(I->endOffset(), SliceEndOffset) - SliceBeginOffset;
1483   uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1484   if (EndIndex * ElementSize != EndOffset || EndIndex > Ty->getNumElements())
1485     return false;
1486
1487   assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1488   uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1489   Type *SliceTy =
1490       (NumElements == 1) ? Ty->getElementType()
1491                          : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1492
1493   Type *SplitIntTy =
1494       Type::getIntNTy(Ty->getContext(), NumElements * ElementSize * 8);
1495
1496   Use *U = I->getUse();
1497
1498   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1499     if (MI->isVolatile())
1500       return false;
1501     if (!I->isSplittable())
1502       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1503   } else if (U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1504     // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1505     return false;
1506   } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1507     if (LI->isVolatile())
1508       return false;
1509     Type *LTy = LI->getType();
1510     if (SliceBeginOffset > I->beginOffset() ||
1511         SliceEndOffset < I->endOffset()) {
1512       assert(LTy->isIntegerTy());
1513       LTy = SplitIntTy;
1514     }
1515     if (!canConvertValue(DL, SliceTy, LTy))
1516       return false;
1517   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1518     if (SI->isVolatile())
1519       return false;
1520     Type *STy = SI->getValueOperand()->getType();
1521     if (SliceBeginOffset > I->beginOffset() ||
1522         SliceEndOffset < I->endOffset()) {
1523       assert(STy->isIntegerTy());
1524       STy = SplitIntTy;
1525     }
1526     if (!canConvertValue(DL, STy, SliceTy))
1527       return false;
1528   } else {
1529     return false;
1530   }
1531
1532   return true;
1533 }
1534
1535 /// \brief Test whether the given alloca partitioning and range of slices can be
1536 /// promoted to a vector.
1537 ///
1538 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1539 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1540 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1541 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1542 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1543 /// be promotable, so we have an early test here.
1544 static bool
1545 isVectorPromotionViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy, AllocaSlices &S,
1546                         uint64_t SliceBeginOffset, uint64_t SliceEndOffset,
1547                         AllocaSlices::const_iterator I,
1548                         AllocaSlices::const_iterator E,
1549                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1550   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
1551   if (!Ty)
1552     return false;
1553
1554   uint64_t ElementSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
1555
1556   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1557   // that aren't byte sized.
1558   if (ElementSize % 8)
1559     return false;
1560   assert((DL.getTypeSizeInBits(Ty) % 8) == 0 &&
1561          "vector size not a multiple of element size?");
1562   ElementSize /= 8;
1563
1564   for (; I != E; ++I)
1565     if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, S, SliceBeginOffset,
1566                                          SliceEndOffset, Ty, ElementSize, I))
1567       return false;
1568
1569   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
1570                                                         SUE = SplitUses.end();
1571        SUI != SUE; ++SUI)
1572     if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, S, SliceBeginOffset,
1573                                          SliceEndOffset, Ty, ElementSize, *SUI))
1574       return false;
1575
1576   return true;
1577 }
1578
1579 /// \brief Test whether a slice of an alloca is valid for integer widening.
1580 ///
1581 /// This implements the necessary checking for the \c isIntegerWideningViable
1582 /// test below on a single slice of the alloca.
1583 static bool isIntegerWideningViableForSlice(const DataLayout &DL,
1584                                             Type *AllocaTy,
1585                                             uint64_t AllocBeginOffset,
1586                                             uint64_t Size, AllocaSlices &S,
1587                                             AllocaSlices::const_iterator I,
1588                                             bool &WholeAllocaOp) {
1589   uint64_t RelBegin = I->beginOffset() - AllocBeginOffset;
1590   uint64_t RelEnd = I->endOffset() - AllocBeginOffset;
1591
1592   // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
1593   // the end of the aloca's type and into its padding.
1594   if (RelEnd > Size)
1595     return false;
1596
1597   Use *U = I->getUse();
1598
1599   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1600     if (LI->isVolatile())
1601       return false;
1602     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1603       WholeAllocaOp = true;
1604     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
1605       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1606         return false;
1607     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1608                !canConvertValue(DL, AllocaTy, LI->getType())) {
1609       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
1610       // they are promotable.
1611       return false;
1612     }
1613   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1614     Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
1615     if (SI->isVolatile())
1616       return false;
1617     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1618       WholeAllocaOp = true;
1619     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
1620       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1621         return false;
1622     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1623                !canConvertValue(DL, ValueTy, AllocaTy)) {
1624       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
1625       // they are promotable.
1626       return false;
1627     }
1628   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1629     if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
1630       return false;
1631     if (!I->isSplittable())
1632       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1633   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1634     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1635         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1636       return false;
1637   } else {
1638     return false;
1639   }
1640
1641   return true;
1642 }
1643
1644 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
1645 /// widened to promotable ones.
1646 ///
1647 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
1648 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
1649 /// promote the resulting alloca.
1650 static bool
1651 isIntegerWideningViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy,
1652                         uint64_t AllocBeginOffset, AllocaSlices &S,
1653                         AllocaSlices::const_iterator I,
1654                         AllocaSlices::const_iterator E,
1655                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1656   uint64_t SizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
1657   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
1658   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
1659     return false;
1660
1661   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
1662   if (SizeInBits != DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
1663     return false;
1664
1665   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
1666   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
1667   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
1668   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
1669   if (!canConvertValue(DL, AllocaTy, IntTy) ||
1670       !canConvertValue(DL, IntTy, AllocaTy))
1671     return false;
1672
1673   uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(AllocaTy);
1674
1675   // While examining uses, we ensure that the alloca has a covering load or
1676   // store. We don't want to widen the integer operations only to fail to
1677   // promote due to some other unsplittable entry (which we may make splittable
1678   // later). However, if there are only splittable uses, go ahead and assume
1679   // that we cover the alloca.
