Add in the first iteration of support for llvm/clang/lldb to allow variable per addre...
[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/Constants.h"
29 #include "llvm/DIBuilder.h"
30 #include "llvm/DebugInfo.h"
31 #include "llvm/DerivedTypes.h"
32 #include "llvm/Function.h"
33 #include "llvm/IRBuilder.h"
34 #include "llvm/Instructions.h"
35 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
36 #include "llvm/LLVMContext.h"
37 #include "llvm/Module.h"
38 #include "llvm/Operator.h"
39 #include "llvm/Pass.h"
40 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
41 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
42 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
43 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
44 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
45 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
46 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
47 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
48 #include "llvm/Support/Debug.h"
49 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
50 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
51 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
52 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
53 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
54 #include "llvm/DataLayout.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(NumNewAllocas,      "Number of new, smaller allocas introduced");
62 STATISTIC(NumPromoted,        "Number of allocas promoted to SSA values");
63 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
64 STATISTIC(NumDeleted,         "Number of instructions deleted");
65 STATISTIC(NumVectorized,      "Number of vectorized aggregates");
66
67 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
68 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
69 static cl::opt<bool>
70 ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false), cl::Hidden);
71
72 namespace {
73 /// \brief Alloca partitioning representation.
74 ///
75 /// This class represents a partitioning of an alloca into slices, and
76 /// information about the nature of uses of each slice of the alloca. The goal
77 /// is that this information is sufficient to decide if and how to split the
78 /// alloca apart and replace slices with scalars. It is also intended that this
79 /// structure can capture the relevant information needed both to decide about
80 /// and to enact these transformations.
81 class AllocaPartitioning {
82 public:
83   /// \brief A common base class for representing a half-open byte range.
84   struct ByteRange {
85     /// \brief The beginning offset of the range.
86     uint64_t BeginOffset;
87
88     /// \brief The ending offset, not included in the range.
89     uint64_t EndOffset;
90
91     ByteRange() : BeginOffset(), EndOffset() {}
92     ByteRange(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset)
93         : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset) {}
94
95     /// \brief Support for ordering ranges.
96     ///
97     /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
98     /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
99     /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
100     /// same start position.
101     bool operator<(const ByteRange &RHS) const {
102       if (BeginOffset < RHS.BeginOffset) return true;
103       if (BeginOffset > RHS.BeginOffset) return false;
104       if (EndOffset > RHS.EndOffset) return true;
105       return false;
106     }
107
108     /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
109     friend bool operator<(const ByteRange &LHS, uint64_t RHSOffset) {
110       return LHS.BeginOffset < RHSOffset;
111     }
112
113     friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
114                                                 const ByteRange &RHS) {
115       return LHSOffset < RHS.BeginOffset;
116     }
117
118     bool operator==(const ByteRange &RHS) const {
119       return BeginOffset == RHS.BeginOffset && EndOffset == RHS.EndOffset;
120     }
121     bool operator!=(const ByteRange &RHS) const { return !operator==(RHS); }
122   };
123
124   /// \brief A partition of an alloca.
125   ///
126   /// This structure represents a contiguous partition of the alloca. These are
127   /// formed by examining the uses of the alloca. During formation, they may
128   /// overlap but once an AllocaPartitioning is built, the Partitions within it
129   /// are all disjoint.
130   struct Partition : public ByteRange {
131     /// \brief Whether this partition is splittable into smaller partitions.
132     ///
133     /// We flag partitions as splittable when they are formed entirely due to
134     /// accesses by trivially splittable operations such as memset and memcpy.
135     ///
136     /// FIXME: At some point we should consider loads and stores of FCAs to be
137     /// splittable and eagerly split them into scalar values.
138     bool IsSplittable;
139
140     /// \brief Test whether a partition has been marked as dead.
141     bool isDead() const {
142       if (BeginOffset == UINT64_MAX) {
143         assert(EndOffset == UINT64_MAX);
144         return true;
145       }
146       return false;
147     }
148
149     /// \brief Kill a partition.
150     /// This is accomplished by setting both its beginning and end offset to
151     /// the maximum possible value.
152     void kill() {
153       assert(!isDead() && "He's Dead, Jim!");
154       BeginOffset = EndOffset = UINT64_MAX;
155     }
156
157     Partition() : ByteRange(), IsSplittable() {}
158     Partition(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, bool IsSplittable)
159         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), IsSplittable(IsSplittable) {}
160   };
161
162   /// \brief A particular use of a partition of the alloca.
163   ///
164   /// This structure is used to associate uses of a partition with it. They
165   /// mark the range of bytes which are referenced by a particular instruction,
166   /// and includes a handle to the user itself and the pointer value in use.
167   /// The bounds of these uses are determined by intersecting the bounds of the
168   /// memory use itself with a particular partition. As a consequence there is
169   /// intentionally overlap between various uses of the same partition.
170   struct PartitionUse : public ByteRange {
171     /// \brief The use in question. Provides access to both user and used value.
172     ///
173     /// Note that this may be null if the partition use is *dead*, that is, it
174     /// should be ignored.
175     Use *U;
176
177     PartitionUse() : ByteRange(), U() {}
178     PartitionUse(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U)
179         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), U(U) {}
180   };
181
182   /// \brief Construct a partitioning of a particular alloca.
183   ///
184   /// Construction does most of the work for partitioning the alloca. This
185   /// performs the necessary walks of users and builds a partitioning from it.
186   AllocaPartitioning(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI);
187
188   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
189   ///
190   /// If this is true, the partitioning is never fully built and should be
191   /// ignored.
192   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
193
194   /// \brief Support for iterating over the partitions.
195   /// @{
196   typedef SmallVectorImpl<Partition>::iterator iterator;
197   iterator begin() { return Partitions.begin(); }
198   iterator end() { return Partitions.end(); }
199
200   typedef SmallVectorImpl<Partition>::const_iterator const_iterator;
201   const_iterator begin() const { return Partitions.begin(); }
202   const_iterator end() const { return Partitions.end(); }
203   /// @}
204
205   /// \brief Support for iterating over and manipulating a particular
206   /// partition's uses.
207   ///
208   /// The iteration support provided for uses is more limited, but also
209   /// includes some manipulation routines to support rewriting the uses of
210   /// partitions during SROA.
211   /// @{
212   typedef SmallVectorImpl<PartitionUse>::iterator use_iterator;
213   use_iterator use_begin(unsigned Idx) { return Uses[Idx].begin(); }
214   use_iterator use_begin(const_iterator I) { return Uses[I - begin()].begin(); }
215   use_iterator use_end(unsigned Idx) { return Uses[Idx].end(); }
216   use_iterator use_end(const_iterator I) { return Uses[I - begin()].end(); }
217
218   typedef SmallVectorImpl<PartitionUse>::const_iterator const_use_iterator;
219   const_use_iterator use_begin(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].begin(); }
220   const_use_iterator use_begin(const_iterator I) const {
221     return Uses[I - begin()].begin();
222   }
223   const_use_iterator use_end(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].end(); }
224   const_use_iterator use_end(const_iterator I) const {
225     return Uses[I - begin()].end();
226   }
227
228   unsigned use_size(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].size(); }
229   unsigned use_size(const_iterator I) const { return Uses[I - begin()].size(); }
230   const PartitionUse &getUse(unsigned PIdx, unsigned UIdx) const {
231     return Uses[PIdx][UIdx];
232   }
233   const PartitionUse &getUse(const_iterator I, unsigned UIdx) const {
234     return Uses[I - begin()][UIdx];
235   }
236
237   void use_push_back(unsigned Idx, const PartitionUse &PU) {
238     Uses[Idx].push_back(PU);
239   }
240   void use_push_back(const_iterator I, const PartitionUse &PU) {
241     Uses[I - begin()].push_back(PU);
242   }
243   /// @}
244
245   /// \brief Allow iterating the dead users for this alloca.
246   ///
247   /// These are instructions which will never actually use the alloca as they
248   /// are outside the allocated range. They are safe to replace with undef and
249   /// delete.
250   /// @{
251   typedef SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator dead_user_iterator;
252   dead_user_iterator dead_user_begin() const { return DeadUsers.begin(); }
253   dead_user_iterator dead_user_end() const { return DeadUsers.end(); }
254   /// @}
255
256   /// \brief Allow iterating the dead expressions referring to this alloca.
257   ///
258   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
259   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
260   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
261   /// need to replace with undef.
262   /// @{
263   typedef SmallVectorImpl<Use *>::const_iterator dead_op_iterator;
264   dead_op_iterator dead_op_begin() const { return DeadOperands.begin(); }
265   dead_op_iterator dead_op_end() const { return DeadOperands.end(); }
266   /// @}
267
268   /// \brief MemTransferInst auxiliary data.
269   /// This struct provides some auxiliary data about memory transfer
270   /// intrinsics such as memcpy and memmove. These intrinsics can use two
271   /// different ranges within the same alloca, and provide other challenges to
272   /// correctly represent. We stash extra data to help us untangle this
273   /// after the partitioning is complete.
274   struct MemTransferOffsets {
275     /// The destination begin and end offsets when the destination is within
276     /// this alloca. If the end offset is zero the destination is not within
277     /// this alloca.
278     uint64_t DestBegin, DestEnd;
279
280     /// The source begin and end offsets when the source is within this alloca.
281     /// If the end offset is zero, the source is not within this alloca.
282     uint64_t SourceBegin, SourceEnd;
283
284     /// Flag for whether an alloca is splittable.
285     bool IsSplittable;
286   };
287   MemTransferOffsets getMemTransferOffsets(MemTransferInst &II) const {
288     return MemTransferInstData.lookup(&II);
289   }
290
291   /// \brief Map from a PHI or select operand back to a partition.
292   ///
293   /// When manipulating PHI nodes or selects, they can use more than one
294   /// partition of an alloca. We store a special mapping to allow finding the
295   /// partition referenced by each of these operands, if any.
296   iterator findPartitionForPHIOrSelectOperand(Use *U) {
297     SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned> >::const_iterator MapIt
298       = PHIOrSelectOpMap.find(U);
299     if (MapIt == PHIOrSelectOpMap.end())
300       return end();
301
302     return begin() + MapIt->second.first;
303   }
304
305   /// \brief Map from a PHI or select operand back to the specific use of
306   /// a partition.
307   ///
308   /// Similar to mapping these operands back to the partitions, this maps
309   /// directly to the use structure of that partition.
310   use_iterator findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Use *U) {
311     SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned> >::const_iterator MapIt
312       = PHIOrSelectOpMap.find(U);
313     assert(MapIt != PHIOrSelectOpMap.end());
314     return Uses[MapIt->second.first].begin() + MapIt->second.second;
315   }
316
317   /// \brief Compute a common type among the uses of a particular partition.
318   ///
319   /// This routines walks all of the uses of a particular partition and tries
320   /// to find a common type between them. Untyped operations such as memset and
321   /// memcpy are ignored.
322   Type *getCommonType(iterator I) const;
323
324 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
325   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
326   void printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
327                   StringRef Indent = "  ") const;
328   void print(raw_ostream &OS) const;
329   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump(const_iterator I) const;
330   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump() const;
331 #endif
332
333 private:
334   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
335   class PartitionBuilder;
336   friend class AllocaPartitioning::PartitionBuilder;
337   class UseBuilder;
338   friend class AllocaPartitioning::UseBuilder;
339
340 #ifndef NDEBUG
341   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
342   AllocaInst &AI;
343 #endif
344
345   /// \brief The instruction responsible for this alloca having no partitioning.
346   ///
347   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
348   /// store a pointer to that here and abort trying to partition the alloca.
349   /// This will be null if the alloca is partitioned successfully.
350   Instruction *PointerEscapingInstr;
351
352   /// \brief The partitions of the alloca.
353   ///
354   /// We store a vector of the partitions over the alloca here. This vector is
355   /// sorted by increasing begin offset, and then by decreasing end offset. See
356   /// the Partition inner class for more details. Initially (during
357   /// construction) there are overlaps, but we form a disjoint sequence of
358   /// partitions while finishing construction and a fully constructed object is
359   /// expected to always have this as a disjoint space.
360   SmallVector<Partition, 8> Partitions;
361
362   /// \brief The uses of the partitions.
363   ///
364   /// This is essentially a mapping from each partition to a list of uses of
365   /// that partition. The mapping is done with a Uses vector that has the exact
366   /// same number of entries as the partition vector. Each entry is itself
367   /// a vector of the uses.
