ff08401377024a7d8ce0000ad67f613ab45cec7e
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / SROA.cpp
1 //===- SROA.cpp - Scalar Replacement Of Aggregates ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This transformation implements the well known scalar replacement of
11 /// aggregates transformation. It tries to identify promotable elements of an
12 /// aggregate alloca, and promote them to registers. It will also try to
13 /// convert uses of an element (or set of elements) of an alloca into a vector
14 /// or bitfield-style integer scalar if appropriate.
15 ///
16 /// It works to do this with minimal slicing of the alloca so that regions
17 /// which are merely transferred in and out of external memory remain unchanged
18 /// and are not decomposed to scalar code.
19 ///
20 /// Because this also performs alloca promotion, it can be thought of as also
21 /// serving the purpose of SSA formation. The algorithm iterates on the
22 /// function until all opportunities for promotion have been realized.
23 ///
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25
26 #define DEBUG_TYPE "sroa"
27 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
28 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
29 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
32 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
33 #include "llvm/Analysis/PtrUseVisitor.h"
34 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
35 #include "llvm/DIBuilder.h"
36 #include "llvm/DebugInfo.h"
37 #include "llvm/IR/Constants.h"
38 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
39 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
40 #include "llvm/IR/Dominators.h"
41 #include "llvm/IR/Function.h"
42 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
43 #include "llvm/IR/Instructions.h"
44 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
45 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
46 #include "llvm/IR/Operator.h"
47 #include "llvm/InstVisitor.h"
48 #include "llvm/Pass.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Compiler.h"
51 #include "llvm/Support/Debug.h"
52 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
53 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
54 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
55 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
58 using namespace llvm;
59
60 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
61 STATISTIC(NumAllocaPartitions, "Number of alloca partitions formed");
62 STATISTIC(MaxPartitionsPerAlloca, "Maximum number of partitions per alloca");
63 STATISTIC(NumAllocaPartitionUses, "Number of alloca partition uses rewritten");
64 STATISTIC(MaxUsesPerAllocaPartition, "Maximum number of uses of a partition");
65 STATISTIC(NumNewAllocas, "Number of new, smaller allocas introduced");
66 STATISTIC(NumPromoted, "Number of allocas promoted to SSA values");
67 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
68 STATISTIC(NumDeleted, "Number of instructions deleted");
69 STATISTIC(NumVectorized, "Number of vectorized aggregates");
70
71 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
72 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
73 static cl::opt<bool>
74 ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false), cl::Hidden);
75
76 namespace {
77 /// \brief A custom IRBuilder inserter which prefixes all names if they are
78 /// preserved.
79 template <bool preserveNames = true>
80 class IRBuilderPrefixedInserter :
81     public IRBuilderDefaultInserter<preserveNames> {
82   std::string Prefix;
83
84 public:
85   void SetNamePrefix(const Twine &P) { Prefix = P.str(); }
86
87 protected:
88   void InsertHelper(Instruction *I, const Twine &Name, BasicBlock *BB,
89                     BasicBlock::iterator InsertPt) const {
90     IRBuilderDefaultInserter<preserveNames>::InsertHelper(
91         I, Name.isTriviallyEmpty() ? Name : Prefix + Name, BB, InsertPt);
92   }
93 };
94
95 // Specialization for not preserving the name is trivial.
96 template <>
97 class IRBuilderPrefixedInserter<false> :
98     public IRBuilderDefaultInserter<false> {
99 public:
100   void SetNamePrefix(const Twine &P) {}
101 };
102
103 /// \brief Provide a typedef for IRBuilder that drops names in release builds.
104 #ifndef NDEBUG
105 typedef llvm::IRBuilder<true, ConstantFolder,
106                         IRBuilderPrefixedInserter<true> > IRBuilderTy;
107 #else
108 typedef llvm::IRBuilder<false, ConstantFolder,
109                         IRBuilderPrefixedInserter<false> > IRBuilderTy;
110 #endif
111 }
112
113 namespace {
114 /// \brief A used slice of an alloca.
115 ///
116 /// This structure represents a slice of an alloca used by some instruction. It
117 /// stores both the begin and end offsets of this use, a pointer to the use
118 /// itself, and a flag indicating whether we can classify the use as splittable
119 /// or not when forming partitions of the alloca.
120 class Slice {
121   /// \brief The beginning offset of the range.
122   uint64_t BeginOffset;
123
124   /// \brief The ending offset, not included in the range.
125   uint64_t EndOffset;
126
127   /// \brief Storage for both the use of this slice and whether it can be
128   /// split.
129   PointerIntPair<Use *, 1, bool> UseAndIsSplittable;
130
131 public:
132   Slice() : BeginOffset(), EndOffset() {}
133   Slice(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U, bool IsSplittable)
134       : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset),
135         UseAndIsSplittable(U, IsSplittable) {}
136
137   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
138   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
139
140   bool isSplittable() const { return UseAndIsSplittable.getInt(); }
141   void makeUnsplittable() { UseAndIsSplittable.setInt(false); }
142
143   Use *getUse() const { return UseAndIsSplittable.getPointer(); }
144
145   bool isDead() const { return getUse() == 0; }
146   void kill() { UseAndIsSplittable.setPointer(0); }
147
148   /// \brief Support for ordering ranges.
149   ///
150   /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
151   /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
152   /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
153   /// same start position.
154   bool operator<(const Slice &RHS) const {
155     if (beginOffset() < RHS.beginOffset()) return true;
156     if (beginOffset() > RHS.beginOffset()) return false;
157     if (isSplittable() != RHS.isSplittable()) return !isSplittable();
158     if (endOffset() > RHS.endOffset()) return true;
159     return false;
160   }
161
162   /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
163   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(const Slice &LHS,
164                                               uint64_t RHSOffset) {
165     return LHS.beginOffset() < RHSOffset;
166   }
167   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
168                                               const Slice &RHS) {
169     return LHSOffset < RHS.beginOffset();
170   }
171
172   bool operator==(const Slice &RHS) const {
173     return isSplittable() == RHS.isSplittable() &&
174            beginOffset() == RHS.beginOffset() && endOffset() == RHS.endOffset();
175   }
176   bool operator!=(const Slice &RHS) const { return !operator==(RHS); }
177 };
178 } // end anonymous namespace
179
180 namespace llvm {
181 template <typename T> struct isPodLike;
182 template <> struct isPodLike<Slice> {
183    static const bool value = true;
184 };
185 }
186
187 namespace {
188 /// \brief Representation of the alloca slices.
189 ///
190 /// This class represents the slices of an alloca which are formed by its
191 /// various uses. If a pointer escapes, we can't fully build a representation
192 /// for the slices used and we reflect that in this structure. The uses are
193 /// stored, sorted by increasing beginning offset and with unsplittable slices
194 /// starting at a particular offset before splittable slices.
195 class AllocaSlices {
196 public:
197   /// \brief Construct the slices of a particular alloca.
198   AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI);
199
200   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
201   ///
202   /// If this is true, the slices are never fully built and should be
203   /// ignored.
204   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
205
206   /// \brief Support for iterating over the slices.