1680   bool WholeAllocaOp = (I != E) ? false : DL.isLegalInteger(SizeInBits);
1681
1682   for (; I != E; ++I)
1683     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1684                                          S, I, WholeAllocaOp))
1685       return false;
1686
1687   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
1688                                                         SUE = SplitUses.end();
1689        SUI != SUE; ++SUI)
1690     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1691                                          S, *SUI, WholeAllocaOp))
1692       return false;
1693
1694   return WholeAllocaOp;
1695 }
1696
1697 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1698                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
1699                              const Twine &Name) {
1700   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1701   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
1702   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1703          "Element extends past full value");
1704   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1705   if (DL.isBigEndian())
1706     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1707   if (ShAmt) {
1708     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
1709     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1710   }
1711   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1712          "Cannot extract to a larger integer!");
1713   if (Ty != IntTy) {
1714     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
1715     DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
1716   }
1717   return V;
1718 }
1719
1720 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *Old,
1721                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
1722   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
1723   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
1724   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1725          "Cannot insert a larger integer!");
1726   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1727   if (Ty != IntTy) {
1728     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
1729     DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
1730   }
1731   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1732          "Element store outside of alloca store");
1733   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1734   if (DL.isBigEndian())
1735     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1736   if (ShAmt) {
1737     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
1738     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1739   }
1740
1741   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
1742     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
1743     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
1744     DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
1745     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
1746     DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
1747   }
1748   return V;
1749 }
1750
1751 static Value *extractVector(IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1752                             unsigned BeginIndex, unsigned EndIndex,
1753                             const Twine &Name) {
1754   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
1755   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1756   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
1757
1758   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
1759     return V;
1760
1761   if (NumElements == 1) {
1762     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1763                                  Name + ".extract");
1764     DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
1765     return V;
1766   }
1767
1768   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1769   Mask.reserve(NumElements);
1770   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
1771     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
1772   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1773                               ConstantVector::get(Mask),
1774                               Name + ".extract");
1775   DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
1776   return V;
1777 }
1778
1779 static Value *insertVector(IRBuilderTy &IRB, Value *Old, Value *V,
1780                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
1781   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
1782   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
1783
1784   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
1785   if (!Ty) {
1786     // Single element to insert.
1787     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1788                                 Name + ".insert");
1789     DEBUG(dbgs() <<  "     insert: " << *V << "\n");
1790     return V;
1791   }
1792
1793   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
1794          "Too many elements!");
1795   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
1796     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
1797     return V;
1798   }
1799   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
1800
1801   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
1802   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
1803   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
1804   // incoming vector.
1805   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1806   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
1807   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1808     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
1809       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
1810     else
1811       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
1812   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1813                               ConstantVector::get(Mask),
1814                               Name + ".expand");
1815   DEBUG(dbgs() << "    shuffle: " << *V << "\n");
1816
1817   Mask.clear();
1818   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1819     Mask.push_back(IRB.getInt1(i >= BeginIndex && i < EndIndex));
1820
1821   V = IRB.CreateSelect(ConstantVector::get(Mask), V, Old, Name + "blend");
1822
1823   DEBUG(dbgs() << "    blend: " << *V << "\n");
1824   return V;
1825 }
1826
1827 namespace {
1828 /// \brief Visitor to rewrite instructions using p particular slice of an alloca
1829 /// to use a new alloca.
1830 ///
1831 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
1832 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
1833 /// lives here.
1834 class AllocaSliceRewriter : public InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> {
1835   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1836   friend class llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
1837   typedef llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> Base;
1838
1839   const DataLayout &DL;
1840   AllocaSlices &S;
1841   SROA &Pass;
1842   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
1843   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
1844   Type *NewAllocaTy;
1845
1846   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
1847   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
1848   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
1849   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
1850   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
1851   //     element.
1852   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
1853   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
1854   //     which are promotable via mem2reg.
1855   VectorType *VecTy;
1856   Type *ElementTy;
1857   uint64_t ElementSize;
1858
1859   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
1860   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
1861   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
1862   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
1863   IntegerType *IntTy;
1864
1865   // The offset of the slice currently being rewritten.
1866   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
1867   bool IsSplittable;
1868   bool IsSplit;
1869   Use *OldUse;
1870   Instruction *OldPtr;
1871
1872   // Output members carrying state about the result of visiting and rewriting
1873   // the slice of the alloca.
1874   bool IsUsedByRewrittenSpeculatableInstructions;
1875
1876   // Utility IR builder, whose name prefix is setup for each visited use, and
1877   // the insertion point is set to point to the user.
1878   IRBuilderTy IRB;
1879
1880 public:
1881   AllocaSliceRewriter(const DataLayout &DL, AllocaSlices &S, SROA &Pass,
1882                       AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
1883                       uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset,
1884                       bool IsVectorPromotable = false,
1885                       bool IsIntegerPromotable = false)
1886       : DL(DL), S(S), Pass(Pass), OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
1887         NewAllocaBeginOffset(NewBeginOffset), NewAllocaEndOffset(NewEndOffset),
1888         NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
1889         VecTy(IsVectorPromotable ? cast<VectorType>(NewAllocaTy) : 0),
1890         ElementTy(VecTy ? VecTy->getElementType() : 0),
1891         ElementSize(VecTy ? DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8 : 0),
1892         IntTy(IsIntegerPromotable
1893                   ? Type::getIntNTy(
1894                         NewAI.getContext(),
1895                         DL.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()))
1896                   : 0),
1897         BeginOffset(), EndOffset(), IsSplittable(), IsSplit(), OldUse(),
1898         OldPtr(), IsUsedByRewrittenSpeculatableInstructions(false),
1899         IRB(NewAI.getContext(), ConstantFolder()) {
1900     if (VecTy) {
1901       assert((DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) % 8) == 0 &&
1902              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
1903       ++NumVectorized;
1904     }
1905     assert((!IsVectorPromotable && !IsIntegerPromotable) ||
1906            IsVectorPromotable != IsIntegerPromotable);
1907   }
1908
1909   bool visit(AllocaSlices::const_iterator I) {
1910     bool CanSROA = true;
1911     BeginOffset = I->beginOffset();
1912     EndOffset = I->endOffset();
1913     IsSplittable = I->isSplittable();
1914     IsSplit =
1915         BeginOffset < NewAllocaBeginOffset || EndOffset > NewAllocaEndOffset;
1916
1917     OldUse = I->getUse();
1918     OldPtr = cast<Instruction>(OldUse->get());
1919
1920     Instruction *OldUserI = cast<Instruction>(OldUse->getUser());
1921     IRB.SetInsertPoint(OldUserI);
1922     IRB.SetCurrentDebugLocation(OldUserI->getDebugLoc());
1923     IRB.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) + ".");
1924
1925     CanSROA &= visit(cast<Instruction>(OldUse->getUser()));
1926     if (VecTy || IntTy)
1927       assert(CanSROA);
1928     return CanSROA;
1929   }
1930
1931   /// \brief Query whether this slice is used by speculatable instructions after
1932   /// rewriting.
1933   ///
1934   /// These instructions (PHIs and Selects currently) require the alloca slice
1935   /// to run back through the rewriter. Thus, they are promotable, but not on
1936   /// this iteration. This is distinct from a slice which is unpromotable for
1937   /// some other reason, in which case we don't even want to perform the
1938   /// speculation. This can be querried at any time and reflects whether (at
1939   /// that point) a visit call has rewritten a speculatable instruction on the
1940   /// current slice.
1941   bool isUsedByRewrittenSpeculatableInstructions() const {
1942     return IsUsedByRewrittenSpeculatableInstructions;
1943   }
1944
1945 private:
1946   // Make sure the other visit overloads are visible.