368   SmallVector<SmallVector<PartitionUse, 2>, 8> Uses;
369
370   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
371   ///
372   /// Note that these are not separated by partition. This is because we expect
373   /// a partitioned alloca to be completely rewritten or not rewritten at all.
374   /// If rewritten, all these instructions can simply be removed and replaced
375   /// with undef as they come from outside of the allocated space.
376   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
377
378   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
379   ///
380   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
381   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
382   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
383   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
384   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
385   /// the alloca.
386   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
387
388   /// \brief The underlying storage for auxiliary memcpy and memset info.
389   SmallDenseMap<MemTransferInst *, MemTransferOffsets, 4> MemTransferInstData;
390
391   /// \brief A side datastructure used when building up the partitions and uses.
392   ///
393   /// This mapping is only really used during the initial building of the
394   /// partitioning so that we can retain information about PHI and select nodes
395   /// processed.
396   SmallDenseMap<Instruction *, std::pair<uint64_t, bool> > PHIOrSelectSizes;
397
398   /// \brief Auxiliary information for particular PHI or select operands.
399   SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned>, 4> PHIOrSelectOpMap;
400
401   /// \brief A utility routine called from the constructor.
402   ///
403   /// This does what it says on the tin. It is the key of the alloca partition
404   /// splitting and merging. After it is called we have the desired disjoint
405   /// collection of partitions.
406   void splitAndMergePartitions();
407 };
408 }
409
410 template <typename DerivedT, typename RetT>
411 class AllocaPartitioning::BuilderBase
412     : public InstVisitor<DerivedT, RetT> {
413 public:
414   BuilderBase(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
415       : TD(TD),
416         AllocSize(TD.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())),
417         P(P) {
418     enqueueUsers(AI, 0);
419   }
420
421 protected:
422   const DataLayout &TD;
423   const uint64_t AllocSize;
424   AllocaPartitioning &P;
425
426   SmallPtrSet<Use *, 8> VisitedUses;
427
428   struct OffsetUse {
429     Use *U;
430     int64_t Offset;
431   };
432   SmallVector<OffsetUse, 8> Queue;
433
434   // The active offset and use while visiting.
435   Use *U;
436   int64_t Offset;
437
438   void enqueueUsers(Instruction &I, int64_t UserOffset) {
439     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end();
440          UI != UE; ++UI) {
441       if (VisitedUses.insert(&UI.getUse())) {
442         OffsetUse OU = { &UI.getUse(), UserOffset };
443         Queue.push_back(OU);
444       }
445     }
446   }
447
448   bool computeConstantGEPOffset(GetElementPtrInst &GEPI, int64_t &GEPOffset) {
449     GEPOffset = Offset;
450     unsigned int AS = GEPI.getPointerAddressSpace();
451     for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI), GTE = gep_type_end(GEPI);
452          GTI != GTE; ++GTI) {
453       ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
454       if (!OpC)
455         return false;
456       if (OpC->isZero())
457         continue;
458
459       // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
460       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
461         unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
462         const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
463         uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
464         // Check that we can continue to model this GEP in a signed 64-bit offset.
465         if (ElementOffset > INT64_MAX ||
466             (GEPOffset >= 0 &&
467              ((uint64_t)GEPOffset + ElementOffset) > INT64_MAX)) {
468           DEBUG(dbgs() << "WARNING: Encountered a cumulative offset exceeding "
469                        << "what can be represented in an int64_t!\n"
470                        << "  alloca: " << P.AI << "\n");
471           return false;
472         }
473         if (GEPOffset < 0)
474           GEPOffset = ElementOffset + (uint64_t)-GEPOffset;
475         else
476           GEPOffset += ElementOffset;
477         continue;
478       }
479
480       APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(TD.getPointerSizeInBits(AS));
481       Index *= APInt(Index.getBitWidth(),
482                      TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
483       Index += APInt(Index.getBitWidth(), (uint64_t)GEPOffset,
484                      /*isSigned*/true);
485       // Check if the result can be stored in our int64_t offset.
486       if (!Index.isSignedIntN(sizeof(GEPOffset) * 8)) {
487         DEBUG(dbgs() << "WARNING: Encountered a cumulative offset exceeding "
488                      << "what can be represented in an int64_t!\n"
489                      << "  alloca: " << P.AI << "\n");
490         return false;
491       }
492
493       GEPOffset = Index.getSExtValue();
494     }
495     return true;
496   }
497
498   Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
499     // If the condition being selected on is a constant or the same value is
500     // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
501     // early on.
502     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
503       return SI.getOperand(1+CI->isZero());
504     if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2)) {
505       assert(*U == SI.getOperand(1));
506       return SI.getOperand(1);
507     }
508     return 0;
509   }
510 };
511
512 /// \brief Builder for the alloca partitioning.
513 ///
514 /// This class builds an alloca partitioning by recursively visiting the uses
515 /// of an alloca and splitting the partitions for each load and store at each
516 /// offset.
517 class AllocaPartitioning::PartitionBuilder
518     : public BuilderBase<PartitionBuilder, bool> {
519   friend class InstVisitor<PartitionBuilder, bool>;
520
521   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferPartitionMap;
522
523 public:
524   PartitionBuilder(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
525       : BuilderBase<PartitionBuilder, bool>(TD, AI, P) {}
526
527   /// \brief Run the builder over the allocation.
528   bool operator()() {
529     // Note that we have to re-evaluate size on each trip through the loop as
530     // the queue grows at the tail.
531     for (unsigned Idx = 0; Idx < Queue.size(); ++Idx) {
532       U = Queue[Idx].U;
533       Offset = Queue[Idx].Offset;
534       if (!visit(cast<Instruction>(U->getUser())))
535         return false;
536     }
537     return true;
538   }
539
540 private:
541   bool markAsEscaping(Instruction &I) {
542     P.PointerEscapingInstr = &I;
543     return false;
544   }
545
546   void insertUse(Instruction &I, int64_t Offset, uint64_t Size,
547                  bool IsSplittable = false) {
548     // Completely skip uses which have a zero size or don't overlap the
549     // allocation.
550     if (Size == 0 ||
551         (Offset >= 0 && (uint64_t)Offset >= AllocSize) ||
552         (Offset < 0 && (uint64_t)-Offset >= Size)) {
553       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
554                    << " which starts past the end of the " << AllocSize
555                    << " byte alloca:\n"
556                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
557                    << "       use: " << I << "\n");
558       return;
559     }
560
561     // Clamp the start to the beginning of the allocation.
562     if (Offset < 0) {
563       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
564                    << " to start at the beginning of the alloca:\n"
565                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
566                    << "       use: " << I << "\n");
567       Size -= (uint64_t)-Offset;
568       Offset = 0;
569     }
570
571     uint64_t BeginOffset = Offset, EndOffset = BeginOffset + Size;
572
573     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
574     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
575     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
576     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
577       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
578                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
579                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
580                    << "       use: " << I << "\n");
581       EndOffset = AllocSize;
582     }
583
584     Partition New(BeginOffset, EndOffset, IsSplittable);
585     P.Partitions.push_back(New);
586   }
587
588   bool handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, int64_t Offset) {
589     uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(Ty);
590
591     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
592     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
593     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
594     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
595     // risk of overflow.
596     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
597     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
598     if (Offset < 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
599         Size > (AllocSize - (uint64_t)Offset)) {
600       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte "
601                    << (isa<LoadInst>(I) ? "load" : "store") << " @" << Offset
602                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
603                    << " byte alloca:\n"
604                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
605                    << "       use: " << I << "\n");
606       return true;
607     }
608
609     insertUse(I, Offset, Size);
610     return true;
611   }
612
613   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
614     enqueueUsers(BC, Offset);
615     return true;
616   }
617
618   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
619     int64_t GEPOffset;
620     if (!computeConstantGEPOffset(GEPI, GEPOffset))
621       return markAsEscaping(GEPI);
622
623     enqueueUsers(GEPI, GEPOffset);
624     return true;
625   }
626
627   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
628     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
629            "All simple FCA loads should have been pre-split");
630     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset);
631   }
632
633   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
634     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
635     if (ValOp == *U)
636       return markAsEscaping(SI);
637
638     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
639            "All simple FCA stores should have been pre-split");
640     return handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset);
641   }
642
643
644   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
645     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
646     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
647     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
648     insertUse(II, Offset, Size, Length);
649     return true;
650   }
651
652   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
653     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
654     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
655     if (!Size)
656       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
657       return true;
658
659     MemTransferOffsets &Offsets = P.MemTransferInstData[&II];
660
661     // Only intrinsics with a constant length can be split.
662     Offsets.IsSplittable = Length;
663
664     if (*U == II.getRawDest()) {
665       Offsets.DestBegin = Offset;
666       Offsets.DestEnd = Offset + Size;
667     }
668     if (*U == II.getRawSource()) {
669       Offsets.SourceBegin = Offset;
670       Offsets.SourceEnd = Offset + Size;
671     }
672
673     // If we have set up end offsets for both the source and the destination,
674     // we have found both sides of this transfer pointing at the same alloca.
675     bool SeenBothEnds = Offsets.SourceEnd && Offsets.DestEnd;
676     if (SeenBothEnds && II.getRawDest() != II.getRawSource()) {
677       unsigned PrevIdx = MemTransferPartitionMap[&II];
678
679       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
680       // In that case, we can completely elide the transfer.
681       if (!II.isVolatile() && Offsets.SourceBegin == Offsets.DestBegin) {
682         P.Partitions[PrevIdx].kill();
683         return true;
684       }
685
686       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
687       // split those.
688       P.Partitions[PrevIdx].IsSplittable = Offsets.IsSplittable = false;
689     } else if (SeenBothEnds) {
690       // Handle the case where this exact use provides both ends of the
691       // operation.
692       assert(II.getRawDest() == II.getRawSource());
693
694       // For non-volatile transfers this is a no-op.
695       if (!II.isVolatile())
696         return true;
697
698       // Otherwise just suppress splitting.
699       Offsets.IsSplittable = false;
700     }
701
702
703     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
704     insertUse(II, Offset, Size, Offsets.IsSplittable);
705
706     // Setup the mapping from intrinsic to partition of we've not seen both
707     // ends of this transfer.
708     if (!SeenBothEnds) {
709       unsigned NewIdx = P.Partitions.size() - 1;
710       bool Inserted
711         = MemTransferPartitionMap.insert(std::make_pair(&II, NewIdx)).second;
712       assert(Inserted &&
713              "Already have intrinsic in map but haven't seen both ends");
714       (void)Inserted;
715     }
716
717     return true;
718   }
719
720   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
721   // FIXME: What about debug instrinsics? This matches old behavior, but
722   // doesn't make sense.
723   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
724     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
725         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
726       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
727       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset, Length->getLimitedValue());
728       insertUse(II, Offset, Size, true);
729       return true;
730     }
731
732     return markAsEscaping(II);
733   }
734
735   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
736     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
737     // the same offset to be a viable use for partitioning purposes. These uses
738     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
739     // size.
740     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
741     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
742     Visited.insert(Root);
743     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
744     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
745     // a size zero access.
746     Size = 0;
747     do {
748       Instruction *I, *UsedI;
749       llvm::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
750
751       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
752         Size = std::max(Size, TD.getTypeStoreSize(LI->getType()));
753         continue;
754       }
755       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
756         Value *Op = SI->getOperand(0);
757         if (Op == UsedI)
758           return SI;
759         Size = std::max(Size, TD.getTypeStoreSize(Op->getType()));
760         continue;
761       }
762
763       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
764         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
765           return GEP;
766       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
767                  !isa<SelectInst>(I)) {
768         return I;
769       }
770
771       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end(); UI != UE;
772            ++UI)
773         if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
774           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(*UI)));
775     } while (!Uses.empty());
776
777     return 0;
778   }
779
780   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
781     // See if we already have computed info on this node.
782     std::pair<uint64_t, bool> &PHIInfo = P.PHIOrSelectSizes[&PN];
783     if (PHIInfo.first) {
784       PHIInfo.second = true;
785       insertUse(PN, Offset, PHIInfo.first);
786       return true;
787     }
788
789     // Check for an unsafe use of the PHI node.
790     if (Instruction *EscapingI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&PN, PHIInfo.first))
791       return markAsEscaping(*EscapingI);
792
793     insertUse(PN, Offset, PHIInfo.first);
794     return true;
795   }
796
797   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
798     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
799       if (Result == *U)
800         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
801         // through the select as if we had RAUW'ed it.