207   /// @{
208   typedef SmallVectorImpl<Slice>::iterator iterator;
209   iterator begin() { return Slices.begin(); }
210   iterator end() { return Slices.end(); }
211
212   typedef SmallVectorImpl<Slice>::const_iterator const_iterator;
213   const_iterator begin() const { return Slices.begin(); }
214   const_iterator end() const { return Slices.end(); }
215   /// @}
216
217   /// \brief Allow iterating the dead users for this alloca.
218   ///
219   /// These are instructions which will never actually use the alloca as they
220   /// are outside the allocated range. They are safe to replace with undef and
221   /// delete.
222   /// @{
223   typedef SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator dead_user_iterator;
224   dead_user_iterator dead_user_begin() const { return DeadUsers.begin(); }
225   dead_user_iterator dead_user_end() const { return DeadUsers.end(); }
226   /// @}
227
228   /// \brief Allow iterating the dead expressions referring to this alloca.
229   ///
230   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
231   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
232   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
233   /// need to replace with undef.
234   /// @{
235   typedef SmallVectorImpl<Use *>::const_iterator dead_op_iterator;
236   dead_op_iterator dead_op_begin() const { return DeadOperands.begin(); }
237   dead_op_iterator dead_op_end() const { return DeadOperands.end(); }
238   /// @}
239
240 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
241   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
242   void printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
243                   StringRef Indent = "  ") const;
244   void printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
245                 StringRef Indent = "  ") const;
246   void print(raw_ostream &OS) const;
247   void dump(const_iterator I) const;
248   void dump() const;
249 #endif
250
251 private:
252   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
253   class SliceBuilder;
254   friend class AllocaSlices::SliceBuilder;
255
256 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
257   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
258   AllocaInst &AI;
259 #endif
260
261   /// \brief The instruction responsible for this alloca not having a known set
262   /// of slices.
263   ///
264   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
265   /// store a pointer to that here and abort trying to form slices of the
266   /// alloca. This will be null if the alloca slices are analyzed successfully.
267   Instruction *PointerEscapingInstr;
268
269   /// \brief The slices of the alloca.
270   ///
271   /// We store a vector of the slices formed by uses of the alloca here. This
272   /// vector is sorted by increasing begin offset, and then the unsplittable
273   /// slices before the splittable ones. See the Slice inner class for more
274   /// details.
275   SmallVector<Slice, 8> Slices;
276
277   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
278   ///
279   /// Note that these are not separated by slice. This is because we expect an
280   /// alloca to be completely rewritten or not rewritten at all. If rewritten,
281   /// all these instructions can simply be removed and replaced with undef as
282   /// they come from outside of the allocated space.
283   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
284
285   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
286   ///
287   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
288   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
289   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
290   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
291   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
292   /// the alloca.
293   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
294 };
295 }
296
297 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
298   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
299   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
300   // early on.
301   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
302     return SI.getOperand(1+CI->isZero());
303   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
304     return SI.getOperand(1);
305
306   return 0;
307 }
308
309 /// \brief Builder for the alloca slices.
310 ///
311 /// This class builds a set of alloca slices by recursively visiting the uses
312 /// of an alloca and making a slice for each load and store at each offset.
313 class AllocaSlices::SliceBuilder : public PtrUseVisitor<SliceBuilder> {
314   friend class PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
315   friend class InstVisitor<SliceBuilder>;
316   typedef PtrUseVisitor<SliceBuilder> Base;
317
318   const uint64_t AllocSize;
319   AllocaSlices &S;
320
321   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferSliceMap;
322   SmallDenseMap<Instruction *, uint64_t> PHIOrSelectSizes;
323
324   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
325   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
326
327 public:
328   SliceBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaSlices &S)
329       : PtrUseVisitor<SliceBuilder>(DL),
330         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())), S(S) {}
331
332 private:
333   void markAsDead(Instruction &I) {
334     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
335       S.DeadUsers.push_back(&I);
336   }
337
338   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
339                  bool IsSplittable = false) {
340     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
341     // past the end of the allocation.
342     if (Size == 0 || Offset.isNegative() || Offset.uge(AllocSize)) {
343       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
344                    << " which has zero size or starts outside of the "
345                    << AllocSize << " byte alloca:\n"
346                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
347                    << "       use: " << I << "\n");
348       return markAsDead(I);
349     }
350
351     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
352     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
353
354     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
355     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
356     // This may appear superficially to be something we could ignore entirely,
357     // but that is not so! There may be widened loads or PHI-node uses where
358     // some instructions are dead but not others. We can't completely ignore
359     // them, and so have to record at least the information here.
360     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
361     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
362       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
363                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
364                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
365                    << "       use: " << I << "\n");
366       EndOffset = AllocSize;
367     }
368
369     S.Slices.push_back(Slice(BeginOffset, EndOffset, U, IsSplittable));
370   }
371
372   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
373     if (BC.use_empty())
374       return markAsDead(BC);
375
376     return Base::visitBitCastInst(BC);
377   }
378
379   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
380     if (GEPI.use_empty())
381       return markAsDead(GEPI);
382
383     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
384   }
385
386   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
387                          uint64_t Size, bool IsVolatile) {
388     // We allow splitting of loads and stores where the type is an integer type
389     // and cover the entire alloca. This prevents us from splitting over
390     // eagerly.
391     // FIXME: In the great blue eventually, we should eagerly split all integer
392     // loads and stores, and then have a separate step that merges adjacent
393     // alloca partitions into a single partition suitable for integer widening.
394     // Or we should skip the merge step and rely on GVN and other passes to
395     // merge adjacent loads and stores that survive mem2reg.
396     bool IsSplittable =
397         Ty->isIntegerTy() && !IsVolatile && Offset == 0 && Size >= AllocSize;
398
399     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
400   }
401
402   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
403     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
404            "All simple FCA loads should have been pre-split");
405
406     if (!IsOffsetKnown)
407       return PI.setAborted(&LI);
408
409     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI.getType());
410     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, Size, LI.isVolatile());
411   }
412
413   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
414     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
415     if (ValOp == *U)
416       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
417     if (!IsOffsetKnown)
418       return PI.setAborted(&SI);
419
420     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(ValOp->getType());
421
422     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
423     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
424     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
425     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
426     // risk of overflow.
427     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
428     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
429     if (Offset.isNegative() || Size > AllocSize ||
430         Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
431       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte store @" << Offset
432                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
433                    << " byte alloca:\n"
434                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
435                    << "       use: " << SI << "\n");
436       return markAsDead(SI);
437     }
438
439     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
440            "All simple FCA stores should have been pre-split");
441     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, Size, SI.isVolatile());
442   }
443
444
445   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
446     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
447     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
448     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
449         (IsOffsetKnown && !Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize)))
450       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
451       return markAsDead(II);
452
453     if (!IsOffsetKnown)
454       return PI.setAborted(&II);
455
456     insertUse(II, Offset,
457               Length ? Length->getLimitedValue()
458                      : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
459               (bool)Length);
460   }
461
462   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
463     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
464     if (Length && Length->getValue() == 0)
465       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
466       return markAsDead(II);
467
468     // Because we can visit these intrinsics twice, also check to see if the
469     // first time marked this instruction as dead. If so, skip it.