1947   using Base::visit;
1948
1949   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
1950   bool visitInstruction(Instruction &I) {
1951     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
1952     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
1953   }
1954
1955   Value *getAdjustedAllocaPtr(IRBuilderTy &IRB, uint64_t Offset,
1956                               Type *PointerTy) {
1957     assert(Offset >= NewAllocaBeginOffset);
1958     return getAdjustedPtr(IRB, DL, &NewAI, APInt(DL.getPointerSizeInBits(),
1959                                                  Offset - NewAllocaBeginOffset),
1960                           PointerTy);
1961   }
1962
1963   /// \brief Compute suitable alignment to access an offset into the new alloca.
1964   unsigned getOffsetAlign(uint64_t Offset) {
1965     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
1966     if (!NewAIAlign)
1967       NewAIAlign = DL.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
1968     return MinAlign(NewAIAlign, Offset);
1969   }
1970
1971   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at an offset of the
1972   /// new alloca.
1973   ///
1974   /// \returns zero if the type's ABI alignment is a suitable alignment,
1975   /// otherwise returns the maximal suitable alignment.
1976   unsigned getOffsetTypeAlign(Type *Ty, uint64_t Offset) {
1977     unsigned Align = getOffsetAlign(Offset);
1978     return Align == DL.getABITypeAlignment(Ty) ? 0 : Align;
1979   }
1980
1981   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
1982     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
1983     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
1984     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
1985     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
1986     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
1987     return Index;
1988   }
1989
1990   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
1991     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
1992     if (isInstructionTriviallyDead(I))
1993       Pass.DeadInsts.insert(I);
1994   }
1995
1996   Value *rewriteVectorizedLoadInst(uint64_t NewBeginOffset,
1997                                    uint64_t NewEndOffset) {
1998     unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
1999     unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2000     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2001
2002     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2003                                      "load");
2004     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2005   }
2006
2007   Value *rewriteIntegerLoad(LoadInst &LI, uint64_t NewBeginOffset,
2008                             uint64_t NewEndOffset) {
2009     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2010     assert(!LI.isVolatile());
2011     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2012                                      "load");
2013     V = convertValue(DL, IRB, V, IntTy);
2014     assert(NewBeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2015     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2016     if (Offset > 0 || NewEndOffset < NewAllocaEndOffset)
2017       V = extractInteger(DL, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2018                          "extract");
2019     return V;
2020   }
2021
2022   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2023     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2024     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2025     assert(OldOp == OldPtr);
2026
2027     // Compute the intersecting offset range.
2028     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2029     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2030     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2031     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2032
2033     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2034
2035     Type *TargetTy = IsSplit ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), Size * 8)
2036                              : LI.getType();
2037     bool IsPtrAdjusted = false;
2038     Value *V;
2039     if (VecTy) {
2040       V = rewriteVectorizedLoadInst(NewBeginOffset, NewEndOffset);
2041     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2042       V = rewriteIntegerLoad(LI, NewBeginOffset, NewEndOffset);
2043     } else if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2044                canConvertValue(DL, NewAllocaTy, LI.getType())) {
2045       V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2046                                 LI.isVolatile(), "load");
2047     } else {
2048       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo();
2049       V = IRB.CreateAlignedLoad(
2050           getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, LTy),
2051           getOffsetTypeAlign(TargetTy, NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset),
2052           LI.isVolatile(), "load");
2053       IsPtrAdjusted = true;
2054     }
2055     V = convertValue(DL, IRB, V, TargetTy);
2056
2057     if (IsSplit) {
2058       assert(!LI.isVolatile());
2059       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2060              "Only integer type loads and stores are split");
2061       assert(Size < DL.getTypeStoreSize(LI.getType()) &&
2062              "Split load isn't smaller than original load");
2063       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2064              DL.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2065              "Non-byte-multiple bit width");
2066       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2067       IRB.SetInsertPoint(llvm::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2068       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2069       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2070       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2071       // LI only used for this computation.
2072       Value *Placeholder
2073         = new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo()));
2074       V = insertInteger(DL, IRB, Placeholder, V, NewBeginOffset,
2075                         "insert");
2076       LI.replaceAllUsesWith(V);
2077       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2078       delete Placeholder;
2079     } else {
2080       LI.replaceAllUsesWith(V);
2081     }
2082
2083     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2084     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2085     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2086     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2087   }
2088
2089   bool rewriteVectorizedStoreInst(Value *V, StoreInst &SI, Value *OldOp,
2090                                   uint64_t NewBeginOffset,
2091                                   uint64_t NewEndOffset) {
2092     if (V->getType() != VecTy) {
2093       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2094       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2095       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2096       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2097       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2098       Type *SliceTy =
2099           (NumElements == 1) ? ElementTy
2100                              : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2101       if (V->getType() != SliceTy)
2102         V = convertValue(DL, IRB, V, SliceTy);
2103
2104       // Mix in the existing elements.
2105       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2106                                          "load");
2107       V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, "vec");
2108     }
2109     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2110     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2111
2112     (void)Store;
2113     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2114     return true;
2115   }
2116
2117   bool rewriteIntegerStore(Value *V, StoreInst &SI,
2118                            uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset) {
2119     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2120     assert(!SI.isVolatile());
2121     if (DL.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2122       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2123                                          "oldload");
2124       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2125       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2126       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2127       V = insertInteger(DL, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset,
2128                         "insert");
2129     }
2130     V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2131     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2132     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2133     (void)Store;
2134     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2135     return true;
2136   }
2137
2138   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2139     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2140     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2141     assert(OldOp == OldPtr);
2142
2143     Value *V = SI.getValueOperand();
2144
2145     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2146     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2147     if (V->getType()->isPointerTy())
2148       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2149         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2150
2151     // Compute the intersecting offset range.
2152     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2153     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2154     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2155     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2156
2157     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2158     if (Size < DL.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2159       assert(!SI.isVolatile());
2160       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2161              "Only integer type loads and stores are split");
2162       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2163              DL.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2164              "Non-byte-multiple bit width");
2165       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), Size * 8);
2166       V = extractInteger(DL, IRB, V, NarrowTy, NewBeginOffset,
2167                          "extract");
2168     }
2169
2170     if (VecTy)
2171       return rewriteVectorizedStoreInst(V, SI, OldOp, NewBeginOffset,
2172                                         NewEndOffset);
2173     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2174       return rewriteIntegerStore(V, SI, NewBeginOffset, NewEndOffset);
2175
2176     StoreInst *NewSI;
2177     if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2178         NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2179         canConvertValue(DL, V->getType(), NewAllocaTy)) {
2180       V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2181       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2182                                      SI.isVolatile());
2183     } else {
2184       Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset,
2185                                            V->getType()->getPointerTo());
2186       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(
2187           V, NewPtr, getOffsetTypeAlign(
2188                          V->getType(), NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset),
2189           SI.isVolatile());
2190     }
2191     (void)NewSI;
2192     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2193     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2194
2195     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2196     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2197   }
2198
2199   /// \brief Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2200   /// number of bytes.
2201   ///
2202   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2203   /// call this routine.