802         enqueueUsers(SI, Offset);
803
804       return true;
805     }
806
807     // See if we already have computed info on this node.
808     std::pair<uint64_t, bool> &SelectInfo = P.PHIOrSelectSizes[&SI];
809     if (SelectInfo.first) {
810       SelectInfo.second = true;
811       insertUse(SI, Offset, SelectInfo.first);
812       return true;
813     }
814
815     // Check for an unsafe use of the PHI node.
816     if (Instruction *EscapingI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&SI, SelectInfo.first))
817       return markAsEscaping(*EscapingI);
818
819     insertUse(SI, Offset, SelectInfo.first);
820     return true;
821   }
822
823   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
824   bool visitInstruction(Instruction &I) { return markAsEscaping(I); }
825 };
826
827
828 /// \brief Use adder for the alloca partitioning.
829 ///
830 /// This class adds the uses of an alloca to all of the partitions which they
831 /// use. For splittable partitions, this can end up doing essentially a linear
832 /// walk of the partitions, but the number of steps remains bounded by the
833 /// total result instruction size:
834 /// - The number of partitions is a result of the number unsplittable
835 ///   instructions using the alloca.
836 /// - The number of users of each partition is at worst the total number of
837 ///   splittable instructions using the alloca.
838 /// Thus we will produce N * M instructions in the end, where N are the number
839 /// of unsplittable uses and M are the number of splittable. This visitor does
840 /// the exact same number of updates to the partitioning.
841 ///
842 /// In the more common case, this visitor will leverage the fact that the
843 /// partition space is pre-sorted, and do a logarithmic search for the
844 /// partition needed, making the total visit a classical ((N + M) * log(N))
845 /// complexity operation.
846 class AllocaPartitioning::UseBuilder : public BuilderBase<UseBuilder> {
847   friend class InstVisitor<UseBuilder>;
848
849   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
850   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
851
852 public:
853   UseBuilder(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
854       : BuilderBase<UseBuilder>(TD, AI, P) {}
855
856   /// \brief Run the builder over the allocation.
857   void operator()() {
858     // Note that we have to re-evaluate size on each trip through the loop as
859     // the queue grows at the tail.
860     for (unsigned Idx = 0; Idx < Queue.size(); ++Idx) {
861       U = Queue[Idx].U;
862       Offset = Queue[Idx].Offset;
863       this->visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
864     }
865   }
866
867 private:
868   void markAsDead(Instruction &I) {
869     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
870       P.DeadUsers.push_back(&I);
871   }
872
873   void insertUse(Instruction &User, int64_t Offset, uint64_t Size) {
874     // If the use has a zero size or extends outside of the allocation, record
875     // it as a dead use for elimination later.
876     if (Size == 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
877         (Offset < 0 && (uint64_t)-Offset >= Size))
878       return markAsDead(User);
879
880     // Clamp the start to the beginning of the allocation.
881     if (Offset < 0) {
882       Size -= (uint64_t)-Offset;
883       Offset = 0;
884     }
885
886     uint64_t BeginOffset = Offset, EndOffset = BeginOffset + Size;
887
888     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
889     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
890     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
891     if (Size > AllocSize - BeginOffset)
892       EndOffset = AllocSize;
893
894     // NB: This only works if we have zero overlapping partitions.
895     iterator B = std::lower_bound(P.begin(), P.end(), BeginOffset);
896     if (B != P.begin() && llvm::prior(B)->EndOffset > BeginOffset)
897       B = llvm::prior(B);
898     for (iterator I = B, E = P.end(); I != E && I->BeginOffset < EndOffset;
899          ++I) {
900       PartitionUse NewPU(std::max(I->BeginOffset, BeginOffset),
901                          std::min(I->EndOffset, EndOffset), U);
902       P.use_push_back(I, NewPU);
903       if (isa<PHINode>(U->getUser()) || isa<SelectInst>(U->getUser()))
904         P.PHIOrSelectOpMap[U]
905           = std::make_pair(I - P.begin(), P.Uses[I - P.begin()].size() - 1);
906     }
907   }
908
909   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, int64_t Offset) {
910     uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(Ty);
911
912     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
913     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
914     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
915     // behavior of insertUse.
916     if (Offset < 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
917         Size > (AllocSize - (uint64_t)Offset))
918       return markAsDead(I);
919
920     insertUse(I, Offset, Size);
921   }
922
923   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
924     if (BC.use_empty())
925       return markAsDead(BC);
926
927     enqueueUsers(BC, Offset);
928   }
929
930   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
931     if (GEPI.use_empty())
932       return markAsDead(GEPI);
933
934     int64_t GEPOffset;
935     if (!computeConstantGEPOffset(GEPI, GEPOffset))
936       llvm_unreachable("Unable to compute constant offset for use");
937
938     enqueueUsers(GEPI, GEPOffset);
939   }
940
941   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
942     handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset);
943   }
944
945   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
946     handleLoadOrStore(SI.getOperand(0)->getType(), SI, Offset);
947   }
948
949   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
950     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
951     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
952     insertUse(II, Offset, Size);
953   }
954
955   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
956     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
957     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
958     if (!Size)
959       return markAsDead(II);
960
961     MemTransferOffsets &Offsets = P.MemTransferInstData[&II];
962     if (!II.isVolatile() && Offsets.DestEnd && Offsets.SourceEnd &&
963         Offsets.DestBegin == Offsets.SourceBegin)
964       return markAsDead(II); // Skip identity transfers without side-effects.
965
966     insertUse(II, Offset, Size);
967   }
968
969   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
970     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
971            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
972
973     ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
974     insertUse(II, Offset,
975               std::min(AllocSize - Offset, Length->getLimitedValue()));
976   }
977
978   void insertPHIOrSelect(Instruction &User, uint64_t Offset) {
979     uint64_t Size = P.PHIOrSelectSizes.lookup(&User).first;
980
981     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
982     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
983     // case them here and use a separate structure to track the operands
984     // themselves which should be replaced with undef.
985     if (Offset >= AllocSize) {
986       P.DeadOperands.push_back(U);
987       return;
988     }
989
990     insertUse(User, Offset, Size);
991   }
992   void visitPHINode(PHINode &PN) {
993     if (PN.use_empty())
994       return markAsDead(PN);
995
996     insertPHIOrSelect(PN, Offset);
997   }
998   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
999     if (SI.use_empty())
1000       return markAsDead(SI);
1001
1002     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
1003       if (Result == *U)
1004         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
1005         // through the select as if we had RAUW'ed it.
1006         enqueueUsers(SI, Offset);
1007       else
1008         // Otherwise the operand to the select is dead, and we can replace it
1009         // with undef.
1010         P.DeadOperands.push_back(U);
1011
1012       return;
1013     }
1014
1015     insertPHIOrSelect(SI, Offset);
1016   }
1017
1018   /// \brief Unreachable, we've already visited the alloca once.
1019   void visitInstruction(Instruction &I) {
1020     llvm_unreachable("Unhandled instruction in use builder.");
1021   }
1022 };
1023
1024 void AllocaPartitioning::splitAndMergePartitions() {
1025   size_t NumDeadPartitions = 0;
1026
1027   // Track the range of splittable partitions that we pass when accumulating
1028   // overlapping unsplittable partitions.
1029   uint64_t SplitEndOffset = 0ull;
1030
1031   Partition New(0ull, 0ull, false);
1032
1033   for (unsigned i = 0, j = i, e = Partitions.size(); i != e; i = j) {
1034     ++j;
1035
1036     if (!Partitions[i].IsSplittable || New.BeginOffset == New.EndOffset) {
1037       assert(New.BeginOffset == New.EndOffset);
1038       New = Partitions[i];
1039     } else {
1040       assert(New.IsSplittable);
1041       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[i].EndOffset);
1042     }
1043     assert(New.BeginOffset != New.EndOffset);
1044
1045     // Scan the overlapping partitions.
1046     while (j != e && New.EndOffset > Partitions[j].BeginOffset) {
1047       // If the new partition we are forming is splittable, stop at the first
1048       // unsplittable partition.
1049       if (New.IsSplittable && !Partitions[j].IsSplittable)
1050         break;
1051
1052       // Grow the new partition to include any equally splittable range. 'j' is
1053       // always equally splittable when New is splittable, but when New is not
1054       // splittable, we may subsume some (or part of some) splitable partition
1055       // without growing the new one.
1056       if (New.IsSplittable == Partitions[j].IsSplittable) {
1057         New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[j].EndOffset);
1058       } else {
1059         assert(!New.IsSplittable);
1060         assert(Partitions[j].IsSplittable);
1061         SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, Partitions[j].EndOffset);
1062       }
1063
1064       Partitions[j].kill();
1065       ++NumDeadPartitions;
1066       ++j;
1067     }
1068
1069     // If the new partition is splittable, chop off the end as soon as the
1070     // unsplittable subsequent partition starts and ensure we eventually cover
1071     // the splittable area.
1072     if (j != e && New.IsSplittable) {
1073       SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, New.EndOffset);
1074       New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
1075     }
1076
1077     // Add the new partition if it differs from the original one and is
1078     // non-empty. We can end up with an empty partition here if it was
1079     // splittable but there is an unsplittable one that starts at the same
1080     // offset.
1081     if (New != Partitions[i]) {
1082       if (New.BeginOffset != New.EndOffset)
1083         Partitions.push_back(New);
1084       // Mark the old one for removal.
1085       Partitions[i].kill();
1086       ++NumDeadPartitions;
1087     }
1088
1089     New.BeginOffset = New.EndOffset;
1090     if (!New.IsSplittable) {
1091       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, SplitEndOffset);
1092       if (j != e && !Partitions[j].IsSplittable)
1093         New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
1094       New.IsSplittable = true;
1095       // If there is a trailing splittable partition which won't be fused into
1096       // the next splittable partition go ahead and add it onto the partitions
1097       // list.
1098       if (New.BeginOffset < New.EndOffset &&
1099           (j == e || !Partitions[j].IsSplittable ||
1100            New.EndOffset < Partitions[j].BeginOffset)) {
1101         Partitions.push_back(New);
1102         New.BeginOffset = New.EndOffset = 0ull;
1103       }
1104     }
1105   }
1106
1107   // Re-sort the partitions now that they have been split and merged into
1108   // disjoint set of partitions. Also remove any of the dead partitions we've
1109   // replaced in the process.
1110   std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1111   if (NumDeadPartitions) {
1112     assert(Partitions.back().isDead());
1113     assert((ptrdiff_t)NumDeadPartitions ==
1114            std::count(Partitions.begin(), Partitions.end(), Partitions.back()));
1115   }
1116   Partitions.erase(Partitions.end() - NumDeadPartitions, Partitions.end());
1117 }
1118
1119 AllocaPartitioning::AllocaPartitioning(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI)
1120     :
1121 #ifndef NDEBUG
1122       AI(AI),
1123 #endif
1124       PointerEscapingInstr(0) {
1125   PartitionBuilder PB(TD, AI, *this);
1126   if (!PB())
1127     return;
1128
1129   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
1130   // and the sizes to be in descending order.
1131   std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1132
1133   // Remove any partitions from the back which are marked as dead.
1134   while (!Partitions.empty() && Partitions.back().isDead())
1135     Partitions.pop_back();
1136
1137   if (Partitions.size() > 1) {
1138     // Intersect splittability for all partitions with equal offsets and sizes.
1139     // Then remove all but the first so that we have a sequence of non-equal but
1140     // potentially overlapping partitions.
1141     for (iterator I = Partitions.begin(), J = I, E = Partitions.end(); I != E;
1142          I = J) {
1143       ++J;
1144       while (J != E && *I == *J) {
1145         I->IsSplittable &= J->IsSplittable;
1146         ++J;
1147       }
1148     }
1149     Partitions.erase(std::unique(Partitions.begin(), Partitions.end()),
1150                      Partitions.end());
1151
1152     // Split splittable and merge unsplittable partitions into a disjoint set
1153     // of partitions over the used space of the allocation.
1154     splitAndMergePartitions();
1155   }
1156
1157   // Now build up the user lists for each of these disjoint partitions by
1158   // re-walking the recursive users of the alloca.
1159   Uses.resize(Partitions.size());
1160   UseBuilder UB(TD, AI, *this);
1161   UB();
1162 }
1163
1164 Type *AllocaPartitioning::getCommonType(iterator I) const {
1165   Type *Ty = 0;
1166   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I); UI != UE; ++UI) {
1167     if (!UI->U)
1168       continue; // Skip dead uses.