470     if (VisitedDeadInsts.count(&II))
471       return;
472
473     if (!IsOffsetKnown)
474       return PI.setAborted(&II);
475
476     // This side of the transfer is completely out-of-bounds, and so we can
477     // nuke the entire transfer. However, we also need to nuke the other side
478     // if already added to our partitions.
479     // FIXME: Yet another place we really should bypass this when
480     // instrumenting for ASan.
481     if (!Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize)) {
482       SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI = MemTransferSliceMap.find(&II);
483       if (MTPI != MemTransferSliceMap.end())
484         S.Slices[MTPI->second].kill();
485       return markAsDead(II);
486     }
487
488     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
489     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue()
490                            : AllocSize - RawOffset;
491
492     // Check for the special case where the same exact value is used for both
493     // source and dest.
494     if (*U == II.getRawDest() && *U == II.getRawSource()) {
495       // For non-volatile transfers this is a no-op.
496       if (!II.isVolatile())
497         return markAsDead(II);
498
499       return insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/false);
500     }
501
502     // If we have seen both source and destination for a mem transfer, then
503     // they both point to the same alloca.
504     bool Inserted;
505     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI;
506     llvm::tie(MTPI, Inserted) =
507         MemTransferSliceMap.insert(std::make_pair(&II, S.Slices.size()));
508     unsigned PrevIdx = MTPI->second;
509     if (!Inserted) {
510       Slice &PrevP = S.Slices[PrevIdx];
511
512       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
513       // In that case, we can completely elide the transfer.
514       if (!II.isVolatile() && PrevP.beginOffset() == RawOffset) {
515         PrevP.kill();
516         return markAsDead(II);
517       }
518
519       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
520       // split those.
521       PrevP.makeUnsplittable();
522     }
523
524     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
525     insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/Inserted && Length);
526
527     // Check that we ended up with a valid index in the map.
528     assert(S.Slices[PrevIdx].getUse()->getUser() == &II &&
529            "Map index doesn't point back to a slice with this user.");
530   }
531
532   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
533   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
534   // doesn't make sense.
535   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
536     if (!IsOffsetKnown)
537       return PI.setAborted(&II);
538
539     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
540         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
541       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
542       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
543                                Length->getLimitedValue());
544       insertUse(II, Offset, Size, true);
545       return;
546     }
547
548     Base::visitIntrinsicInst(II);
549   }
550
551   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
552     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
553     // the same offset to be a viable use for slicing purposes. These uses
554     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
555     // size.
556     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
557     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
558     Visited.insert(Root);
559     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
560     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
561     // a size zero access.
562     Size = 0;
563     do {
564       Instruction *I, *UsedI;
565       llvm::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
566
567       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
568         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(LI->getType()));
569         continue;
570       }
571       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
572         Value *Op = SI->getOperand(0);
573         if (Op == UsedI)
574           return SI;
575         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(Op->getType()));
576         continue;
577       }
578
579       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
580         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
581           return GEP;
582       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
583                  !isa<SelectInst>(I)) {
584         return I;
585       }
586
587       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end(); UI != UE;
588            ++UI)
589         if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
590           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(*UI)));
591     } while (!Uses.empty());
592
593     return 0;
594   }
595
596   void visitPHINode(PHINode &PN) {
597     if (PN.use_empty())
598       return markAsDead(PN);
599     if (!IsOffsetKnown)
600       return PI.setAborted(&PN);
601
602     // See if we already have computed info on this node.
603     uint64_t &PHISize = PHIOrSelectSizes[&PN];
604     if (!PHISize) {
605       // This is a new PHI node, check for an unsafe use of the PHI node.
606       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&PN, PHISize))
607         return PI.setAborted(UnsafeI);
608     }
609
610     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
611     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
612     // case them here and use a separate structure to track the operands
613     // themselves which should be replaced with undef.
614     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
615     // for address sanitization.
616     if ((Offset.isNegative() && (-Offset).uge(PHISize)) ||
617         (!Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize))) {
618       S.DeadOperands.push_back(U);
619       return;
620     }
621
622     insertUse(PN, Offset, PHISize);
623   }
624
625   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
626     if (SI.use_empty())
627       return markAsDead(SI);
628     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
629       if (Result == *U)
630         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
631         // through the select as if we had RAUW'ed it.
632         enqueueUsers(SI);
633       else
634         // Otherwise the operand to the select is dead, and we can replace it
635         // with undef.
636         S.DeadOperands.push_back(U);
637
638       return;
639     }
640     if (!IsOffsetKnown)
641       return PI.setAborted(&SI);
642
643     // See if we already have computed info on this node.
644     uint64_t &SelectSize = PHIOrSelectSizes[&SI];
645     if (!SelectSize) {
646       // This is a new Select, check for an unsafe use of it.
647       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&SI, SelectSize))
648         return PI.setAborted(UnsafeI);
649     }
650
651     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
652     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
653     // case them here and use a separate structure to track the operands
654     // themselves which should be replaced with undef.
655     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
656     // for address sanitization.
657     if ((Offset.isNegative() && Offset.uge(SelectSize)) ||
658         (!Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize))) {
659       S.DeadOperands.push_back(U);
660       return;
661     }
662
663     insertUse(SI, Offset, SelectSize);
664   }
665
666   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
667   void visitInstruction(Instruction &I) {
668     PI.setAborted(&I);
669   }
670 };
671
672 AllocaSlices::AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI)
673     :
674 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
675       AI(AI),
676 #endif
677       PointerEscapingInstr(0) {
678   SliceBuilder PB(DL, AI, *this);
679   SliceBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
680   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
681     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
682     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaSlices.
683     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
684                                                   : PtrI.getAbortingInst();
685     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
686     return;
687   }
688
689   Slices.erase(std::remove_if(Slices.begin(), Slices.end(),
690                               std::mem_fun_ref(&Slice::isDead)),
691                Slices.end());
692
693   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
694   // and the sizes to be in descending order.
695   std::sort(Slices.begin(), Slices.end());
696 }
697
698 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
699
700 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
701                          StringRef Indent) const {
702   printSlice(OS, I, Indent);
703   printUse(OS, I, Indent);
704 }
705
706 void AllocaSlices::printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
707                               StringRef Indent) const {
708   OS << Indent << "[" << I->beginOffset() << "," << I->endOffset() << ")"
709      << " slice #" << (I - begin())
710      << (I->isSplittable() ? " (splittable)" : "") << "\n";
711 }
712
713 void AllocaSlices::printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
714                             StringRef Indent) const {
715   OS << Indent << "  used by: " << *I->getUse()->getUser() << "\n";
716 }
717
718 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS) const {
719   if (PointerEscapingInstr) {
720     OS << "Can't analyze slices for alloca: " << AI << "\n"
721        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
722        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
723     return;
724   }
725
726   OS << "Slices of alloca: " << AI << "\n";
727   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
728     print(OS, I);
729 }
730
731 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump(const_iterator I) const {
732   print(dbgs(), I);
733 }
734 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump() const { print(dbgs()); }
735
736 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
737
738 namespace {
739 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
740 ///
741 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
742 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
743 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
744 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
745 /// scalar values.
746 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
747   AllocaInst &AI;
748   DIBuilder &DIB;
749
750   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
751   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
752
753 public:
754   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction *> &Insts, SSAUpdater &S,
755                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
756       : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
757
758   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
759     // Retain the debug information attached to the alloca for use when
760     // rewriting loads and stores.