2204   /// FIXME: Heed the advice above.
2205   ///
2206   /// \param V The i8 value to splat.
2207   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2208   Value *getIntegerSplat(Value *V, unsigned Size) {
2209     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2210     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2211     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2212     if (Size == 1)
2213       return V;
2214
2215     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size*8);
2216     V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, "zext"),
2217                       ConstantExpr::getUDiv(
2218                         Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2219                         ConstantExpr::getZExt(
2220                           Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2221                           SplatIntTy)),
2222                       "isplat");
2223     return V;
2224   }
2225
2226   /// \brief Compute a vector splat for a given element value.
2227   Value *getVectorSplat(Value *V, unsigned NumElements) {
2228     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, "vsplat");
2229     DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2230     return V;
2231   }
2232
2233   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2234     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2235     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2236
2237     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2238     // pointer to the new alloca.
2239     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2240       assert(!IsSplit);
2241       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset);
2242       II.setDest(
2243           getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset, II.getRawDest()->getType()));
2244       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2245       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getOffsetAlign(BeginOffset)));
2246
2247       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2248       return false;
2249     }
2250
2251     // Record this instruction for deletion.
2252     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2253
2254     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2255     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2256
2257     // Compute the intersecting offset range.
2258     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2259     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2260     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2261     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2262     uint64_t SliceOffset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2263
2264     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2265     // a single value type, just emit a memset.
2266     if (!VecTy && !IntTy &&
2267         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2268          EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2269          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2270          !DL.isLegalInteger(DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)) ||
2271          DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)%8 != 0)) {
2272       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2273       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2274       CallInst *New = IRB.CreateMemSet(
2275           getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, II.getRawDest()->getType()),
2276           II.getValue(), Size, getOffsetAlign(SliceOffset), II.isVolatile());
2277       (void)New;
2278       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2279       return false;
2280     }
2281
2282     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2283     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2284     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2285     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2286     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2287     Value *V;
2288
2289     if (VecTy) {
2290       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2291       assert(ElementTy == ScalarTy);
2292
2293       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2294       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2295       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2296       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2297       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2298
2299       Value *Splat =
2300           getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8);
2301       Splat = convertValue(DL, IRB, Splat, ElementTy);
2302       if (NumElements > 1)
2303         Splat = getVectorSplat(Splat, NumElements);
2304
2305       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2306                                          "oldload");
2307       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, "vec");
2308     } else if (IntTy) {
2309       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2310       // set integer.
2311       assert(!II.isVolatile());
2312
2313       uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2314       V = getIntegerSplat(II.getValue(), Size);
2315
2316       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2317                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2318         Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2319                                            "oldload");
2320         Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2321         uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2322         V = insertInteger(DL, IRB, Old, V, Offset, "insert");
2323       } else {
2324         assert(V->getType() == IntTy &&
2325                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2326       }
2327       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2328     } else {
2329       // Established these invariants above.
2330       assert(NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2331       assert(NewEndOffset == NewAllocaEndOffset);
2332
2333       V = getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) / 8);
2334       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2335         V = getVectorSplat(V, AllocaVecTy->getNumElements());
2336
2337       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2338     }
2339
2340     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2341                                         II.isVolatile());
2342     (void)New;
2343     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2344     return !II.isVolatile();
2345   }
2346
2347   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2348     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2349     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2350
2351     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2352
2353     // Compute the intersecting offset range.
2354     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2355     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2356     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2357     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2358
2359     assert(II.getRawSource() == OldPtr || II.getRawDest() == OldPtr);
2360     bool IsDest = II.getRawDest() == OldPtr;
2361
2362     // Compute the relative offset within the transfer.
2363     unsigned IntPtrWidth = DL.getPointerSizeInBits();
2364     APInt RelOffset(IntPtrWidth, NewBeginOffset - BeginOffset);
2365
2366     unsigned Align = II.getAlignment();
2367     uint64_t SliceOffset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2368     if (Align > 1)
2369       Align =
2370           MinAlign(RelOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue(),
2371                    MinAlign(II.getAlignment(), getOffsetAlign(SliceOffset)));
2372
2373     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2374     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2375     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2376     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2377     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2378     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2379     // update both source and dest of a single call.
2380     if (!IsSplittable) {
2381       Value *OldOp = IsDest ? II.getRawDest() : II.getRawSource();
2382       if (IsDest)
2383         II.setDest(
2384             getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset, II.getRawDest()->getType()));
2385       else
2386         II.setSource(getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset,
2387                                           II.getRawSource()->getType()));
2388
2389       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2390       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, Align));
2391
2392       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2393       deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2394       return false;
2395     }
2396     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2397     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2398     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2399     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2400     // downsides to splitting and transforming the operations.
2401
2402     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2403     // a single value type, just emit a memcpy.
2404     bool EmitMemCpy
2405       = !VecTy && !IntTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2406                              EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2407                              !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2408
2409     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2410     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2411     // a no-op.
2412     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2413       // Ensure the start lines up.
2414       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2415
2416       // Rewrite the size as needed.
2417       if (NewEndOffset != EndOffset)
2418         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2419                                       NewEndOffset - NewBeginOffset));
2420       return false;
2421     }
2422     // Record this instruction for deletion.
2423     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2424
2425     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2426     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2427     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2428     if (AllocaInst *AI
2429           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets()))
2430       Pass.Worklist.insert(AI);
2431
2432     if (EmitMemCpy) {
2433       Type *OtherPtrTy = IsDest ? II.getRawSource()->getType()
2434                                 : II.getRawDest()->getType();
2435
2436       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2437       // a single, simple GEP in most cases.
2438       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy);
2439
2440       Value *OurPtr = getAdjustedAllocaPtr(
2441           IRB, NewBeginOffset,
2442           IsDest ? II.getRawDest()->getType() : II.getRawSource()->getType());
2443       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2444       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2445
2446       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(IsDest ? OurPtr : OtherPtr,
2447                                        IsDest ? OtherPtr : OurPtr,
2448                                        Size, Align, II.isVolatile());
2449       (void)New;
2450       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2451       return false;
2452     }
2453
2454     // Note that we clamp the alignment to 1 here as a 0 alignment for a memcpy
2455     // is equivalent to 1, but that isn't true if we end up rewriting this as
2456     // a load or store.