1169     if (isa<IntrinsicInst>(*UI->U->getUser()))
1170       continue;
1171     if (UI->BeginOffset != I->BeginOffset || UI->EndOffset != I->EndOffset)
1172       continue;
1173
1174     Type *UserTy = 0;
1175     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UI->U->getUser())) {
1176       UserTy = LI->getType();
1177     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI->U->getUser())) {
1178       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1179     }
1180
1181     if (Ty && Ty != UserTy)
1182       return 0;
1183
1184     Ty = UserTy;
1185   }
1186   return Ty;
1187 }
1188
1189 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1190
1191 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1192                                StringRef Indent) const {
1193   OS << Indent << "partition #" << (I - begin())
1194      << " [" << I->BeginOffset << "," << I->EndOffset << ")"
1195      << (I->IsSplittable ? " (splittable)" : "")
1196      << (Uses[I - begin()].empty() ? " (zero uses)" : "")
1197      << "\n";
1198 }
1199
1200 void AllocaPartitioning::printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1201                                     StringRef Indent) const {
1202   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I);
1203        UI != UE; ++UI) {
1204     if (!UI->U)
1205       continue; // Skip dead uses.
1206     OS << Indent << "  [" << UI->BeginOffset << "," << UI->EndOffset << ") "
1207        << "used by: " << *UI->U->getUser() << "\n";
1208     if (MemTransferInst *II = dyn_cast<MemTransferInst>(UI->U->getUser())) {
1209       const MemTransferOffsets &MTO = MemTransferInstData.lookup(II);
1210       bool IsDest;
1211       if (!MTO.IsSplittable)
1212         IsDest = UI->BeginOffset == MTO.DestBegin;
1213       else
1214         IsDest = MTO.DestBegin != 0u;
1215       OS << Indent << "    (original " << (IsDest ? "dest" : "source") << ": "
1216          << "[" << (IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin)
1217          << "," << (IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd) << ")\n";
1218     }
1219   }
1220 }
1221
1222 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS) const {
1223   if (PointerEscapingInstr) {
1224     OS << "No partitioning for alloca: " << AI << "\n"
1225        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
1226        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
1227     return;
1228   }
1229
1230   OS << "Partitioning of alloca: " << AI << "\n";
1231   unsigned Num = 0;
1232   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I, ++Num) {
1233     print(OS, I);
1234     printUsers(OS, I);
1235   }
1236 }
1237
1238 void AllocaPartitioning::dump(const_iterator I) const { print(dbgs(), I); }
1239 void AllocaPartitioning::dump() const { print(dbgs()); }
1240
1241 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1242
1243
1244 namespace {
1245 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
1246 ///
1247 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
1248 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
1249 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
1250 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
1251 /// scalar values.
1252 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1253   AllocaInst &AI;
1254   DIBuilder &DIB;
1255
1256   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
1257   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
1258
1259 public:
1260   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
1261                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
1262     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
1263
1264   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
1265     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
1266     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
1267       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
1268                                UE = DebugNode->use_end();
1269            UI != UE; ++UI)
1270         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
1271           DDIs.push_back(DDI);
1272         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
1273           DVIs.push_back(DVI);
1274     }
1275
1276     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1277     AI.eraseFromParent();
1278     while (!DDIs.empty())
1279       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1280     while (!DVIs.empty())
1281       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1282   }
1283
1284   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
1285                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
1286     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1287       return LI->getOperand(0) == &AI;
1288     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == &AI;
1289   }
1290
1291   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
1292     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::const_iterator I = DDIs.begin(),
1293            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1294       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1295       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1296         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
1297       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
1298         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
1299     }
1300     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::const_iterator I = DVIs.begin(),
1301            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1302       DbgValueInst *DVI = *I;
1303       Value *Arg = NULL;
1304       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1305         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
1306         // may be zapped by an optimization pass in future.
1307         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
1308           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
1309         if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
1310           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
1311         if (!Arg)
1312           Arg = SI->getOperand(0);
1313       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
1314         Arg = LI->getOperand(0);
1315       } else {
1316         continue;
1317       }
1318       Instruction *DbgVal =
1319         DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
1320                                      Inst);
1321       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1322     }
1323   }
1324 };
1325 } // end anon namespace
1326
1327
1328 namespace {
1329 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
1330 ///
1331 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
1332 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
1333 /// a few steps to this process.
1334 ///
1335 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
1336 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
1337 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
1338 ///    as necessary and try to isolate invidual scalar accesses.
1339 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
1340 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
1341 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
1342 ///    select to be a PHI or select of the results.
1343 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
1344 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
1345 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
1346 ///    SSA vector values.
1347 class SROA : public FunctionPass {
1348   const bool RequiresDomTree;
1349
1350   LLVMContext *C;
1351   const DataLayout *TD;
1352   DominatorTree *DT;
1353
1354   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
1355   ///
1356   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
1357   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
1358   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
1359   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
1360   /// already present to ensure it is re-visited.
1361   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
1362
1363   /// \brief A collection of instructions to delete.
1364   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
1365   /// efficient.
1366   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
1367
1368   /// \brief A set to prevent repeatedly marking an instruction split into many
1369   /// uses as dead. Only used to guard insertion into DeadInsts.
1370   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DeadSplitInsts;
1371
1372   /// \brief Post-promotion worklist.
1373   ///
1374   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
1375   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
1376   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
1377   ///
1378   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
1379   /// the event they are deleted.
1380   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
1381
1382   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
1383   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
1384
1385 public:
1386   SROA(bool RequiresDomTree = true)
1387       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
1388         C(0), TD(0), DT(0) {
1389     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1390   }
1391   bool runOnFunction(Function &F);
1392   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1393
1394   const char *getPassName() const { return "SROA"; }
1395   static char ID;
1396
1397 private:
1398   friend class PHIOrSelectSpeculator;
1399   friend class AllocaPartitionRewriter;
1400   friend class AllocaPartitionVectorRewriter;
1401
1402   bool rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
1403                               AllocaPartitioning &P,
1404                               AllocaPartitioning::iterator PI);
1405   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P);
1406   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
1407   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> &DeletedAllocas);
1408   bool promoteAllocas(Function &F);
1409 };
1410 }
1411
1412 char SROA::ID = 0;
1413
1414 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
1415   return new SROA(RequiresDomTree);
1416 }
1417
1418 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1419                       false, false)
1420 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
1421 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1422                     false, false)
1423
1424 namespace {
1425 /// \brief Visitor to speculate PHIs and Selects where possible.
1426 class PHIOrSelectSpeculator : public InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator> {
1427   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1428   friend class llvm::InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator>;
1429
1430   const DataLayout &TD;
1431   AllocaPartitioning &P;
1432   SROA &Pass;
1433
1434 public:
1435   PHIOrSelectSpeculator(const DataLayout &TD, AllocaPartitioning &P, SROA &Pass)
1436     : TD(TD), P(P), Pass(Pass) {}
1437
1438   /// \brief Visit the users of an alloca partition and rewrite them.
1439   void visitUsers(AllocaPartitioning::const_iterator PI) {
1440     // Note that we need to use an index here as the underlying vector of uses
1441     // may be grown during speculation. However, we never need to re-visit the
1442     // new uses, and so we can use the initial size bound.
1443     for (unsigned Idx = 0, Size = P.use_size(PI); Idx != Size; ++Idx) {
1444       const AllocaPartitioning::PartitionUse &PU = P.getUse(PI, Idx);
1445       if (!PU.U)
1446         continue; // Skip dead use.
1447
1448       visit(cast<Instruction>(PU.U->getUser()));
1449     }
1450   }
1451
1452 private:
1453   // By default, skip this instruction.
1454   void visitInstruction(Instruction &I) {}
1455
1456   /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1457   /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1458   /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1459   /// From this:
1460   ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1461   ///   %V = load i32* %P2
1462   /// to:
1463   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1464   ///   ...
1465   ///   %V2 = load i32* %Other
1466   ///   ...
1467   ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1468   ///
1469   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1470   /// to the select can be loaded unconditionally.
1471   ///
1472   /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1473   /// Transforms/Util/Local.h
1474   bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN, SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
1475     // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1476     // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1477     // TODO: Allow recursive phi users.
1478     // TODO: Allow stores.
1479     BasicBlock *BB = PN.getParent();
1480     unsigned MaxAlign = 0;
1481     for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end();
1482          UI != UE; ++UI) {
1483       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1484       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1485
1486       // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1487       // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1488       // a PHI.
1489       if (LI->getParent() != BB) return false;
1490
1491       // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1492       // could store.
1493       for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1494         if (BBI->mayWriteToMemory())
1495           return false;
1496
1497       MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1498       Loads.push_back(LI);
1499     }
1500
1501     // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1502     // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1503     // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1504     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num;
1505          ++Idx) {
1506       TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1507       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1508
1509       // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1510       // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1511       // in the predecessor.
1512       if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1513         return false;
1514
1515       // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1516       // critical.
1517       if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1518         continue;
1519
1520       // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1521       // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1522       // block.
1523       if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1524           isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, &TD))
1525         continue;
1526
1527       return false;
1528     }
1529
1530     return true;
1531   }
1532
1533   void visitPHINode(PHINode &PN) {
1534     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1535
1536     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
1537     if (!isSafePHIToSpeculate(PN, Loads))
1538       return;
1539
1540     assert(!Loads.empty());
1541
1542     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1543     IRBuilder<> PHIBuilder(&PN);
1544     PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1545                                           PN.getName() + ".sroa.speculated");
1546
1547     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1548     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1549     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(Loads.back());
1550     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1551     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1552
1553     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1554     do {
1555       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
1556       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1557       Pass.DeadInsts.push_back(LI);
1558     } while (!Loads.empty());
1559
1560     // Inject loads into all of the pred blocks.
1561     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1562       BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1563       TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1564       Use *InUse = &PN.getOperandUse(PN.getOperandNumForIncomingValue(Idx));
1565       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1566       IRBuilder<> PredBuilder(TI);
1567
1568       LoadInst *Load
1569         = PredBuilder.CreateLoad(InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." +
1570                                          Pred->getName()));
1571       ++NumLoadsSpeculated;
1572       Load->setAlignment(Align);
1573       if (TBAATag)
1574         Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1575       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1576
1577       Instruction *Ptr = dyn_cast<Instruction>(InVal);
1578       if (!Ptr)
1579         // No uses to rewrite.
1580         continue;
1581
1582       // Try to lookup and rewrite any partition uses corresponding to this phi
1583       // input.
1584       AllocaPartitioning::iterator PI
1585         = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(InUse);
1586       if (PI == P.end())
1587         continue;
1588
1589       // Replace the Use in the PartitionUse for this operand with the Use
1590       // inside the load.
1591       AllocaPartitioning::use_iterator UI
1592         = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(InUse);
1593       assert(isa<PHINode>(*UI->U->getUser()));
1594       UI->U = &Load->getOperandUse(Load->getPointerOperandIndex());
1595     }
1596     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1597   }
1598
1599   /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1600   /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1601   /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1602   /// From this:
1603   ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1604   ///   %V = load i32* %P2
1605   /// to:
1606   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1607   ///   %V2 = load i32* %Other
1608   ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1609   ///
1610   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1611   /// to the select can be loaded unconditionally.
1612   bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
1613                                SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
1614     Value *TValue = SI.getTrueValue();
1615     Value *FValue = SI.getFalseValue();
1616     bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
1617     bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
1618
1619     for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end();
1620          UI != UE; ++UI) {
1621       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1622       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1623
1624       // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1625       // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1626       // accesses to it.
1627       if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI,
1628                                                       LI->getAlignment(), &TD))
1629         return false;
1630       if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI,
1631                                                       LI->getAlignment(), &TD))
1632         return false;
1633       Loads.push_back(LI);
1634     }
1635
1636     return true;
1637   }
1638
1639   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
1640     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1641     IRBuilder<> IRB(&SI);
1642
1643     // If the select isn't safe to speculate, just use simple logic to emit it.
1644     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
1645     if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, Loads))
1646       return;
1647
1648     Use *Ops[2] = { &SI.getOperandUse(1), &SI.getOperandUse(2) };
1649     AllocaPartitioning::iterator PIs[2];
1650     AllocaPartitioning::PartitionUse PUs[2];
1651     for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
1652       PIs[i] = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
1653       if (PIs[i] != P.end()) {
1654         // If the pointer is within the partitioning, remove the select from
1655         // its uses. We'll add in the new loads below.