761     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
762       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
763                                UE = DebugNode->use_end();
764            UI != UE; ++UI)
765         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
766           DDIs.push_back(DDI);
767         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
768           DVIs.push_back(DVI);
769     }
770
771     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
772
773     // While we have the debug information, clear it off of the alloca. The
774     // caller takes care of deleting the alloca.
775     while (!DDIs.empty())
776       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
777     while (!DVIs.empty())
778       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
779   }
780
781   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
782                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
783     Value *Ptr;
784     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
785       Ptr = LI->getOperand(0);
786     else
787       Ptr = cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
788
789     // Only used to detect cycles, which will be rare and quickly found as
790     // we're walking up a chain of defs rather than down through uses.
791     SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
792
793     do {
794       if (Ptr == &AI)
795         return true;
796
797       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Ptr))
798         Ptr = BCI->getOperand(0);
799       else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
800         Ptr = GEPI->getPointerOperand();
801       else
802         return false;
803
804     } while (Visited.insert(Ptr));
805
806     return false;
807   }
808
809   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
810     for (SmallVectorImpl<DbgDeclareInst *>::const_iterator I = DDIs.begin(),
811            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
812       DbgDeclareInst *DDI = *I;
813       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
814         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
815       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
816         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
817     }
818     for (SmallVectorImpl<DbgValueInst *>::const_iterator I = DVIs.begin(),
819            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
820       DbgValueInst *DVI = *I;
821       Value *Arg = 0;
822       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
823         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
824         // may be zapped by an optimization pass in future.
825         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
826           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
827         else if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
828           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
829         if (!Arg)
830           Arg = SI->getValueOperand();
831       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
832         Arg = LI->getPointerOperand();
833       } else {
834         continue;
835       }
836       Instruction *DbgVal =
837         DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
838                                      Inst);
839       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
840     }
841   }
842 };
843 } // end anon namespace
844
845
846 namespace {
847 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
848 ///
849 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
850 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
851 /// a few steps to this process.
852 ///
853 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
854 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
855 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
856 ///    as necessary and try to isolate individual scalar accesses.
857 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
858 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
859 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
860 ///    select to be a PHI or select of the results.
861 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
862 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
863 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
864 ///    SSA vector values.
865 class SROA : public FunctionPass {
866   const bool RequiresDomTree;
867
868   LLVMContext *C;
869   const DataLayout *DL;
870   DominatorTree *DT;
871
872   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
873   ///
874   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
875   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
876   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
877   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
878   /// already present to ensure it is re-visited.
879   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
880
881   /// \brief A collection of instructions to delete.
882   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
883   /// efficient.
884   SetVector<Instruction *, SmallVector<Instruction *, 8> > DeadInsts;
885
886   /// \brief Post-promotion worklist.
887   ///
888   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
889   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
890   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
891   ///
892   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
893   /// the event they are deleted.
894   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
895
896   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
897   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
898
899   /// \brief A worklist of PHIs to speculate prior to promoting allocas.
900   ///
901   /// All of these PHIs have been checked for the safety of speculation and by
902   /// being speculated will allow promoting allocas currently in the promotable
903   /// queue.
904   SetVector<PHINode *, SmallVector<PHINode *, 2> > SpeculatablePHIs;
905
906   /// \brief A worklist of select instructions to speculate prior to promoting
907   /// allocas.
908   ///
909   /// All of these select instructions have been checked for the safety of
910   /// speculation and by being speculated will allow promoting allocas
911   /// currently in the promotable queue.
912   SetVector<SelectInst *, SmallVector<SelectInst *, 2> > SpeculatableSelects;
913
914 public:
915   SROA(bool RequiresDomTree = true)
916       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
917         C(0), DL(0), DT(0) {
918     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
919   }
920   bool runOnFunction(Function &F);
921   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
922
923   const char *getPassName() const { return "SROA"; }
924   static char ID;
925
926 private:
927   friend class PHIOrSelectSpeculator;
928   friend class AllocaSliceRewriter;
929
930   bool rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S,
931                         AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
932                         int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
933                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses);
934   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S);
935   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
936   void clobberUse(Use &U);
937   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> &DeletedAllocas);
938   bool promoteAllocas(Function &F);
939 };
940 }
941
942 char SROA::ID = 0;
943
944 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
945   return new SROA(RequiresDomTree);
946 }
947
948 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
949                       false, false)
950 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
951 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
952                     false, false)
953
954 /// Walk the range of a partitioning looking for a common type to cover this
955 /// sequence of slices.
956 static Type *findCommonType(AllocaSlices::const_iterator B,
957                             AllocaSlices::const_iterator E,
958                             uint64_t EndOffset) {
959   Type *Ty = 0;
960   bool IgnoreNonIntegralTypes = false;
961   for (AllocaSlices::const_iterator I = B; I != E; ++I) {
962     Use *U = I->getUse();
963     if (isa<IntrinsicInst>(*U->getUser()))
964       continue;
965     if (I->beginOffset() != B->beginOffset() || I->endOffset() != EndOffset)
966       continue;
967
968     Type *UserTy = 0;
969     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
970       UserTy = LI->getType();
971     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
972       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
973     } else {
974       IgnoreNonIntegralTypes = true; // Give up on anything but an iN type.
975       continue;
976     }
977
978     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(UserTy)) {
979       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
980       // this for split integer operations where we want to use the type of the
981       // entity causing the split. Also skip if the type is not a byte width
982       // multiple.
983       if (ITy->getBitWidth() % 8 != 0 ||
984           ITy->getBitWidth() / 8 > (EndOffset - B->beginOffset()))
985         continue;
986
987       // If we have found an integer type use covering the alloca, use that
988       // regardless of the other types, as integers are often used for
989       // a "bucket of bits" type.
990       //
991       // NB: This *must* be the only return from inside the loop so that the
992       // order of slices doesn't impact the computed type.
993       return ITy;
994     } else if (IgnoreNonIntegralTypes) {
995       continue;
996     }
997
998     if (Ty && Ty != UserTy)
999       IgnoreNonIntegralTypes = true; // Give up on anything but an iN type.
1000
1001     Ty = UserTy;
1002   }
1003   return Ty;
1004 }
1005
1006 /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1007 /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1008 /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1009 /// From this:
1010 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1011 ///   %V = load i32* %P2
1012 /// to:
1013 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1014 ///   ...
1015 ///   %V2 = load i32* %Other
1016 ///   ...
1017 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1018 ///
1019 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1020 /// to the select can be loaded unconditionally.
1021 ///
1022 /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1023 /// Transforms/Util/Local.h
1024 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN,
1025                                  const DataLayout *DL = 0) {
1026   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1027   // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1028   // TODO: Allow recursive phi users.
1029   // TODO: Allow stores.
1030   BasicBlock *BB = PN.getParent();
1031   unsigned MaxAlign = 0;
1032   bool HaveLoad = false;
1033   for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end(); UI != UE;
1034        ++UI) {
1035     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1036     if (LI == 0 || !LI->isSimple())
1037       return false;
1038
1039     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1040     // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1041     // a PHI.
1042     if (LI->getParent() != BB)
1043       return false;
1044
1045     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1046     // could store.