2457     if (!Align)
2458       Align = 1;
2459
2460     bool IsWholeAlloca = NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2461                          NewEndOffset == NewAllocaEndOffset;
2462     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2463     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(NewBeginOffset) : 0;
2464     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(NewEndOffset) : 0;
2465     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2466     IntegerType *SubIntTy
2467       = IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size*8) : 0;
2468
2469     Type *OtherPtrTy = NewAI.getType();
2470     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
2471       if (NumElements == 1)
2472         OtherPtrTy = VecTy->getElementType();
2473       else
2474         OtherPtrTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
2475
2476       OtherPtrTy = OtherPtrTy->getPointerTo();
2477     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
2478       OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo();
2479     }
2480
2481     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy);
2482     Value *DstPtr = &NewAI;
2483     if (!IsDest)
2484       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2485
2486     Value *Src;
2487     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2488       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2489                                   "load");
2490       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2491     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2492       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2493                                   "load");
2494       Src = convertValue(DL, IRB, Src, IntTy);
2495       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2496       Src = extractInteger(DL, IRB, Src, SubIntTy, Offset, "extract");
2497     } else {
2498       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, II.isVolatile(),
2499                                   "copyload");
2500     }
2501
2502     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2503       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2504                                          "oldload");
2505       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, "vec");
2506     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2507       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2508                                          "oldload");
2509       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2510       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2511       Src = insertInteger(DL, IRB, Old, Src, Offset, "insert");
2512       Src = convertValue(DL, IRB, Src, NewAllocaTy);
2513     }
2514
2515     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2516       IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, Align, II.isVolatile()));
2517     (void)Store;
2518     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2519     return !II.isVolatile();
2520   }
2521
2522   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2523     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2524            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2525     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2526     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2527
2528     // Compute the intersecting offset range.
2529     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2530     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2531     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2532     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2533
2534     // Record this instruction for deletion.
2535     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2536
2537     ConstantInt *Size
2538       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2539                          NewEndOffset - NewBeginOffset);
2540     Value *Ptr =
2541         getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, II.getArgOperand(1)->getType());
2542     Value *New;
2543     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2544       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2545     else
2546       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2547
2548     (void)New;
2549     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2550     return true;
2551   }
2552
2553   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2554     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2555     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "PHIs are unsplittable");
2556     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "PHIs are unsplittable");
2557
2558     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2559     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2560     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2561     // dominate the PHI.
2562     IRBuilderTy PtrBuilder(OldPtr);
2563     PtrBuilder.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) +
2564                              ".");
2565
2566     Value *NewPtr =
2567         getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, BeginOffset, OldPtr->getType());
2568     // Replace the operands which were using the old pointer.
2569     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
2570
2571     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2572     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2573
2574     // Check whether we can speculate this PHI node, and if so remember that
2575     // fact and queue it up for another iteration after the speculation
2576     // occurs.
2577     if (isSafePHIToSpeculate(PN, &DL)) {
2578       Pass.SpeculatablePHIs.insert(&PN);
2579       Pass.Worklist.insert(&NewAI);
2580       IsUsedByRewrittenSpeculatableInstructions = true;
2581       return true;
2582     }
2583
2584     return false; // PHIs can't be promoted on their own.
2585   }
2586
2587   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2588     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2589     assert((SI.getTrueValue() == OldPtr || SI.getFalseValue() == OldPtr) &&
2590            "Pointer isn't an operand!");
2591     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Selects are unsplittable");
2592     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "Selects are unsplittable");
2593
2594     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset, OldPtr->getType());
2595     // Replace the operands which were using the old pointer.
2596     if (SI.getOperand(1) == OldPtr)
2597       SI.setOperand(1, NewPtr);
2598     if (SI.getOperand(2) == OldPtr)
2599       SI.setOperand(2, NewPtr);
2600
2601     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2602     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2603
2604     // Check whether we can speculate this select instruction, and if so
2605     // remember that fact and queue it up for another iteration after the
2606     // speculation occurs.
2607     if (isSafeSelectToSpeculate(SI, &DL)) {
2608       Pass.SpeculatableSelects.insert(&SI);
2609       Pass.Worklist.insert(&NewAI);
2610       IsUsedByRewrittenSpeculatableInstructions = true;
2611       return true;
2612     }
2613
2614     return false; // Selects can't be promoted on their own.
2615   }
2616
2617 };
2618 }
2619
2620 namespace {
2621 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2622 ///
2623 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2624 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2625 /// with scalar loads and stores.
2626 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2627   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2628   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2629
2630   const DataLayout &DL;
2631
2632   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2633   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2634
2635   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2636   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2637
2638   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2639   /// value (as opposed to the user).
2640   Use *U;
2641
2642 public:
2643   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
2644
2645   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2646   /// it.
2647   bool rewrite(Instruction &I) {
2648     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2649     enqueueUsers(I);
2650     bool Changed = false;
2651     while (!Queue.empty()) {
2652       U = Queue.pop_back_val();
2653       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2654     }
2655     return Changed;
2656   }
2657
2658 private:
2659   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2660   /// This uses a set to de-duplicate users.
2661   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2662     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
2663          ++UI)
2664       if (Visited.insert(*UI))
2665         Queue.push_back(&UI.getUse());
2666   }
2667
2668   // Conservative default is to not rewrite anything.
2669   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2670
2671   /// \brief Generic recursive split emission class.
2672   template <typename Derived>
2673   class OpSplitter {
2674   protected:
2675     /// The builder used to form new instructions.
2676     IRBuilderTy IRB;
2677     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
2678     /// appropriate value within the aggregate.
2679     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2680     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
2681     /// within the aggregate.
2682     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2683     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
2684     /// split operations.
2685     Value *Ptr;
2686
2687     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
2688     /// single zero GEP index.
2689     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2690       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
2691
2692   public:
2693     /// \brief Generic recursive split emission routine.
2694     ///
2695     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2696     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2697     /// and emits that single value operation via the template argument.
2698     ///
2699     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
2700     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
2701     /// formatted differently (GEPs need actual values).
2702     ///
2703     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
2704     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
2705     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
2706     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2707       if (Ty->isSingleValueType())
2708         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
2709
2710       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2711         unsigned OldSize = Indices.size();
2712         (void)OldSize;
2713         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
2714              ++Idx) {
2715           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2716           Indices.push_back(Idx);
2717           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2718           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2719           GEPIndices.pop_back();
2720           Indices.pop_back();
2721         }
2722         return;
2723       }
2724
2725       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2726         unsigned OldSize = Indices.size();
2727         (void)OldSize;
2728         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
2729              ++Idx) {
2730           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2731           Indices.push_back(Idx);
2732           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2733           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2734           GEPIndices.pop_back();
2735           Indices.pop_back();
2736         }
2737         return;
2738       }
2739
2740       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
2741     }
2742   };
2743
2744   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
2745     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2746       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2747
2748     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
2749     /// recursive emission to actually load values.
2750     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2751       assert(Ty->isSingleValueType());
2752       // Load the single value and insert it using the indices.
2753       Value *GEP = IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
2754       Value *Load = IRB.CreateLoad(GEP, Name + ".load");
2755       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
2756       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
2757     }
2758   };
2759
2760   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2761     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
2762     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
2763       return false;
2764
2765     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
2766     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2767     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
2768     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
2769     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
2770     LI.replaceAllUsesWith(V);
2771     LI.eraseFromParent();
2772     return true;
2773   }
2774
2775   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
2776     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2777       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2778
2779     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
2780     /// recursive emission to actually produce stores.