1656         AllocaPartitioning::use_iterator UI
1657           = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
1658         PUs[i] = *UI;
1659         // Clear out the use here so that the offsets into the use list remain
1660         // stable but this use is ignored when rewriting.
1661         UI->U = 0;
1662       }
1663     }
1664
1665     Value *TV = SI.getTrueValue();
1666     Value *FV = SI.getFalseValue();
1667     // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1668     while (!Loads.empty()) {
1669       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
1670
1671       IRB.SetInsertPoint(LI);
1672       LoadInst *TL =
1673         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1674       LoadInst *FL =
1675         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1676       NumLoadsSpeculated += 2;
1677
1678       // Transfer alignment and TBAA info if present.
1679       TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1680       FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1681       if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1682         TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1683         FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1684       }
1685
1686       Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1687                                   LI->getName() + ".sroa.speculated");
1688
1689       LoadInst *Loads[2] = { TL, FL };
1690       for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
1691         if (PIs[i] != P.end()) {
1692           Use *LoadUse = &Loads[i]->getOperandUse(0);
1693           assert(PUs[i].U->get() == LoadUse->get());
1694           PUs[i].U = LoadUse;
1695           P.use_push_back(PIs[i], PUs[i]);
1696         }
1697       }
1698
1699       DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1700       LI->replaceAllUsesWith(V);
1701       Pass.DeadInsts.push_back(LI);
1702     }
1703   }
1704 };
1705 }
1706
1707 /// \brief Accumulate the constant offsets in a GEP into a single APInt offset.
1708 ///
1709 /// If the provided GEP is all-constant, the total byte offset formed by the
1710 /// GEP is computed and Offset is set to it. If the GEP has any non-constant
1711 /// operands, the function returns false and the value of Offset is unmodified.
1712 static bool accumulateGEPOffsets(const DataLayout &TD, GEPOperator &GEP,
1713                                  APInt &Offset) {
1714   APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1715   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1716        GTI != GTE; ++GTI) {
1717     ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1718     if (!OpC)
1719       return false;
1720     if (OpC->isZero()) continue;
1721
1722     // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
1723     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1724       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1725       const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1726       GEPOffset += APInt(Offset.getBitWidth(),
1727                          SL->getElementOffset(ElementIdx));
1728       continue;
1729     }
1730
1731     APInt TypeSize(Offset.getBitWidth(),
1732                    TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
1733     if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(*GTI)) {
1734       assert((VTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
1735              "vector element size is not a multiple of 8, cannot GEP over it");
1736       TypeSize = VTy->getScalarSizeInBits() / 8;
1737     }
1738
1739     GEPOffset += OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth()) * TypeSize;
1740   }
1741   Offset = GEPOffset;
1742   return true;
1743 }
1744
1745 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1746 ///
1747 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1748 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1749 static Value *buildGEP(IRBuilder<> &IRB, Value *BasePtr,
1750                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1751                        const Twine &Prefix) {
1752   if (Indices.empty())
1753     return BasePtr;
1754
1755   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1756   // in that case.
1757   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1758     return BasePtr;
1759
1760   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, Prefix + ".idx");
1761 }
1762
1763 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1764 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1765 ///
1766 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1767 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1768 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1769 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1770 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1771 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1772 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1773                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1774                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1775                                     const Twine &Prefix) {
1776   if (Ty == TargetTy)
1777     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1778
1779   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1780   // type.
1781   unsigned NumLayers = 0;
1782   Type *ElementTy = Ty;
1783   do {
1784     if (ElementTy->isPointerTy())
1785       break;
1786     if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
1787       ElementTy = SeqTy->getElementType();
1788       Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(TD.getPointerSizeInBits(
1789                 ElementTy->isPointerTy() ? 
1790                 cast<PointerType>(ElementTy)->getAddressSpace(): 0), 0)));
1791     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1792       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1793         break; // Nothing left to descend into.
1794       ElementTy = *STy->element_begin();
1795       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1796     } else {
1797       break;
1798     }
1799     ++NumLayers;
1800   } while (ElementTy != TargetTy);
1801   if (ElementTy != TargetTy)
1802     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1803
1804   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1805 }
1806
1807 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1808 ///
1809 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1810 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1811 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1812                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1813                                        Type *TargetTy,
1814                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1815                                        const Twine &Prefix) {
1816   if (Offset == 0)
1817     return getNaturalGEPWithType(IRB, TD, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, Prefix);
1818
1819   // We can't recurse through pointer types.
1820   if (Ty->isPointerTy())
1821     return 0;
1822
1823   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1824   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1825   // over a vector from the IR completely.
1826   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1827     unsigned ElementSizeInBits = VecTy->getScalarSizeInBits();
1828     if (ElementSizeInBits % 8)
1829       return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1830     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1831     APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1832     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1833       return 0;
1834     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1835     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1836     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, VecTy->getElementType(),
1837                                     Offset, TargetTy, Indices, Prefix);
1838   }
1839
1840   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1841     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1842     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1843     APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1844     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1845       return 0;
1846
1847     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1848     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1849     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1850                                     Indices, Prefix);
1851   }
1852
1853   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1854   if (!STy)
1855     return 0;
1856
1857   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1858   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1859   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1860     return 0;
1861   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1862   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1863   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1864   if (Offset.uge(TD.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1865     return 0; // The offset points into alignment padding.
1866
1867   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1868   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1869                                   Indices, Prefix);
1870 }
1871
1872 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1873 /// resulting in a particular type.
1874 ///
1875 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1876 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1877 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1878 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1879 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1880 ///
1881 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1882 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1883                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1884                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1885                                       const Twine &Prefix) {
1886   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1887
1888   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1889   // an i8.
1890   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
1891     return 0;
1892
1893   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1894   if (!ElementTy->isSized())
1895     return 0; // We can't GEP through an unsized element.
1896   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1897   if (ElementSize == 0)
1898     return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1899   APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1900
1901   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1902   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1903   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1904                                   Indices, Prefix);
1905 }
1906
1907 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1908 /// resulting pointer has PointerTy.
1909 ///
1910 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1911 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1912 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1913 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1914 /// bitcast to the type.
1915 ///
1916 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1917 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1918 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1919 /// properities. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1920 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1921 /// surrounding code.
1922 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1923                              Value *Ptr, APInt Offset, Type *PointerTy,
1924                              const Twine &Prefix) {
1925   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1926   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1927   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1928   Visited.insert(Ptr);
1929   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1930
1931   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1932   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1933   // fall back to it, so keep it around here.
1934   Value *OffsetPtr = 0;
1935
1936   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1937   // byte offset.
1938   Value *Int8Ptr = 0;
1939   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1940
1941   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1942
1943   do {
1944     // First fold any existing GEPs into the offset.
1945     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1946       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1947       if (!accumulateGEPOffsets(TD, *GEP, GEPOffset))
1948         break;
1949       Offset += GEPOffset;
1950       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1951       if (!Visited.insert(Ptr))
1952         break;
1953     }
1954
1955     // See if we can perform a natural GEP here.
1956     Indices.clear();
1957     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, TD, Ptr, Offset, TargetTy,
1958                                            Indices, Prefix)) {
1959       if (P->getType() == PointerTy) {
1960         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1961         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1962           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1963             I->eraseFromParent();
1964         return P;
1965       }
1966       if (!OffsetPtr) {
1967         OffsetPtr = P;
1968       }
1969     }
1970
1971     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1972     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1973       Int8Ptr = Ptr;
1974       Int8PtrOffset = Offset;
1975     }
1976
1977     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1978     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1979       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1980     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1981       if (GA->mayBeOverridden())
1982         break;
1983       Ptr = GA->getAliasee();
1984     } else {
1985       break;
1986     }
1987     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1988   } while (Visited.insert(Ptr));
1989
1990   if (!OffsetPtr) {
1991     if (!Int8Ptr) {
1992       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
1993                                   Prefix + ".raw_cast");
1994       Int8PtrOffset = Offset;
1995     }
1996
1997     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1998       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1999                             Prefix + ".raw_idx");
2000   }
2001   Ptr = OffsetPtr;
2002
2003   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
2004   if (Ptr->getType() != PointerTy)
2005     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, Prefix + ".cast");
2006
2007   return Ptr;
2008 }
2009
2010 /// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to a vector.
2011 ///
2012 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
2013 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
2014 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
2015 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
2016 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
2017 /// be promotable, so we have an early test here.
2018 static bool isVectorPromotionViable(const DataLayout &TD,
2019                                     Type *AllocaTy,
2020                                     AllocaPartitioning &P,
2021                                     uint64_t PartitionBeginOffset,
2022                                     uint64_t PartitionEndOffset,
2023                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2024                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2025   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
2026   if (!Ty)
2027     return false;
2028
2029   uint64_t VecSize = TD.getTypeSizeInBits(Ty);
2030   uint64_t ElementSize = Ty->getScalarSizeInBits();
2031
2032   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
2033   // that aren't byte sized.
2034   if (ElementSize % 8)
2035     return false;
2036   assert((VecSize % 8) == 0 && "vector size not a multiple of element size?");
2037   VecSize /= 8;
2038   ElementSize /= 8;
2039
2040   for (; I != E; ++I) {
2041     if (!I->U)
2042       continue; // Skip dead use.
2043
2044     uint64_t BeginOffset = I->BeginOffset - PartitionBeginOffset;
2045     uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
2046     if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
2047         BeginIndex >= Ty->getNumElements())
2048       return false;
2049     uint64_t EndOffset = I->EndOffset - PartitionBeginOffset;
2050     uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
2051     if (EndIndex * ElementSize != EndOffset ||
2052         EndIndex > Ty->getNumElements())
2053       return false;
2054
2055     // FIXME: We should build shuffle vector instructions to handle
2056     // non-element-sized accesses.
2057     if ((EndOffset - BeginOffset) != ElementSize &&
2058         (EndOffset - BeginOffset) != VecSize)
2059       return false;
2060
2061     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
2062       if (MI->isVolatile())
2063         return false;
2064       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
2065         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2066           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
2067         if (!MTO.IsSplittable)
2068           return false;
2069       }
2070     } else if (I->U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
2071       // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
2072       return false;
2073     } else if (!isa<LoadInst>(I->U->getUser()) &&
2074                !isa<StoreInst>(I->U->getUser())) {
2075       return false;
2076     }
2077   }
2078   return true;
2079 }
2080
2081 /// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to an int.
2082 ///
2083 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
2084 /// partition (and its newly formed alloca) into an integer alloca suitable for
2085 /// promotion to an SSA value. We only can ensure this for a limited set of
2086 /// operations, and we don't want to do the rewrites unless we are confident
2087 /// that the result will be promotable, so we have an early test here.
2088 static bool isIntegerPromotionViable(const DataLayout &TD,
2089                                      Type *AllocaTy,
2090                                      uint64_t AllocBeginOffset,
2091                                      AllocaPartitioning &P,
2092                                      AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2093                                      AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2094   IntegerType *Ty = dyn_cast<IntegerType>(AllocaTy);
2095   if (!Ty || 8*TD.getTypeStoreSize(Ty) != Ty->getBitWidth())
2096     return false;
2097
2098   // Check the uses to ensure the uses are (likely) promoteable integer uses.
2099   // Also ensure that the alloca has a covering load or store. We don't want
2100   // promote because of some other unsplittable entry (which we may make
2101   // splittable later) and lose the ability to promote each element access.
2102   bool WholeAllocaOp = false;
2103   for (; I != E; ++I) {
2104     if (!I->U)
2105       continue; // Skip dead use.
2106
2107     // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
2108     // the end of the aloca's type and into its padding.
2109     if ((I->EndOffset - AllocBeginOffset) > TD.getTypeStoreSize(Ty))
2110       return false;
2111
2112     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->U->getUser())) {
2113       if (LI->isVolatile() || !LI->getType()->isIntegerTy())
2114         return false;
2115       if (LI->getType() == Ty)
2116         WholeAllocaOp = true;
2117     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I->U->getUser())) {
2118       if (SI->isVolatile() || !SI->getValueOperand()->getType()->isIntegerTy())
2119         return false;
2120       if (SI->getValueOperand()->getType() == Ty)
2121         WholeAllocaOp = true;
2122     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
2123       if (MI->isVolatile())
2124         return false;
2125       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
2126         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2127           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
2128         if (!MTO.IsSplittable)
2129           return false;
2130       }
2131     } else {
2132       return false;
2133     }
2134   }
2135   return WholeAllocaOp;
2136 }
2137
2138 namespace {
2139 /// \brief Visitor to rewrite instructions using a partition of an alloca to
2140 /// use a new alloca.