1047     for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1048       if (BBI->mayWriteToMemory())
1049         return false;
1050
1051     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1052     HaveLoad = true;
1053   }
1054
1055   if (!HaveLoad)
1056     return false;
1057
1058   // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1059   // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1060   // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1061   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1062     TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1063     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1064
1065     // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1066     // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1067     // in the predecessor.
1068     if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1069       return false;
1070
1071     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1072     // critical.
1073     if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1074       continue;
1075
1076     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1077     // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1078     // block.
1079     if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1080         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, DL))
1081       continue;
1082
1083     return false;
1084   }
1085
1086   return true;
1087 }
1088
1089 static void speculatePHINodeLoads(PHINode &PN) {
1090   DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1091
1092   Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1093   IRBuilderTy PHIBuilder(&PN);
1094   PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1095                                         PN.getName() + ".sroa.speculated");
1096
1097   // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1098   // matter which one we get and if any differ.
1099   LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(*PN.use_begin());
1100   MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1101   unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1102
1103   // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1104   while (!PN.use_empty()) {
1105     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(*PN.use_begin());
1106     LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1107     LI->eraseFromParent();
1108   }
1109
1110   // Inject loads into all of the pred blocks.
1111   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1112     BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1113     TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1114     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1115     IRBuilderTy PredBuilder(TI);
1116
1117     LoadInst *Load = PredBuilder.CreateLoad(
1118         InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." + Pred->getName()));
1119     ++NumLoadsSpeculated;
1120     Load->setAlignment(Align);
1121     if (TBAATag)
1122       Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1123     NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1124   }
1125
1126   DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1127   PN.eraseFromParent();
1128 }
1129
1130 /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1131 /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1132 /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1133 /// From this:
1134 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1135 ///   %V = load i32* %P2
1136 /// to:
1137 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1138 ///   %V2 = load i32* %Other
1139 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1140 ///
1141 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1142 /// to the select can be loaded unconditionally.
1143 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI, const DataLayout *DL = 0) {
1144   Value *TValue = SI.getTrueValue();
1145   Value *FValue = SI.getFalseValue();
1146   bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
1147   bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
1148
1149   for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end(); UI != UE;
1150        ++UI) {
1151     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1152     if (LI == 0 || !LI->isSimple())
1153       return false;
1154
1155     // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1156     // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1157     // accesses to it.
1158     if (!TDerefable &&
1159         !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1160       return false;
1161     if (!FDerefable &&
1162         !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1163       return false;
1164   }
1165
1166   return true;
1167 }
1168
1169 static void speculateSelectInstLoads(SelectInst &SI) {
1170   DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1171
1172   IRBuilderTy IRB(&SI);
1173   Value *TV = SI.getTrueValue();
1174   Value *FV = SI.getFalseValue();
1175   // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1176   while (!SI.use_empty()) {
1177     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(*SI.use_begin());
1178     assert(LI->isSimple() && "We only speculate simple loads");
1179
1180     IRB.SetInsertPoint(LI);
1181     LoadInst *TL =
1182         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1183     LoadInst *FL =
1184         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1185     NumLoadsSpeculated += 2;
1186
1187     // Transfer alignment and TBAA info if present.
1188     TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1189     FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1190     if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1191       TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1192       FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1193     }
1194
1195     Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1196                                 LI->getName() + ".sroa.speculated");
1197
1198     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1199     LI->replaceAllUsesWith(V);
1200     LI->eraseFromParent();
1201   }
1202   SI.eraseFromParent();
1203 }
1204
1205 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1206 ///
1207 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1208 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1209 static Value *buildGEP(IRBuilderTy &IRB, Value *BasePtr,
1210                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1211   if (Indices.empty())
1212     return BasePtr;
1213
1214   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1215   // in that case.
1216   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1217     return BasePtr;
1218
1219   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, "idx");
1220 }
1221
1222 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1223 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1224 ///
1225 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1226 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1227 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1228 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1229 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1230 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1231 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1232                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1233                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1234   if (Ty == TargetTy)
1235     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices);
1236
1237   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1238   // type.
1239   unsigned NumLayers = 0;
1240   Type *ElementTy = Ty;
1241   do {
1242     if (ElementTy->isPointerTy())
1243       break;
1244     if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
1245       ElementTy = SeqTy->getElementType();
1246       // Note that we use the default address space as this index is over an
1247       // array or a vector, not a pointer.
1248       Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(DL.getPointerSizeInBits(0), 0)));
1249     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1250       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1251         break; // Nothing left to descend into.
1252       ElementTy = *STy->element_begin();
1253       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1254     } else {
1255       break;
1256     }
1257     ++NumLayers;
1258   } while (ElementTy != TargetTy);
1259   if (ElementTy != TargetTy)
1260     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1261
1262   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices);
1263 }
1264
1265 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1266 ///
1267 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1268 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1269 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1270                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1271                                        Type *TargetTy,
1272                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1273   if (Offset == 0)
1274     return getNaturalGEPWithType(IRB, DL, Ptr, Ty, TargetTy, Indices);
1275
1276   // We can't recurse through pointer types.
1277   if (Ty->isPointerTy())
1278     return 0;
1279
1280   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1281   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1282   // over a vector from the IR completely.
1283   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1284     unsigned ElementSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1285     if (ElementSizeInBits % 8)
1286       return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1287     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1288     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1289     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1290       return 0;
1291     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1292     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1293     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, VecTy->getElementType(),
1294                                     Offset, TargetTy, Indices);
1295   }
1296
1297   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1298     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1299     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1300     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1301     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1302       return 0;
1303
1304     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1305     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1306     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1307                                     Indices);
1308   }
1309
1310   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1311   if (!STy)
1312     return 0;
1313
1314   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1315   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1316   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1317     return 0;
1318   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1319   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1320   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1321   if (Offset.uge(DL.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1322     return 0; // The offset points into alignment padding.
1323
1324   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1325   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1326                                   Indices);
1327 }
1328
1329 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1330 /// resulting in a particular type.
1331 ///
1332 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1333 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1334 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1335 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1336 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1337 ///
1338 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1339 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1340                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1341                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1342   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1343
1344   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1345   // an i8.
1346   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
1347     return 0;
1348
1349   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1350   if (!ElementTy->isSized())
1351     return 0; // We can't GEP through an unsized element.
1352   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1353   if (ElementSize == 0)
1354     return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1355   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1356
1357   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1358   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1359   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1360                                   Indices);
1361 }
1362
1363 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1364 /// resulting pointer has PointerTy.
1365 ///
1366 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1367 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1368 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1369 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1370 /// bitcast to the type.
1371 ///
1372 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1373 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1374 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1375 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1376 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1377 /// surrounding code.
1378 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1379                              Value *Ptr, APInt Offset, Type *PointerTy) {
1380   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1381   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1382   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1383   Visited.insert(Ptr);
1384   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1385
1386   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1387   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1388   // fall back to it, so keep it around here.
1389   Value *OffsetPtr = 0;
1390
1391   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1392   // byte offset.
1393   Value *Int8Ptr = 0;
1394   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1395
1396   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1397
1398   do {
1399     // First fold any existing GEPs into the offset.