2781     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2782       assert(Ty->isSingleValueType());
2783       // Extract the single value and store it using the indices.
2784       Value *Store = IRB.CreateStore(
2785         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
2786         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
2787       (void)Store;
2788       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2789     }
2790   };
2791
2792   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2793     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
2794       return false;
2795     Value *V = SI.getValueOperand();
2796     if (V->getType()->isSingleValueType())
2797       return false;
2798
2799     // We have an aggregate being stored, split it apart.
2800     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2801     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
2802     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
2803     SI.eraseFromParent();
2804     return true;
2805   }
2806
2807   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
2808     enqueueUsers(BC);
2809     return false;
2810   }
2811
2812   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
2813     enqueueUsers(GEPI);
2814     return false;
2815   }
2816
2817   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2818     enqueueUsers(PN);
2819     return false;
2820   }
2821
2822   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2823     enqueueUsers(SI);
2824     return false;
2825   }
2826 };
2827 }
2828
2829 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
2830 ///
2831 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
2832 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
2833 /// size or the allocated size.
2834 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
2835   if (Ty->isSingleValueType())
2836     return Ty;
2837
2838   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
2839   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
2840
2841   Type *InnerTy;
2842   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2843     InnerTy = ArrTy->getElementType();
2844   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2845     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
2846     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
2847     InnerTy = STy->getElementType(Index);
2848   } else {
2849     return Ty;
2850   }
2851
2852   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
2853       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
2854     return Ty;
2855
2856   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
2857 }
2858
2859 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
2860 /// offset and size.
2861 ///
2862 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
2863 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
2864 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
2865 /// and the same for structs.
2866 ///
2867 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
2868 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
2869 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
2870 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
2871 /// return a type if necessary.
2872 static Type *getTypePartition(const DataLayout &DL, Type *Ty,
2873                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
2874   if (Offset == 0 && DL.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
2875     return stripAggregateTypeWrapping(DL, Ty);
2876   if (Offset > DL.getTypeAllocSize(Ty) ||
2877       (DL.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
2878     return 0;
2879
2880   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
2881     // We can't partition pointers...
2882     if (SeqTy->isPointerTy())
2883       return 0;
2884
2885     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
2886     uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
2887     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
2888     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy)) {
2889       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
2890         return 0;
2891     } else if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy)) {
2892       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
2893         return 0;
2894     }
2895     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
2896
2897     // First check if we need to recurse.
2898     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
2899       // Bail if the partition ends in a different array element.
2900       if ((Offset + Size) > ElementSize)
2901         return 0;
2902       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
2903       return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
2904     }
2905     assert(Offset == 0);
2906
2907     if (Size == ElementSize)
2908       return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
2909     assert(Size > ElementSize);
2910     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
2911     if (NumElements * ElementSize != Size)
2912       return 0;
2913     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
2914   }
2915
2916   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
2917   if (!STy)
2918     return 0;
2919
2920   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
2921   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
2922     return 0;
2923   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
2924   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
2925     return 0;
2926
2927   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
2928   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
2929
2930   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
2931   uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
2932   if (Offset >= ElementSize)
2933     return 0; // The offset points into alignment padding.
2934
2935   // See if any partition must be contained by the element.
2936   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
2937     if ((Offset + Size) > ElementSize)
2938       return 0;
2939     return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
2940   }
2941   assert(Offset == 0);
2942
2943   if (Size == ElementSize)
2944     return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
2945
2946   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
2947                                EE = STy->element_end();
2948   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
2949     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
2950     if (Index == EndIndex)
2951       return 0; // Within a single element and its padding.
2952
2953     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
2954     // expected size.
2955     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
2956     // sub-struct to find a natural end point.
2957     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
2958       return 0;
2959
2960     assert(Index < EndIndex);
2961     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
2962   }
2963
2964   // Try to build up a sub-structure.
2965   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE),
2966                                       STy->isPacked());
2967   const StructLayout *SubSL = DL.getStructLayout(SubTy);
2968   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
2969     return 0; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
2970
2971   return SubTy;
2972 }
2973
2974 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
2975 ///
2976 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
2977 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
2978 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
2979 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
2980 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
2981 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
2982 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
2983 /// promoted.
2984 bool SROA::rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S,
2985                             AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
2986                             int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
2987                             ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
2988   assert(BeginOffset < EndOffset);
2989   uint64_t SliceSize = EndOffset - BeginOffset;
2990
2991   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
2992   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
2993   // or an i8 array of an appropriate size.
2994   Type *SliceTy = 0;
2995   if (Type *CommonUseTy = findCommonType(B, E, EndOffset))
2996     if (DL->getTypeAllocSize(CommonUseTy) >= SliceSize)
2997       SliceTy = CommonUseTy;
2998   if (!SliceTy)
2999     if (Type *TypePartitionTy = getTypePartition(*DL, AI.getAllocatedType(),
3000                                                  BeginOffset, SliceSize))
3001       SliceTy = TypePartitionTy;
3002   if ((!SliceTy || (SliceTy->isArrayTy() &&
3003                     SliceTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3004       DL->isLegalInteger(SliceSize * 8))
3005     SliceTy = Type::getIntNTy(*C, SliceSize * 8);
3006   if (!SliceTy)
3007     SliceTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), SliceSize);
3008   assert(DL->getTypeAllocSize(SliceTy) >= SliceSize);
3009
3010   bool IsVectorPromotable = isVectorPromotionViable(
3011       *DL, SliceTy, S, BeginOffset, EndOffset, B, E, SplitUses);
3012
3013   bool IsIntegerPromotable =
3014       !IsVectorPromotable &&
3015       isIntegerWideningViable(*DL, SliceTy, BeginOffset, S, B, E, SplitUses);
3016
3017   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3018   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3019   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3020   // perform phi and select speculation.
3021   AllocaInst *NewAI;
3022   if (SliceTy == AI.getAllocatedType()) {
3023     assert(BeginOffset == 0 &&
3024            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3025     NewAI = &AI;
3026     // FIXME: We should be able to bail at this point with "nothing changed".
3027     // FIXME: We might want to defer PHI speculation until after here.
3028   } else {
3029     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3030     if (!Alignment) {
3031       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3032       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3033       // type.
3034       Alignment = DL->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3035     }
3036     Alignment = MinAlign(Alignment, BeginOffset);
3037     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3038     // the alloca's alignment unconstrained.
3039     if (Alignment <= DL->getABITypeAlignment(SliceTy))
3040       Alignment = 0;
3041     NewAI = new AllocaInst(SliceTy, 0, Alignment,
3042                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(B - S.begin()), &AI);
3043     ++NumNewAllocas;
3044   }
3045
3046   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3047                << "[" << BeginOffset << "," << EndOffset << ") to: " << *NewAI
3048                << "\n");
3049
3050   // Track the high watermark on several worklists that are only relevant for
3051   // promoted allocas. We will reset it to this point if the alloca is not in
3052   // fact scheduled for promotion.