2141 ///
2142 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
2143 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
2144 /// lives here.
2145 class AllocaPartitionRewriter : public InstVisitor<AllocaPartitionRewriter,
2146                                                    bool> {
2147   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2148   friend class llvm::InstVisitor<AllocaPartitionRewriter, bool>;
2149
2150   const DataLayout &TD;
2151   AllocaPartitioning &P;
2152   SROA &Pass;
2153   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2154   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2155
2156   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2157   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2158   // non-null, we have some strict guarantees about the rewriten alloca:
2159   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2160   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2161   //     element.
2162   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2163   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2164   //     which are promotable via mem2reg.
2165   VectorType *VecTy;
2166   Type *ElementTy;
2167   uint64_t ElementSize;
2168
2169   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2170   // alloca has a promotion-targeted integer type due to passing
2171   // isIntegerPromotionViable above. If it is non-null does, the desired
2172   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2173   IntegerType *IntPromotionTy;
2174
2175   // The offset of the partition user currently being rewritten.
2176   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
2177   Use *OldUse;
2178   Instruction *OldPtr;
2179
2180   // The name prefix to use when rewriting instructions for this alloca.
2181   std::string NamePrefix;
2182
2183 public:
2184   AllocaPartitionRewriter(const DataLayout &TD, AllocaPartitioning &P,
2185                           AllocaPartitioning::iterator PI,
2186                           SROA &Pass, AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2187                           uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset)
2188     : TD(TD), P(P), Pass(Pass),
2189       OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2190       NewAllocaBeginOffset(NewBeginOffset),
2191       NewAllocaEndOffset(NewEndOffset),
2192       VecTy(), ElementTy(), ElementSize(), IntPromotionTy(),
2193       BeginOffset(), EndOffset() {
2194   }
2195
2196   /// \brief Visit the users of the alloca partition and rewrite them.
2197   bool visitUsers(AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2198                   AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2199     if (isVectorPromotionViable(TD, NewAI.getAllocatedType(), P,
2200                                 NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset,
2201                                 I, E)) {
2202       ++NumVectorized;
2203       VecTy = cast<VectorType>(NewAI.getAllocatedType());
2204       ElementTy = VecTy->getElementType();
2205       assert((VecTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
2206              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2207       ElementSize = VecTy->getScalarSizeInBits() / 8;
2208     } else if (isIntegerPromotionViable(TD, NewAI.getAllocatedType(),
2209                                         NewAllocaBeginOffset, P, I, E)) {
2210       IntPromotionTy = cast<IntegerType>(NewAI.getAllocatedType());
2211     }
2212     bool CanSROA = true;
2213     for (; I != E; ++I) {
2214       if (!I->U)
2215         continue; // Skip dead uses.
2216       BeginOffset = I->BeginOffset;
2217       EndOffset = I->EndOffset;
2218       OldUse = I->U;
2219       OldPtr = cast<Instruction>(I->U->get());
2220       NamePrefix = (Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset)).str();
2221       CanSROA &= visit(cast<Instruction>(I->U->getUser()));
2222     }
2223     if (VecTy) {
2224       assert(CanSROA);
2225       VecTy = 0;
2226       ElementTy = 0;
2227       ElementSize = 0;
2228     }
2229     return CanSROA;
2230   }
2231
2232 private:
2233   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2234   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2235     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2236     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2237   }
2238
2239   Twine getName(const Twine &Suffix) {
2240     return NamePrefix + Suffix;
2241   }
2242
2243   Value *getAdjustedAllocaPtr(IRBuilder<> &IRB, Type *PointerTy) {
2244     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset);
2245     unsigned AS = cast<PointerType>(PointerTy)->getAddressSpace();
2246     APInt Offset(TD.getPointerSizeInBits(AS), BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2247     return getAdjustedPtr(IRB, TD, &NewAI, Offset, PointerTy, getName(""));
2248   }
2249
2250   /// \brief Compute suitable alignment to access an offset into the new alloca.
2251   unsigned getOffsetAlign(uint64_t Offset) {
2252     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2253     if (!NewAIAlign)
2254       NewAIAlign = TD.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2255     return MinAlign(NewAIAlign, Offset);
2256   }
2257
2258   /// \brief Compute suitable alignment to access this partition of the new
2259   /// alloca.
2260   unsigned getPartitionAlign() {
2261     return getOffsetAlign(BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2262   }
2263
2264   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at an offset of the
2265   /// new alloca.
2266   ///
2267   /// \returns zero if the type's ABI alignment is a suitable alignment,
2268   /// otherwise returns the maximal suitable alignment.
2269   unsigned getOffsetTypeAlign(Type *Ty, uint64_t Offset) {
2270     unsigned Align = getOffsetAlign(Offset);
2271     return Align == TD.getABITypeAlignment(Ty) ? 0 : Align;
2272   }
2273
2274   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at the beginning of
2275   /// this partition of the new alloca.
2276   ///
2277   /// See \c getOffsetTypeAlign for details; this routine delegates to it.
2278   unsigned getPartitionTypeAlign(Type *Ty) {
2279     return getOffsetTypeAlign(Ty, BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2280   }
2281
2282   ConstantInt *getIndex(IRBuilder<> &IRB, uint64_t Offset) {
2283     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2284     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2285     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2286     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2287     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2288     return IRB.getInt32(Index);
2289   }
2290
2291   Value *extractInteger(IRBuilder<> &IRB, IntegerType *TargetTy,
2292                         uint64_t Offset) {
2293     assert(IntPromotionTy && "Alloca is not an integer we can extract from");
2294     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2295                                      getName(".load"));
2296     assert(Offset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2297     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2298     assert(TD.getTypeStoreSize(TargetTy) + RelOffset <=
2299            TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) &&
2300            "Element load outside of alloca store");
2301     uint64_t ShAmt = 8*RelOffset;
2302     if (TD.isBigEndian())
2303       ShAmt = 8*(TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) -
2304                  TD.getTypeStoreSize(TargetTy) - RelOffset);
2305     if (ShAmt)
2306       V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, getName(".shift"));
2307     if (TargetTy != IntPromotionTy) {
2308       assert(TargetTy->getBitWidth() < IntPromotionTy->getBitWidth() &&
2309              "Cannot extract to a larger integer!");
2310       V = IRB.CreateTrunc(V, TargetTy, getName(".trunc"));
2311     }
2312     return V;
2313   }
2314
2315   StoreInst *insertInteger(IRBuilder<> &IRB, Value *V, uint64_t Offset) {
2316     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
2317     if (Ty == IntPromotionTy)
2318       return IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2319
2320     assert(Ty->getBitWidth() < IntPromotionTy->getBitWidth() &&
2321            "Cannot insert a larger integer!");
2322     V = IRB.CreateZExt(V, IntPromotionTy, getName(".ext"));
2323     assert(Offset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2324     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2325     assert(TD.getTypeStoreSize(Ty) + RelOffset <=
2326            TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) &&
2327            "Element store outside of alloca store");
2328     uint64_t ShAmt = 8*RelOffset;
2329     if (TD.isBigEndian())
2330       ShAmt = 8*(TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) - TD.getTypeStoreSize(Ty)
2331                  - RelOffset);
2332     if (ShAmt)
2333       V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, getName(".shift"));
2334
2335     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntPromotionTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
2336     Value *Old = IRB.CreateAnd(IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI,
2337                                                      NewAI.getAlignment(),
2338                                                      getName(".oldload")),
2339                                Mask, getName(".mask"));
2340     return IRB.CreateAlignedStore(IRB.CreateOr(Old, V, getName(".insert")),
2341                                   &NewAI, NewAI.getAlignment());
2342   }
2343
2344   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2345     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2346     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2347       Pass.DeadInsts.push_back(I);
2348   }
2349
2350   Value *getValueCast(IRBuilder<> &IRB, Value *V, Type *Ty) {
2351     if (V->getType()->isIntegerTy() && Ty->isPointerTy())
2352       return IRB.CreateIntToPtr(V, Ty);
2353     if (V->getType()->isPointerTy() && Ty->isIntegerTy())
2354       return IRB.CreatePtrToInt(V, Ty);
2355
2356     return IRB.CreateBitCast(V, Ty);
2357   }
2358
2359   bool rewriteVectorizedLoadInst(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI, Value *OldOp) {
2360     Value *Result;
2361     if (LI.getType() == VecTy->getElementType() ||
2362         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2363       Result = IRB.CreateExtractElement(
2364         IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), getName(".load")),
2365         getIndex(IRB, BeginOffset), getName(".extract"));
2366     } else {
2367       Result = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2368                                      getName(".load"));
2369     }
2370     if (Result->getType() != LI.getType())
2371       Result = getValueCast(IRB, Result, LI.getType());
2372     LI.replaceAllUsesWith(Result);
2373     Pass.DeadInsts.push_back(&LI);
2374
2375     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Result << "\n");
2376     return true;
2377   }
2378
2379   bool rewriteIntegerLoad(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI) {
2380     assert(!LI.isVolatile());
2381     Value *Result = extractInteger(IRB, cast<IntegerType>(LI.getType()),
2382                                    BeginOffset);
2383     LI.replaceAllUsesWith(Result);
2384     Pass.DeadInsts.push_back(&LI);
2385     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Result << "\n");
2386     return true;
2387   }
2388
2389   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2390     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2391     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2392     assert(OldOp == OldPtr);
2393     IRBuilder<> IRB(&LI);
2394
2395     if (VecTy)
2396       return rewriteVectorizedLoadInst(IRB, LI, OldOp);
2397     if (IntPromotionTy)
2398       return rewriteIntegerLoad(IRB, LI);
2399
2400     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2401                                          LI.getPointerOperand()->getType());
2402     LI.setOperand(0, NewPtr);
2403     LI.setAlignment(getPartitionTypeAlign(LI.getType()));
2404     DEBUG(dbgs() << "          to: " << LI << "\n");
2405
2406     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2407     return NewPtr == &NewAI && !LI.isVolatile();
2408   }
2409
2410   bool rewriteVectorizedStoreInst(IRBuilder<> &IRB, StoreInst &SI,
2411                                   Value *OldOp) {
2412     Value *V = SI.getValueOperand();
2413     if (V->getType() == ElementTy ||
2414         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2415       if (V->getType() != ElementTy)
2416         V = getValueCast(IRB, V, ElementTy);
2417       LoadInst *LI = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2418                                            getName(".load"));
2419       V = IRB.CreateInsertElement(LI, V, getIndex(IRB, BeginOffset),
2420                                   getName(".insert"));
2421     } else if (V->getType() != VecTy) {
2422       V = getValueCast(IRB, V, VecTy);
2423     }
2424     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2425     Pass.DeadInsts.push_back(&SI);
2426
2427     (void)Store;
2428     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2429     return true;
2430   }
2431
2432   bool rewriteIntegerStore(IRBuilder<> &IRB, StoreInst &SI) {
2433     assert(!SI.isVolatile());
2434     StoreInst *Store = insertInteger(IRB, SI.getValueOperand(), BeginOffset);
2435     Pass.DeadInsts.push_back(&SI);
2436     (void)Store;
2437     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2438     return true;
2439   }
2440
2441   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2442     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2443     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2444     assert(OldOp == OldPtr);
2445     IRBuilder<> IRB(&SI);
2446
2447     if (VecTy)
2448       return rewriteVectorizedStoreInst(IRB, SI, OldOp);
2449     if (IntPromotionTy)
2450       return rewriteIntegerStore(IRB, SI);
2451
2452     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2453     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2454     if (SI.getValueOperand()->getType()->isPointerTy())
2455       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(SI.getValueOperand()
2456                                                   ->stripInBoundsOffsets()))
2457         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2458
2459     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2460                                          SI.getPointerOperand()->getType());
2461     SI.setOperand(1, NewPtr);
2462     SI.setAlignment(getPartitionTypeAlign(SI.getValueOperand()->getType()));
2463     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2464
2465     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2466     return NewPtr == &NewAI && !SI.isVolatile();
2467   }
2468
2469   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2470     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2471     IRBuilder<> IRB(&II);
2472     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2473
2474     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2475     // pointer to the new alloca.