1400     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1401       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1402       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
1403         break;
1404       Offset += GEPOffset;
1405       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1406       if (!Visited.insert(Ptr))
1407         break;
1408     }
1409
1410     // See if we can perform a natural GEP here.
1411     Indices.clear();
1412     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, DL, Ptr, Offset, TargetTy,
1413                                            Indices)) {
1414       if (P->getType() == PointerTy) {
1415         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1416         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1417           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1418             I->eraseFromParent();
1419         return P;
1420       }
1421       if (!OffsetPtr) {
1422         OffsetPtr = P;
1423       }
1424     }
1425
1426     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1427     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1428       Int8Ptr = Ptr;
1429       Int8PtrOffset = Offset;
1430     }
1431
1432     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1433     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1434       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1435     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1436       if (GA->mayBeOverridden())
1437         break;
1438       Ptr = GA->getAliasee();
1439     } else {
1440       break;
1441     }
1442     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1443   } while (Visited.insert(Ptr));
1444
1445   if (!OffsetPtr) {
1446     if (!Int8Ptr) {
1447       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
1448                                   "raw_cast");
1449       Int8PtrOffset = Offset;
1450     }
1451
1452     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1453       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1454                             "raw_idx");
1455   }
1456   Ptr = OffsetPtr;
1457
1458   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1459   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1460     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, "cast");
1461
1462   return Ptr;
1463 }
1464
1465 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1466 ///
1467 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1468 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1469 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1470 /// underlying value, and convert that value.
1471 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1472   if (OldTy == NewTy)
1473     return true;
1474   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1475     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1476       if (NewITy->getBitWidth() >= OldITy->getBitWidth())
1477         return true;
1478   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1479     return false;
1480   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1481     return false;
1482
1483   // We can convert pointers to integers and vice-versa. Same for vectors
1484   // of pointers and integers.
1485   OldTy = OldTy->getScalarType();
1486   NewTy = NewTy->getScalarType();
1487   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1488     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
1489       return true;
1490     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
1491       return true;
1492     return false;
1493   }
1494
1495   return true;
1496 }
1497
1498 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1499 /// type.
1500 ///
1501 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1502 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1503 /// two types for viability with this routine.
1504 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1505                            Type *NewTy) {
1506   Type *OldTy = V->getType();
1507   assert(canConvertValue(DL, OldTy, NewTy) && "Value not convertable to type");
1508
1509   if (OldTy == NewTy)
1510     return V;
1511
1512   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1513     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1514       if (NewITy->getBitWidth() > OldITy->getBitWidth())
1515         return IRB.CreateZExt(V, NewITy);
1516
1517   // See if we need inttoptr for this type pair. A cast involving both scalars
1518   // and vectors requires and additional bitcast.
1519   if (OldTy->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1520       NewTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
1521     // Expand <2 x i32> to i8* --> <2 x i32> to i64 to i8*
1522     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1523       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1524                                 NewTy);
1525
1526     // Expand i128 to <2 x i8*> --> i128 to <2 x i64> to <2 x i8*>
1527     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1528       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1529                                 NewTy);
1530
1531     return IRB.CreateIntToPtr(V, NewTy);
1532   }
1533
1534   // See if we need ptrtoint for this type pair. A cast involving both scalars
1535   // and vectors requires and additional bitcast.
1536   if (OldTy->getScalarType()->isPointerTy() &&
1537       NewTy->getScalarType()->isIntegerTy()) {
1538     // Expand <2 x i8*> to i128 --> <2 x i8*> to <2 x i64> to i128
1539     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1540       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1541                                NewTy);
1542
1543     // Expand i8* to <2 x i32> --> i8* to i64 to <2 x i32>
1544     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1545       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1546                                NewTy);
1547
1548     return IRB.CreatePtrToInt(V, NewTy);
1549   }
1550
1551   return IRB.CreateBitCast(V, NewTy);
1552 }
1553
1554 /// \brief Test whether the given slice use can be promoted to a vector.
1555 ///
1556 /// This function is called to test each entry in a partioning which is slated
1557 /// for a single slice.
1558 static bool isVectorPromotionViableForSlice(
1559     const DataLayout &DL, AllocaSlices &S, uint64_t SliceBeginOffset,
1560     uint64_t SliceEndOffset, VectorType *Ty, uint64_t ElementSize,
1561     AllocaSlices::const_iterator I) {
1562   // First validate the slice offsets.
1563   uint64_t BeginOffset =
1564       std::max(I->beginOffset(), SliceBeginOffset) - SliceBeginOffset;
1565   uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1566   if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1567       BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1568     return false;
1569   uint64_t EndOffset =
1570       std::min(I->endOffset(), SliceEndOffset) - SliceBeginOffset;
1571   uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1572   if (EndIndex * ElementSize != EndOffset || EndIndex > Ty->getNumElements())
1573     return false;
1574
1575   assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1576   uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1577   Type *SliceTy =
1578       (NumElements == 1) ? Ty->getElementType()
1579                          : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1580
1581   Type *SplitIntTy =
1582       Type::getIntNTy(Ty->getContext(), NumElements * ElementSize * 8);
1583
1584   Use *U = I->getUse();
1585
1586   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1587     if (MI->isVolatile())
1588       return false;
1589     if (!I->isSplittable())
1590       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1591   } else if (U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1592     // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1593     return false;
1594   } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1595     if (LI->isVolatile())
1596       return false;
1597     Type *LTy = LI->getType();
1598     if (SliceBeginOffset > I->beginOffset() ||
1599         SliceEndOffset < I->endOffset()) {
1600       assert(LTy->isIntegerTy());
1601       LTy = SplitIntTy;
1602     }
1603     if (!canConvertValue(DL, SliceTy, LTy))
1604       return false;
1605   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1606     if (SI->isVolatile())
1607       return false;
1608     Type *STy = SI->getValueOperand()->getType();
1609     if (SliceBeginOffset > I->beginOffset() ||
1610         SliceEndOffset < I->endOffset()) {
1611       assert(STy->isIntegerTy());
1612       STy = SplitIntTy;
1613     }
1614     if (!canConvertValue(DL, STy, SliceTy))
1615       return false;
1616   } else {
1617     return false;
1618   }
1619
1620   return true;
1621 }
1622
1623 /// \brief Test whether the given alloca partitioning and range of slices can be
1624 /// promoted to a vector.
1625 ///
1626 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1627 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1628 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1629 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1630 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1631 /// be promotable, so we have an early test here.
1632 static bool
1633 isVectorPromotionViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy, AllocaSlices &S,
1634                         uint64_t SliceBeginOffset, uint64_t SliceEndOffset,
1635                         AllocaSlices::const_iterator I,
1636                         AllocaSlices::const_iterator E,
1637                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1638   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
1639   if (!Ty)
1640     return false;
1641
1642   uint64_t ElementSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
1643
1644   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1645   // that aren't byte sized.
1646   if (ElementSize % 8)
1647     return false;
1648   assert((DL.getTypeSizeInBits(Ty) % 8) == 0 &&
1649          "vector size not a multiple of element size?");
1650   ElementSize /= 8;
1651
1652   for (; I != E; ++I)
1653     if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, S, SliceBeginOffset,
1654                                          SliceEndOffset, Ty, ElementSize, I))
1655       return false;
1656
1657   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
1658                                                         SUE = SplitUses.end();
1659        SUI != SUE; ++SUI)
1660     if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, S, SliceBeginOffset,
1661                                          SliceEndOffset, Ty, ElementSize, *SUI))
1662       return false;
1663
1664   return true;
1665 }
1666
1667 /// \brief Test whether a slice of an alloca is valid for integer widening.