3053   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3054   unsigned SPOldSize = SpeculatablePHIs.size();
3055   unsigned SSOldSize = SpeculatableSelects.size();
3056
3057 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_STATS)
3058   unsigned NumUses = 0;
3059 #endif
3060
3061   AllocaSliceRewriter Rewriter(*DL, S, *this, AI, *NewAI, BeginOffset,
3062                                EndOffset, IsVectorPromotable,
3063                                IsIntegerPromotable);
3064   bool Promotable = true;
3065   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
3066                                                         SUE = SplitUses.end();
3067        SUI != SUE; ++SUI) {
3068     DEBUG(dbgs() << "  rewriting split ");
3069     DEBUG(S.printSlice(dbgs(), *SUI, ""));
3070     Promotable &= Rewriter.visit(*SUI);
3071 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_STATS)
3072     ++NumUses;
3073 #endif
3074   }
3075   for (AllocaSlices::iterator I = B; I != E; ++I) {
3076     DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3077     DEBUG(S.printSlice(dbgs(), I, ""));
3078     Promotable &= Rewriter.visit(I);
3079 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_STATS)
3080     ++NumUses;
3081 #endif
3082   }
3083
3084 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_STATS)
3085   NumAllocaPartitionUses += NumUses;
3086   MaxUsesPerAllocaPartition =
3087       std::max<unsigned>(NumUses, MaxUsesPerAllocaPartition);
3088 #endif
3089
3090   if (Promotable && !Rewriter.isUsedByRewrittenSpeculatableInstructions()) {
3091     DEBUG(dbgs() << "  and queuing for promotion\n");
3092     PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3093   } else if (NewAI != &AI) {
3094     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3095     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3096     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3097     // FIXME: We should actually track whether the rewriter changed anything.
3098     Worklist.insert(NewAI);
3099   }
3100
3101   // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3102   if (!Promotable) {
3103     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3104       PostPromotionWorklist.pop_back();
3105     while (SpeculatablePHIs.size() > SPOldSize)
3106       SpeculatablePHIs.pop_back();
3107     while (SpeculatableSelects.size() > SSOldSize)
3108       SpeculatableSelects.pop_back();
3109   }
3110
3111   return true;
3112 }
3113
3114 namespace {
3115 struct IsSliceEndLessOrEqualTo {
3116   uint64_t UpperBound;
3117
3118   IsSliceEndLessOrEqualTo(uint64_t UpperBound) : UpperBound(UpperBound) {}
3119
3120   bool operator()(const AllocaSlices::iterator &I) {
3121     return I->endOffset() <= UpperBound;
3122   }
3123 };
3124 }
3125
3126 static void
3127 removeFinishedSplitUses(SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator> &SplitUses,
3128                         uint64_t &MaxSplitUseEndOffset, uint64_t Offset) {
3129   if (Offset >= MaxSplitUseEndOffset) {
3130     SplitUses.clear();
3131     MaxSplitUseEndOffset = 0;
3132     return;
3133   }
3134
3135   size_t SplitUsesOldSize = SplitUses.size();
3136   SplitUses.erase(std::remove_if(SplitUses.begin(), SplitUses.end(),
3137                                  IsSliceEndLessOrEqualTo(Offset)),
3138                   SplitUses.end());
3139   if (SplitUsesOldSize == SplitUses.size())
3140     return;
3141
3142   // Recompute the max. While this is linear, so is remove_if.
3143   MaxSplitUseEndOffset = 0;
3144   for (SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator>::iterator
3145            SUI = SplitUses.begin(),
3146            SUE = SplitUses.end();
3147        SUI != SUE; ++SUI)
3148     MaxSplitUseEndOffset = std::max((*SUI)->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3149 }
3150
3151 /// \brief Walks the slices of an alloca and form partitions based on them,
3152 /// rewriting each of their uses.
3153 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S) {
3154   if (S.begin() == S.end())
3155     return false;
3156
3157 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_STATS)
3158   unsigned NumPartitions = 0;
3159 #endif
3160
3161   bool Changed = false;
3162   SmallVector<AllocaSlices::iterator, 4> SplitUses;
3163   uint64_t MaxSplitUseEndOffset = 0;
3164
3165   uint64_t BeginOffset = S.begin()->beginOffset();
3166
3167   for (AllocaSlices::iterator SI = S.begin(), SJ = llvm::next(SI), SE = S.end();
3168        SI != SE; SI = SJ) {
3169     uint64_t MaxEndOffset = SI->endOffset();
3170
3171     if (!SI->isSplittable()) {
3172       // When we're forming an unsplittable region, it must always start at the
3173       // first slice and will extend through its end.
3174       assert(BeginOffset == SI->beginOffset());
3175
3176       // Form a partition including all of the overlapping slices with this
3177       // unsplittable slice.
3178       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3179         if (!SJ->isSplittable())
3180           MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3181         ++SJ;
3182       }
3183     } else {
3184       assert(SI->isSplittable()); // Established above.
3185
3186       // Collect all of the overlapping splittable slices.
3187       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset &&
3188              SJ->isSplittable()) {
3189         MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3190         ++SJ;
3191       }
3192
3193       // Back up MaxEndOffset and SJ if we ended the span early when
3194       // encountering an unsplittable slice.
3195       if (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3196         assert(!SJ->isSplittable());
3197         MaxEndOffset = SJ->beginOffset();
3198       }
3199     }
3200
3201     // Check if we have managed to move the end offset forward yet. If so,
3202     // we'll have to rewrite uses and erase old split uses.
3203     if (BeginOffset < MaxEndOffset) {
3204       // Rewrite a sequence of overlapping slices.
3205       Changed |=
3206           rewritePartition(AI, S, SI, SJ, BeginOffset, MaxEndOffset, SplitUses);
3207 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_STATS)
3208       ++NumPartitions;
3209 #endif
3210
3211       removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset, MaxEndOffset);
3212     }
3213
3214     // Accumulate all the splittable slices from the [SI,SJ) region which
3215     // overlap going forward.
3216     for (AllocaSlices::iterator SK = SI; SK != SJ; ++SK)
3217       if (SK->isSplittable() && SK->endOffset() > MaxEndOffset) {
3218         SplitUses.push_back(SK);
3219         MaxSplitUseEndOffset = std::max(SK->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3220       }
3221
3222     // If we're already at the end and we have no split uses, we're done.
3223     if (SJ == SE && SplitUses.empty())
3224       break;
3225
3226     // If we have no split uses or no gap in offsets, we're ready to move to
3227     // the next slice.
3228     if (SplitUses.empty() || (SJ != SE && MaxEndOffset == SJ->beginOffset())) {
3229       BeginOffset = SJ->beginOffset();
3230       continue;
3231     }
3232
3233     // Even if we have split slices, if the next slice is splittable and the
3234     // split slices reach it, we can simply set up the beginning offset of the
3235     // next iteration to bridge between them.