2476     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2477       II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
2478       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2479       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getPartitionAlign()));
2480
2481       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2482       return false;
2483     }
2484
2485     // Record this instruction for deletion.
2486     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2487       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2488
2489     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2490     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2491
2492     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2493     // a single value type, just emit a memset.
2494     if (!VecTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2495                    EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2496                    !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2497                    !TD.isLegalInteger(TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy)))) {
2498       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2499       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2500       CallInst *New
2501         = IRB.CreateMemSet(getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2502                                                 II.getRawDest()->getType()),
2503                            II.getValue(), Size, getPartitionAlign(),
2504                            II.isVolatile());
2505       (void)New;
2506       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2507       return false;
2508     }
2509
2510     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2511     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2512     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2513     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, bitcasting to the
2514     // desired scalar type, and splatting it across any desired vector type.
2515     Value *V = II.getValue();
2516     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2517     Type *IntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(),
2518                                   TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy));
2519     if (TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy) > VTy->getBitWidth())
2520       V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, IntTy, getName(".zext")),
2521                         ConstantExpr::getUDiv(
2522                           Constant::getAllOnesValue(IntTy),
2523                           ConstantExpr::getZExt(
2524                             Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2525                             IntTy)),
2526                         getName(".isplat"));
2527     if (V->getType() != ScalarTy) {
2528       if (ScalarTy->isPointerTy())
2529         V = IRB.CreateIntToPtr(V, ScalarTy);
2530       else if (ScalarTy->isPrimitiveType() || ScalarTy->isVectorTy())
2531         V = IRB.CreateBitCast(V, ScalarTy);
2532       else if (ScalarTy->isIntegerTy())
2533         llvm_unreachable("Computed different integer types with equal widths");
2534       else
2535         llvm_unreachable("Invalid scalar type");
2536     }
2537
2538     // If this is an element-wide memset of a vectorizable alloca, insert it.
2539     if (VecTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2540                   EndOffset < NewAllocaEndOffset)) {
2541       StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(
2542         IRB.CreateInsertElement(IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI,
2543                                                       NewAI.getAlignment(),
2544                                                       getName(".load")),
2545                                 V, getIndex(IRB, BeginOffset),
2546                                 getName(".insert")),
2547         &NewAI, NewAI.getAlignment());
2548       (void)Store;
2549       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2550       return true;
2551     }
2552
2553     // Splat to a vector if needed.
2554     if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy)) {
2555       VectorType *SplatSourceTy = VectorType::get(V->getType(), 1);
2556       V = IRB.CreateShuffleVector(
2557         IRB.CreateInsertElement(UndefValue::get(SplatSourceTy), V,
2558                                 IRB.getInt32(0), getName(".vsplat.insert")),
2559         UndefValue::get(SplatSourceTy),
2560         ConstantVector::getSplat(VecTy->getNumElements(), IRB.getInt32(0)),
2561         getName(".vsplat.shuffle"));
2562       assert(V->getType() == VecTy);
2563     }
2564
2565     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2566                                         II.isVolatile());
2567     (void)New;
2568     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2569     return !II.isVolatile();
2570   }
2571
2572   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2573     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2574     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2575
2576     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2577     IRBuilder<> IRB(&II);
2578
2579     assert(II.getRawSource() == OldPtr || II.getRawDest() == OldPtr);
2580     bool IsDest = II.getRawDest() == OldPtr;
2581
2582     const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2583       = P.getMemTransferOffsets(II);
2584
2585     assert(OldPtr->getType()->isPointerTy() && "Must be a pointer type!");
2586     unsigned AS = cast<PointerType>(OldPtr->getType())->getAddressSpace();
2587     // Compute the relative offset within the transfer.
2588     unsigned IntPtrWidth = TD.getPointerSizeInBits(AS);
2589     APInt RelOffset(IntPtrWidth, BeginOffset - (IsDest ? MTO.DestBegin
2590                                                        : MTO.SourceBegin));
2591
2592     unsigned Align = II.getAlignment();
2593     if (Align > 1)
2594       Align = MinAlign(RelOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue(),
2595                        MinAlign(II.getAlignment(), getPartitionAlign()));
2596
2597     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2598     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2599     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2600     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2601     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2602     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2603     // update both source and dest of a single call.
2604     if (!MTO.IsSplittable) {
2605       Value *OldOp = IsDest ? II.getRawDest() : II.getRawSource();
2606       if (IsDest)
2607         II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
2608       else
2609         II.setSource(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawSource()->getType()));
2610
2611       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2612       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, Align));
2613
2614       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2615       deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2616       return false;
2617     }
2618     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2619     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2620     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2621     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2622     // downsides to splitting and transforming the operations.
2623
2624     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2625     // a single value type, just emit a memcpy.
2626     bool EmitMemCpy
2627       = !VecTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2628                    EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2629                    !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2630
2631     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2632     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2633     // a no-op.
2634     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2635       uint64_t OrigBegin = IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin;
2636       uint64_t OrigEnd = IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd;
2637       // Ensure the start lines up.
2638       assert(BeginOffset == OrigBegin);
2639       (void)OrigBegin;
2640
2641       // Rewrite the size as needed.
2642       if (EndOffset != OrigEnd)
2643         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2644                                       EndOffset - BeginOffset));
2645       return false;
2646     }
2647     // Record this instruction for deletion.
2648     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2649       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2650
2651     bool IsVectorElement = VecTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2652                                      EndOffset < NewAllocaEndOffset);
2653
2654     Type *OtherPtrTy = IsDest ? II.getRawSource()->getType()
2655                               : II.getRawDest()->getType();
2656     if (!EmitMemCpy)
2657       OtherPtrTy = IsVectorElement ? VecTy->getElementType()->getPointerTo()
2658                                    : NewAI.getType();
2659
2660     // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2661     // a single, simple GEP in most cases.
2662     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2663     OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, TD, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy,
2664                               getName("." + OtherPtr->getName()));
2665
2666     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2667     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2668     if (AllocaInst *AI
2669           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets()))
2670       Pass.Worklist.insert(AI);
2671
2672     if (EmitMemCpy) {
2673       Value *OurPtr
2674         = getAdjustedAllocaPtr(IRB, IsDest ? II.getRawDest()->getType()
2675                                            : II.getRawSource()->getType());
2676       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2677       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2678
2679       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(IsDest ? OurPtr : OtherPtr,
2680                                        IsDest ? OtherPtr : OurPtr,
2681                                        Size, Align, II.isVolatile());
2682       (void)New;
2683       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2684       return false;
2685     }
2686
2687     // Note that we clamp the alignment to 1 here as a 0 alignment for a memcpy
2688     // is equivalent to 1, but that isn't true if we end up rewriting this as
2689     // a load or store.
2690     if (!Align)
2691       Align = 1;
2692
2693     Value *SrcPtr = OtherPtr;
2694     Value *DstPtr = &NewAI;
2695     if (!IsDest)
2696       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2697
2698     Value *Src;
2699     if (IsVectorElement && !IsDest) {
2700       // We have to extract rather than load.
2701       Src = IRB.CreateExtractElement(
2702         IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, getName(".copyload")),
2703         getIndex(IRB, BeginOffset),
2704         getName(".copyextract"));
2705     } else {
2706       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, II.isVolatile(),
2707                                   getName(".copyload"));
2708     }
2709
2710     if (IsVectorElement && IsDest) {
2711       // We have to insert into a loaded copy before storing.
2712       Src = IRB.CreateInsertElement(
2713         IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), getName(".load")),
2714         Src, getIndex(IRB, BeginOffset),
2715         getName(".insert"));
2716     }
2717
2718     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2719       IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, Align, II.isVolatile()));
2720     (void)Store;
2721     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2722     return !II.isVolatile();
2723   }
2724
2725   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2726     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2727            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2728     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2729     IRBuilder<> IRB(&II);
2730     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2731
2732     // Record this instruction for deletion.
2733     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2734       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2735
2736     ConstantInt *Size
2737       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2738                          EndOffset - BeginOffset);
2739     Value *Ptr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getArgOperand(1)->getType());
2740     Value *New;
2741     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2742       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2743     else
2744       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2745
2746     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2747     return true;
2748   }
2749
2750   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2751     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2752
2753     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2754     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2755     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2756     // dominate the PHI.
2757     IRBuilder<> PtrBuilder(cast<Instruction>(OldPtr));
2758
2759     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2760     // Replace the operands which were using the old pointer.
2761     User::op_iterator OI = PN.op_begin(), OE = PN.op_end();
2762     for (; OI != OE; ++OI)
2763       if (*OI == OldPtr)
2764         *OI = NewPtr;
2765
2766     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2767     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2768     return false;
2769   }
2770
2771   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2772     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2773     IRBuilder<> IRB(&SI);
2774
2775     // Find the operand we need to rewrite here.
2776     bool IsTrueVal = SI.getTrueValue() == OldPtr;
2777     if (IsTrueVal)
2778       assert(SI.getFalseValue() != OldPtr && "Pointer is both operands!");
2779     else
2780       assert(SI.getFalseValue() == OldPtr && "Pointer isn't an operand!");
2781
2782     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, OldPtr->getType());
2783     SI.setOperand(IsTrueVal ? 1 : 2, NewPtr);
2784     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2785     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2786     return false;
2787   }
2788
2789 };
2790 }
2791
2792 namespace {
2793 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2794 ///
2795 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2796 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2797 /// with scalar loads and stores.
2798 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2799   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2800   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2801
2802   const DataLayout &TD;
2803
2804   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2805   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2806
2807   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2808   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2809
2810   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2811   /// value (as opposed to the user).
2812   Use *U;
2813
2814 public:
2815   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &TD) : TD(TD) {}
2816
2817   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2818   /// it.
2819   bool rewrite(Instruction &I) {
2820     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2821     enqueueUsers(I);
2822     bool Changed = false;
2823     while (!Queue.empty()) {
2824       U = Queue.pop_back_val();
2825       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2826     }
2827     return Changed;
2828   }
2829
2830 private:
2831   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2832   /// This uses a set to de-duplicate users.
2833   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2834     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
2835          ++UI)
2836       if (Visited.insert(*UI))
2837         Queue.push_back(&UI.getUse());
2838   }
2839
2840   // Conservative default is to not rewrite anything.
2841   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2842
2843   /// \brief Generic recursive split emission class.
2844   template <typename Derived>
2845   class OpSplitter {
2846   protected:
2847     /// The builder used to form new instructions.
2848     IRBuilder<> IRB;
2849     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
2850     /// appropriate value within the aggregate.
2851     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2852     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
2853     /// within the aggregate.
2854     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2855     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
2856     /// split operations.
2857     Value *Ptr;
2858
2859     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
2860     /// single zero GEP index.
2861     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2862       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
2863
2864   public:
2865     /// \brief Generic recursive split emission routine.
2866     ///
2867     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2868     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2869     /// and emits that single value operation via the template argument.
2870     ///
2871     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
2872     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
2873     /// formatted differently (GEPs need actual values).
2874     ///
2875     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
2876     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
2877     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
2878     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2879       if (Ty->isSingleValueType())
2880         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
2881
2882       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2883         unsigned OldSize = Indices.size();
2884         (void)OldSize;
2885         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
2886              ++Idx) {
2887           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2888           Indices.push_back(Idx);
2889           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2890           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2891           GEPIndices.pop_back();
2892           Indices.pop_back();
2893         }
2894         return;
2895       }
2896
2897       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2898         unsigned OldSize = Indices.size();
2899         (void)OldSize;
2900         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
2901              ++Idx) {
2902           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2903           Indices.push_back(Idx);
2904           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2905           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2906           GEPIndices.pop_back();
2907           Indices.pop_back();
2908         }
2909         return;
2910       }
2911
2912       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
2913     }
2914   };
2915
2916   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
2917     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2918       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2919
2920     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
2921     /// recursive emission to actually load values.
2922     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2923       assert(Ty->isSingleValueType());
2924       // Load the single value and insert it using the indices.
2925       Value *Load = IRB.CreateLoad(IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices,
2926                                                          Name + ".gep"),
2927                                    Name + ".load");
2928       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
2929       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
2930     }
2931   };
2932
2933   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2934     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
2935     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
2936       return false;
2937
2938     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
2939     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2940     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
2941     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
2942     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
2943     LI.replaceAllUsesWith(V);
2944     LI.eraseFromParent();
2945     return true;
2946   }
2947
2948   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
2949     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2950       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2951
2952     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
2953     /// recursive emission to actually produce stores.