1668 ///
1669 /// This implements the necessary checking for the \c isIntegerWideningViable
1670 /// test below on a single slice of the alloca.
1671 static bool isIntegerWideningViableForSlice(const DataLayout &DL,
1672                                             Type *AllocaTy,
1673                                             uint64_t AllocBeginOffset,
1674                                             uint64_t Size, AllocaSlices &S,
1675                                             AllocaSlices::const_iterator I,
1676                                             bool &WholeAllocaOp) {
1677   uint64_t RelBegin = I->beginOffset() - AllocBeginOffset;
1678   uint64_t RelEnd = I->endOffset() - AllocBeginOffset;
1679
1680   // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
1681   // the end of the aloca's type and into its padding.
1682   if (RelEnd > Size)
1683     return false;
1684
1685   Use *U = I->getUse();
1686
1687   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1688     if (LI->isVolatile())
1689       return false;
1690     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1691       WholeAllocaOp = true;
1692     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
1693       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1694         return false;
1695     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1696                !canConvertValue(DL, AllocaTy, LI->getType())) {
1697       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
1698       // they are promotable.
1699       return false;
1700     }
1701   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1702     Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
1703     if (SI->isVolatile())
1704       return false;
1705     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1706       WholeAllocaOp = true;
1707     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
1708       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1709         return false;
1710     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1711                !canConvertValue(DL, ValueTy, AllocaTy)) {
1712       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
1713       // they are promotable.
1714       return false;
1715     }
1716   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1717     if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
1718       return false;
1719     if (!I->isSplittable())
1720       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1721   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1722     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1723         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1724       return false;
1725   } else {
1726     return false;
1727   }
1728
1729   return true;
1730 }
1731
1732 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
1733 /// widened to promotable ones.
1734 ///
1735 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
1736 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
1737 /// promote the resulting alloca.
1738 static bool
1739 isIntegerWideningViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy,
1740                         uint64_t AllocBeginOffset, AllocaSlices &S,
1741                         AllocaSlices::const_iterator I,
1742                         AllocaSlices::const_iterator E,
1743                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1744   uint64_t SizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
1745   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
1746   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
1747     return false;
1748
1749   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
1750   if (SizeInBits != DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
1751     return false;
1752
1753   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
1754   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
1755   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
1756   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
1757   if (!canConvertValue(DL, AllocaTy, IntTy) ||
1758       !canConvertValue(DL, IntTy, AllocaTy))
1759     return false;
1760
1761   uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(AllocaTy);
1762
1763   // While examining uses, we ensure that the alloca has a covering load or
1764   // store. We don't want to widen the integer operations only to fail to
1765   // promote due to some other unsplittable entry (which we may make splittable
1766   // later). However, if there are only splittable uses, go ahead and assume
1767   // that we cover the alloca.
1768   bool WholeAllocaOp = (I != E) ? false : DL.isLegalInteger(SizeInBits);
1769
1770   for (; I != E; ++I)
1771     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1772                                          S, I, WholeAllocaOp))
1773       return false;
1774
1775   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
1776                                                         SUE = SplitUses.end();
1777        SUI != SUE; ++SUI)
1778     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1779                                          S, *SUI, WholeAllocaOp))
1780       return false;
1781
1782   return WholeAllocaOp;
1783 }
1784
1785 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1786                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
1787                              const Twine &Name) {
1788   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1789   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
1790   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1791          "Element extends past full value");
1792   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1793   if (DL.isBigEndian())
1794     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1795   if (ShAmt) {
1796     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
1797     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1798   }
1799   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1800          "Cannot extract to a larger integer!");
1801   if (Ty != IntTy) {
1802     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
1803     DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
1804   }
1805   return V;
1806 }
1807
1808 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *Old,
1809                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
1810   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
1811   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
1812   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1813          "Cannot insert a larger integer!");
1814   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1815   if (Ty != IntTy) {
1816     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
1817     DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
1818   }
1819   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1820          "Element store outside of alloca store");
1821   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1822   if (DL.isBigEndian())
1823     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1824   if (ShAmt) {
1825     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
1826     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1827   }
1828
1829   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
1830     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
1831     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
1832     DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
1833     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
1834     DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
1835   }
1836   return V;
1837 }
1838
1839 static Value *extractVector(IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1840                             unsigned BeginIndex, unsigned EndIndex,
1841                             const Twine &Name) {
1842   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
1843   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1844   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
1845
1846   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
1847     return V;
1848
1849   if (NumElements == 1) {
1850     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1851                                  Name + ".extract");
1852     DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
1853     return V;
1854   }
1855
1856   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1857   Mask.reserve(NumElements);
1858   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
1859     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
1860   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1861                               ConstantVector::get(Mask),
1862                               Name + ".extract");
1863   DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
1864   return V;
1865 }
1866
1867 static Value *insertVector(IRBuilderTy &IRB, Value *Old, Value *V,
1868                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
1869   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
1870   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
1871
1872   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
1873   if (!Ty) {
1874     // Single element to insert.
1875     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1876                                 Name + ".insert");
1877     DEBUG(dbgs() <<  "     insert: " << *V << "\n");
1878     return V;
1879   }
1880
1881   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
1882          "Too many elements!");
1883   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
1884     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
1885     return V;
1886   }
1887   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
1888
1889   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
1890   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
1891   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
1892   // incoming vector.
1893   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1894   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
1895   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1896     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
1897       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
1898     else
1899       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
1900   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1901                               ConstantVector::get(Mask),
1902                               Name + ".expand");
1903   DEBUG(dbgs() << "    shuffle: " << *V << "\n");
1904
1905   Mask.clear();
1906   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1907     Mask.push_back(IRB.getInt1(i >= BeginIndex && i < EndIndex));
1908
1909   V = IRB.CreateSelect(ConstantVector::get(Mask), V, Old, Name + "blend");
1910
1911   DEBUG(dbgs() << "    blend: " << *V << "\n");
1912   return V;
1913 }
1914
1915 namespace {
1916 /// \brief Visitor to rewrite instructions using p particular slice of an alloca
1917 /// to use a new alloca.
1918 ///
1919 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
1920 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
1921 /// lives here.
1922 class AllocaSliceRewriter : public InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> {
1923   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1924   friend class llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
1925   typedef llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> Base;
1926
1927   const DataLayout &DL;
1928   AllocaSlices &S;
1929   SROA &Pass;
1930   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
1931   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
1932   Type *NewAllocaTy;
1933
1934   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
1935   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
1936   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
1937   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
1938   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
1939   //     element.
1940   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
1941   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
1942   //     which are promotable via mem2reg.
1943   VectorType *VecTy;
1944   Type *ElementTy;
1945   uint64_t ElementSize;
1946
1947   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
1948   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
1949   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
1950   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
1951   IntegerType *IntTy;
1952
1953   // The offset of the slice currently being rewritten.