3236     if (SJ != SE && SJ->isSplittable() &&
3237         MaxSplitUseEndOffset > SJ->beginOffset()) {
3238       BeginOffset = MaxEndOffset;
3239       continue;
3240     }
3241
3242     // Otherwise, we have a tail of split slices. Rewrite them with an empty
3243     // range of slices.
3244     uint64_t PostSplitEndOffset =
3245         SJ == SE ? MaxSplitUseEndOffset : SJ->beginOffset();
3246
3247     Changed |= rewritePartition(AI, S, SJ, SJ, MaxEndOffset, PostSplitEndOffset,
3248                                 SplitUses);
3249 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_STATS)
3250     ++NumPartitions;
3251 #endif
3252
3253     if (SJ == SE)
3254       break; // Skip the rest, we don't need to do any cleanup.
3255
3256     removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset,
3257                             PostSplitEndOffset);
3258
3259     // Now just reset the begin offset for the next iteration.
3260     BeginOffset = SJ->beginOffset();
3261   }
3262
3263 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_STATS)
3264   NumAllocaPartitions += NumPartitions;
3265   MaxPartitionsPerAlloca =
3266       std::max<unsigned>(NumPartitions, MaxPartitionsPerAlloca);
3267 #endif
3268
3269   return Changed;
3270 }
3271
3272 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3273 ///
3274 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3275 /// the slices of the alloca, and then hands it off to be split and
3276 /// rewritten as needed.
3277 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3278   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3279   ++NumAllocasAnalyzed;
3280
3281   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3282   if (AI.use_empty()) {
3283     AI.eraseFromParent();
3284     return true;
3285   }
3286
3287   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3288   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3289       DL->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3290     return false;
3291
3292   bool Changed = false;
3293
3294   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3295   // better splitting and promotion opportunities.
3296   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*DL);
3297   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3298
3299   // Build the slices using a recursive instruction-visiting builder.
3300   AllocaSlices S(*DL, AI);
3301   DEBUG(S.print(dbgs()));
3302   if (S.isEscaped())
3303     return Changed;
3304
3305   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3306   for (AllocaSlices::dead_user_iterator DI = S.dead_user_begin(),
3307                                         DE = S.dead_user_end();
3308        DI != DE; ++DI) {
3309     Changed = true;
3310     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
3311     DeadInsts.insert(*DI);
3312   }
3313   for (AllocaSlices::dead_op_iterator DO = S.dead_op_begin(),
3314                                       DE = S.dead_op_end();
3315        DO != DE; ++DO) {
3316     Value *OldV = **DO;
3317     // Clobber the use with an undef value.
3318     **DO = UndefValue::get(OldV->getType());
3319     if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3320       if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3321         Changed = true;
3322         DeadInsts.insert(OldI);
3323       }
3324   }
3325
3326   // No slices to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3327   if (S.begin() == S.end())
3328     return Changed;
3329
3330   Changed |= splitAlloca(AI, S);
3331
3332   DEBUG(dbgs() << "  Speculating PHIs\n");
3333   while (!SpeculatablePHIs.empty())
3334     speculatePHINodeLoads(*SpeculatablePHIs.pop_back_val());
3335
3336   DEBUG(dbgs() << "  Speculating Selects\n");
3337   while (!SpeculatableSelects.empty())
3338     speculateSelectInstLoads(*SpeculatableSelects.pop_back_val());
3339
3340   return Changed;
3341 }
3342
3343 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3344 ///
3345 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3346 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3347 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3348 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3349 ///
3350 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3351 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3352 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst*, 4> &DeletedAllocas) {
3353   while (!DeadInsts.empty()) {
3354     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3355     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3356
3357     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
3358
3359     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
3360       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
3361         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3362         *OI = 0;
3363         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3364           DeadInsts.insert(U);
3365       }
3366
3367     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3368       DeletedAllocas.insert(AI);
3369
3370     ++NumDeleted;
3371     I->eraseFromParent();
3372   }
3373 }
3374
3375 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3376 ///
3377 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3378 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3379 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3380 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3381 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3382 /// promotion occurred.
3383 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3384   if (PromotableAllocas.empty())
3385     return false;
3386
3387   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3388
3389   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3390     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3391     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT);
3392     PromotableAllocas.clear();
3393     return true;
3394   }
3395
3396   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3397   SSAUpdater SSA;
3398   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3399   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
3400
3401   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3402     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3403     for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
3404          UI != UE;) {
3405       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
3406       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3407       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3408       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3409       // scalar values produced.
3410       if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
3411         assert(onlyUsedByLifetimeMarkers(I) &&
3412                "Found a bitcast used outside of a lifetime marker.");
3413         while (!I->use_empty())
3414           cast<Instruction>(*I->use_begin())->eraseFromParent();
3415         I->eraseFromParent();
3416         continue;
3417       }
3418       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3419         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3420                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3421         II->eraseFromParent();
3422         continue;
3423       }
3424
3425       Insts.push_back(I);
3426     }
3427     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3428     Insts.clear();
3429   }
3430
3431   PromotableAllocas.clear();
3432   return true;
3433 }
3434
3435 namespace {
3436   /// \brief A predicate to test whether an alloca belongs to a set.
3437   class IsAllocaInSet {
3438     typedef SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> SetType;
3439     const SetType &Set;
3440
3441   public:
3442     typedef AllocaInst *argument_type;
3443
3444     IsAllocaInSet(const SetType &Set) : Set(Set) {}
3445     bool operator()(AllocaInst *AI) const { return Set.count(AI); }
3446   };
3447 }
3448
3449 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3450   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3451   C = &F.getContext();
3452   DL = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
3453   if (!DL) {
3454     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3455     return false;
3456   }
3457   DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
3458
3459   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3460   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = llvm::prior(EntryBB.end());
3461        I != E; ++I)
3462     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3463       Worklist.insert(AI);
3464
3465   bool Changed = false;
3466   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3467   // the list of promotable allocas.
3468   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3469
3470   do {
3471     while (!Worklist.empty()) {
3472       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3473       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3474
3475       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3476       // continue processing them.
3477       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3478         Worklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3479         PostPromotionWorklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3480         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3481                                                PromotableAllocas.end(),
3482                                                IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
3483                                 PromotableAllocas.end());
3484         DeletedAllocas.clear();
3485       }
3486     }
3487
3488     Changed |= promoteAllocas(F);
3489
3490     Worklist = PostPromotionWorklist;
3491     PostPromotionWorklist.clear();
3492   } while (!Worklist.empty());
3493
3494   return Changed;
3495 }
3496
3497 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3498   if (RequiresDomTree)
3499     AU.addRequired<DominatorTree>();
3500   AU.setPreservesCFG();
3501 }