2954     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2955       assert(Ty->isSingleValueType());
2956       // Extract the single value and store it using the indices.
2957       Value *Store = IRB.CreateStore(
2958         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
2959         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
2960       (void)Store;
2961       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2962     }
2963   };
2964
2965   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2966     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
2967       return false;
2968     Value *V = SI.getValueOperand();
2969     if (V->getType()->isSingleValueType())
2970       return false;
2971
2972     // We have an aggregate being stored, split it apart.
2973     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2974     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
2975     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
2976     SI.eraseFromParent();
2977     return true;
2978   }
2979
2980   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
2981     enqueueUsers(BC);
2982     return false;
2983   }
2984
2985   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
2986     enqueueUsers(GEPI);
2987     return false;
2988   }
2989
2990   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2991     enqueueUsers(PN);
2992     return false;
2993   }
2994
2995   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2996     enqueueUsers(SI);
2997     return false;
2998   }
2999 };
3000 }
3001
3002 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
3003 /// offset and size.
3004 ///
3005 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
3006 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
3007 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
3008 /// and the same for structs.
3009 ///
3010 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
3011 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
3012 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
3013 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
3014 /// return a type if necessary.
3015 static Type *getTypePartition(const DataLayout &TD, Type *Ty,
3016                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
3017   if (Offset == 0 && TD.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
3018     return Ty;
3019
3020   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
3021     // We can't partition pointers...
3022     if (SeqTy->isPointerTy())
3023       return 0;
3024
3025     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
3026     uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
3027     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
3028     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy))
3029       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
3030         return 0;
3031     if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy))
3032       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
3033         return 0;
3034     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3035
3036     // First check if we need to recurse.
3037     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3038       // Bail if the partition ends in a different array element.
3039       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3040         return 0;
3041       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3042       return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
3043     }
3044     assert(Offset == 0);
3045
3046     if (Size == ElementSize)
3047       return ElementTy;
3048     assert(Size > ElementSize);
3049     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3050     if (NumElements * ElementSize != Size)
3051       return 0;
3052     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3053   }
3054
3055   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3056   if (!STy)
3057     return 0;
3058
3059   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
3060   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3061     return 0;
3062   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3063   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3064     return 0;
3065
3066   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3067   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3068
3069   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3070   uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
3071   if (Offset >= ElementSize)
3072     return 0; // The offset points into alignment padding.
3073
3074   // See if any partition must be contained by the element.
3075   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3076     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3077       return 0;
3078     return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
3079   }
3080   assert(Offset == 0);
3081
3082   if (Size == ElementSize)
3083     return ElementTy;
3084
3085   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3086                                EE = STy->element_end();
3087   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3088     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3089     if (Index == EndIndex)
3090       return 0; // Within a single element and its padding.
3091
3092     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3093     // expected size.
3094     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3095     // sub-struct to find a natural end point.
3096     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3097       return 0;
3098
3099     assert(Index < EndIndex);
3100     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3101   }
3102
3103   // Try to build up a sub-structure.
3104   SmallVector<Type *, 4> ElementTys;
3105   do {
3106     ElementTys.push_back(*EI++);
3107   } while (EI != EE);
3108   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), ElementTys,
3109                                       STy->isPacked());
3110   const StructLayout *SubSL = TD.getStructLayout(SubTy);
3111   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3112     return 0; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3113
3114   return SubTy;
3115 }
3116
3117 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3118 ///
3119 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3120 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3121 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3122 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3123 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3124 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3125 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3126 /// promoted.
3127 bool SROA::rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
3128                                   AllocaPartitioning &P,
3129                                   AllocaPartitioning::iterator PI) {
3130   uint64_t AllocaSize = PI->EndOffset - PI->BeginOffset;
3131   bool IsLive = false;
3132   for (AllocaPartitioning::use_iterator UI = P.use_begin(PI),
3133                                         UE = P.use_end(PI);
3134        UI != UE && !IsLive; ++UI)
3135     if (UI->U)
3136       IsLive = true;
3137   if (!IsLive)
3138     return false; // No live uses left of this partition.
3139
3140   DEBUG(dbgs() << "Speculating PHIs and selects in partition "
3141                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ")\n");
3142
3143   PHIOrSelectSpeculator Speculator(*TD, P, *this);
3144   DEBUG(dbgs() << "  speculating ");
3145   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
3146   Speculator.visitUsers(PI);
3147
3148   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3149   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3150   // or an i8 array of an appropriate size.
3151   Type *AllocaTy = 0;
3152   if (Type *PartitionTy = P.getCommonType(PI))
3153     if (TD->getTypeAllocSize(PartitionTy) >= AllocaSize)
3154       AllocaTy = PartitionTy;
3155   if (!AllocaTy)
3156     if (Type *PartitionTy = getTypePartition(*TD, AI.getAllocatedType(),
3157                                              PI->BeginOffset, AllocaSize))
3158       AllocaTy = PartitionTy;
3159   if ((!AllocaTy ||
3160        (AllocaTy->isArrayTy() &&
3161         AllocaTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3162       TD->isLegalInteger(AllocaSize * 8))
3163     AllocaTy = Type::getIntNTy(*C, AllocaSize * 8);
3164   if (!AllocaTy)
3165     AllocaTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), AllocaSize);
3166   assert(TD->getTypeAllocSize(AllocaTy) >= AllocaSize);
3167
3168   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3169   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3170   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3171   // performe phi and select speculation.
3172   AllocaInst *NewAI;
3173   if (AllocaTy == AI.getAllocatedType()) {
3174     assert(PI->BeginOffset == 0 &&
3175            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3176     assert(PI == P.begin() && "Begin offset is zero on later partition");
3177     NewAI = &AI;
3178   } else {
3179     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3180     if (!Alignment) {
3181       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3182       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3183       // type.
3184       Alignment = TD->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3185     }
3186     Alignment = MinAlign(Alignment, PI->BeginOffset);
3187     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3188     // the alloca's alignment unconstrained.
3189     if (Alignment <= TD->getABITypeAlignment(AllocaTy))
3190       Alignment = 0;
3191     NewAI = new AllocaInst(AllocaTy, 0, Alignment,
3192                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(PI - P.begin()),
3193                            &AI);
3194     ++NumNewAllocas;
3195   }
3196
3197   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3198                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ") to: "
3199                << *NewAI << "\n");
3200
3201   // Track the high watermark of the post-promotion worklist. We will reset it
3202   // to this point if the alloca is not in fact scheduled for promotion.
3203   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3204
3205   AllocaPartitionRewriter Rewriter(*TD, P, PI, *this, AI, *NewAI,
3206                                    PI->BeginOffset, PI->EndOffset);
3207   DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3208   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
3209   bool Promotable = Rewriter.visitUsers(P.use_begin(PI), P.use_end(PI));
3210   if (Promotable) {
3211     DEBUG(dbgs() << "  and queuing for promotion\n");
3212     PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3213   } else if (NewAI != &AI) {
3214     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3215     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3216     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3217     Worklist.insert(NewAI);
3218   }
3219
3220   // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3221   if (!Promotable)
3222     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3223       PostPromotionWorklist.pop_back();
3224
3225   return true;
3226 }
3227
3228 /// \brief Walks the partitioning of an alloca rewriting uses of each partition.
3229 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P) {
3230   bool Changed = false;
3231   for (AllocaPartitioning::iterator PI = P.begin(), PE = P.end(); PI != PE;
3232        ++PI)
3233     Changed |= rewriteAllocaPartition(AI, P, PI);
3234
3235   return Changed;
3236 }
3237
3238 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3239 ///
3240 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3241 /// a partitioning of the alloca, and then hands it off to be split and
3242 /// rewritten as needed.
3243 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3244   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3245   ++NumAllocasAnalyzed;
3246
3247   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3248   if (AI.use_empty()) {
3249     AI.eraseFromParent();
3250     return true;
3251   }
3252
3253   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3254   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3255       TD->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3256     return false;
3257
3258   bool Changed = false;
3259
3260   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3261   // better splitting and promotion opportunities.
3262   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*TD);
3263   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3264
3265   // Build the partition set using a recursive instruction-visiting builder.
3266   AllocaPartitioning P(*TD, AI);
3267   DEBUG(P.print(dbgs()));
3268   if (P.isEscaped())
3269     return Changed;
3270
3271   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3272   for (AllocaPartitioning::dead_user_iterator DI = P.dead_user_begin(),
3273                                               DE = P.dead_user_end();
3274        DI != DE; ++DI) {
3275     Changed = true;
3276     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
3277     DeadInsts.push_back(*DI);
3278   }
3279   for (AllocaPartitioning::dead_op_iterator DO = P.dead_op_begin(),
3280                                             DE = P.dead_op_end();
3281        DO != DE; ++DO) {
3282     Value *OldV = **DO;
3283     // Clobber the use with an undef value.
3284     **DO = UndefValue::get(OldV->getType());
3285     if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3286       if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3287         Changed = true;
3288         DeadInsts.push_back(OldI);
3289       }
3290   }
3291
3292   // No partitions to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3293   if (P.begin() == P.end())
3294     return Changed;
3295
3296   return splitAlloca(AI, P) || Changed;
3297 }
3298
3299 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3300 ///
3301 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3302 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3303 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3304 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3305 ///
3306 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3307 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3308 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst*, 4> &DeletedAllocas) {
3309   DeadSplitInsts.clear();
3310   while (!DeadInsts.empty()) {
3311     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3312     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3313
3314     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
3315       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
3316         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3317         *OI = 0;
3318         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3319           DeadInsts.push_back(U);
3320       }
3321
3322     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3323       DeletedAllocas.insert(AI);
3324
3325     ++NumDeleted;
3326     I->eraseFromParent();
3327   }
3328 }
3329
3330 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3331 ///
3332 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3333 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3334 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3335 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3336 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3337 /// promotion occured.
3338 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3339   if (PromotableAllocas.empty())
3340     return false;
3341
3342   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3343
3344   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3345     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3346     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT);
3347     PromotableAllocas.clear();
3348     return true;
3349   }
3350
3351   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3352   SSAUpdater SSA;
3353   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3354   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
3355
3356   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3357     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3358     for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
3359          UI != UE;) {
3360       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
3361       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3362       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3363       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3364       // scalar values produced.
3365       if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
3366         assert(onlyUsedByLifetimeMarkers(I) &&
3367                "Found a bitcast used outside of a lifetime marker.");
3368         while (!I->use_empty())
3369           cast<Instruction>(*I->use_begin())->eraseFromParent();
3370         I->eraseFromParent();
3371         continue;
3372       }
3373       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3374         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3375                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3376         II->eraseFromParent();
3377         continue;
3378       }
3379
3380       Insts.push_back(I);
3381     }
3382     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3383     Insts.clear();
3384   }
3385
3386   PromotableAllocas.clear();
3387   return true;
3388 }
3389
3390 namespace {
3391   /// \brief A predicate to test whether an alloca belongs to a set.
3392   class IsAllocaInSet {
3393     typedef SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> SetType;
3394     const SetType &Set;
3395
3396   public:
3397     typedef AllocaInst *argument_type;
3398
3399     IsAllocaInSet(const SetType &Set) : Set(Set) {}
3400     bool operator()(AllocaInst *AI) const { return Set.count(AI); }
3401   };
3402 }
3403
3404 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3405   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3406   C = &F.getContext();
3407   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
3408   if (!TD) {
3409     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3410     return false;
3411   }
3412   DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
3413
3414   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3415   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = llvm::prior(EntryBB.end());
3416        I != E; ++I)
3417     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3418       Worklist.insert(AI);
3419
3420   bool Changed = false;
3421   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3422   // the list of promotable allocas.
3423   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3424
3425   do {
3426     while (!Worklist.empty()) {
3427       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3428       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3429
3430       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3431       // continue processing them.
3432       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3433         Worklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3434         PostPromotionWorklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3435         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3436                                                PromotableAllocas.end(),
3437                                                IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
3438                                 PromotableAllocas.end());
3439         DeletedAllocas.clear();
3440       }
3441     }
3442
3443     Changed |= promoteAllocas(F);
3444
3445     Worklist = PostPromotionWorklist;
3446     PostPromotionWorklist.clear();
3447   } while (!Worklist.empty());
3448
3449   return Changed;
3450 }
3451
3452 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3453   if (RequiresDomTree)
3454     AU.addRequired<DominatorTree>();
3455   AU.setPreservesCFG();
3456 }