1954   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
1955   bool IsSplittable;
1956   bool IsSplit;
1957   Use *OldUse;
1958   Instruction *OldPtr;
1959
1960   // Output members carrying state about the result of visiting and rewriting
1961   // the slice of the alloca.
1962   bool IsUsedByRewrittenSpeculatableInstructions;
1963
1964   // Utility IR builder, whose name prefix is setup for each visited use, and
1965   // the insertion point is set to point to the user.
1966   IRBuilderTy IRB;
1967
1968 public:
1969   AllocaSliceRewriter(const DataLayout &DL, AllocaSlices &S, SROA &Pass,
1970                       AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
1971                       uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset,
1972                       bool IsVectorPromotable = false,
1973                       bool IsIntegerPromotable = false)
1974       : DL(DL), S(S), Pass(Pass), OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
1975         NewAllocaBeginOffset(NewBeginOffset), NewAllocaEndOffset(NewEndOffset),
1976         NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
1977         VecTy(IsVectorPromotable ? cast<VectorType>(NewAllocaTy) : 0),
1978         ElementTy(VecTy ? VecTy->getElementType() : 0),
1979         ElementSize(VecTy ? DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8 : 0),
1980         IntTy(IsIntegerPromotable
1981                   ? Type::getIntNTy(
1982                         NewAI.getContext(),
1983                         DL.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()))
1984                   : 0),
1985         BeginOffset(), EndOffset(), IsSplittable(), IsSplit(), OldUse(),
1986         OldPtr(), IsUsedByRewrittenSpeculatableInstructions(false),
1987         IRB(NewAI.getContext(), ConstantFolder()) {
1988     if (VecTy) {
1989       assert((DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) % 8) == 0 &&
1990              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
1991       ++NumVectorized;
1992     }
1993     assert((!IsVectorPromotable && !IsIntegerPromotable) ||
1994            IsVectorPromotable != IsIntegerPromotable);
1995   }
1996
1997   bool visit(AllocaSlices::const_iterator I) {
1998     bool CanSROA = true;
1999     BeginOffset = I->beginOffset();
2000     EndOffset = I->endOffset();
2001     IsSplittable = I->isSplittable();
2002     IsSplit =
2003         BeginOffset < NewAllocaBeginOffset || EndOffset > NewAllocaEndOffset;
2004
2005     OldUse = I->getUse();
2006     OldPtr = cast<Instruction>(OldUse->get());
2007
2008     Instruction *OldUserI = cast<Instruction>(OldUse->getUser());
2009     IRB.SetInsertPoint(OldUserI);
2010     IRB.SetCurrentDebugLocation(OldUserI->getDebugLoc());
2011     IRB.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) + ".");
2012
2013     CanSROA &= visit(cast<Instruction>(OldUse->getUser()));
2014     if (VecTy || IntTy)
2015       assert(CanSROA);
2016     return CanSROA;
2017   }
2018
2019   /// \brief Query whether this slice is used by speculatable instructions after
2020   /// rewriting.
2021   ///
2022   /// These instructions (PHIs and Selects currently) require the alloca slice
2023   /// to run back through the rewriter. Thus, they are promotable, but not on
2024   /// this iteration. This is distinct from a slice which is unpromotable for
2025   /// some other reason, in which case we don't even want to perform the
2026   /// speculation. This can be querried at any time and reflects whether (at
2027   /// that point) a visit call has rewritten a speculatable instruction on the
2028   /// current slice.
2029   bool isUsedByRewrittenSpeculatableInstructions() const {
2030     return IsUsedByRewrittenSpeculatableInstructions;
2031   }
2032
2033 private:
2034   // Make sure the other visit overloads are visible.
2035   using Base::visit;
2036
2037   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2038   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2039     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2040     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2041   }
2042
2043   Value *getAdjustedAllocaPtr(IRBuilderTy &IRB, uint64_t Offset,
2044                               Type *PointerTy) {
2045     assert(Offset >= NewAllocaBeginOffset);
2046     return getAdjustedPtr(IRB, DL, &NewAI, APInt(DL.getPointerSizeInBits(),
2047                                                  Offset - NewAllocaBeginOffset),
2048                           PointerTy);
2049   }
2050
2051   /// \brief Compute suitable alignment to access an offset into the new alloca.
2052   unsigned getOffsetAlign(uint64_t Offset) {
2053     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2054     if (!NewAIAlign)
2055       NewAIAlign = DL.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2056     return MinAlign(NewAIAlign, Offset);
2057   }
2058
2059   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at an offset of the
2060   /// new alloca.
2061   ///
2062   /// \returns zero if the type's ABI alignment is a suitable alignment,
2063   /// otherwise returns the maximal suitable alignment.
2064   unsigned getOffsetTypeAlign(Type *Ty, uint64_t Offset) {
2065     unsigned Align = getOffsetAlign(Offset);
2066     return Align == DL.getABITypeAlignment(Ty) ? 0 : Align;
2067   }
2068
2069   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
2070     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2071     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2072     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2073     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2074     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2075     return Index;
2076   }
2077
2078   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2079     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2080     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2081       Pass.DeadInsts.insert(I);
2082   }
2083
2084   Value *rewriteVectorizedLoadInst(uint64_t NewBeginOffset,
2085                                    uint64_t NewEndOffset) {
2086     unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2087     unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2088     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2089
2090     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2091                                      "load");
2092     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2093   }
2094
2095   Value *rewriteIntegerLoad(LoadInst &LI, uint64_t NewBeginOffset,
2096                             uint64_t NewEndOffset) {
2097     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2098     assert(!LI.isVolatile());
2099     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2100                                      "load");
2101     V = convertValue(DL, IRB, V, IntTy);
2102     assert(NewBeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2103     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2104     if (Offset > 0 || NewEndOffset < NewAllocaEndOffset)
2105       V = extractInteger(DL, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2106                          "extract");
2107     return V;
2108   }
2109
2110   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2111     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2112     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2113     assert(OldOp == OldPtr);
2114
2115     // Compute the intersecting offset range.
2116     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2117     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2118     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2119     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2120
2121     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2122
2123     Type *TargetTy = IsSplit ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), Size * 8)
2124                              : LI.getType();
2125     bool IsPtrAdjusted = false;
2126     Value *V;
2127     if (VecTy) {
2128       V = rewriteVectorizedLoadInst(NewBeginOffset, NewEndOffset);
2129     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2130       V = rewriteIntegerLoad(LI, NewBeginOffset, NewEndOffset);
2131     } else if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2132                canConvertValue(DL, NewAllocaTy, LI.getType())) {
2133       V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2134                                 LI.isVolatile(), "load");
2135     } else {
2136       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo();
2137       V = IRB.CreateAlignedLoad(
2138           getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, LTy),
2139           getOffsetTypeAlign(TargetTy, NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset),
2140           LI.isVolatile(), "load");
2141       IsPtrAdjusted = true;
2142     }
2143     V = convertValue(DL, IRB, V, TargetTy);
2144
2145     if (IsSplit) {
2146       assert(!LI.isVolatile());
2147       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2148              "Only integer type loads and stores are split");
2149       assert(Size < DL.getTypeStoreSize(LI.getType()) &&
2150              "Split load isn't smaller than original load");
2151       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2152              DL.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2153              "Non-byte-multiple bit width");
2154       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2155       IRB.SetInsertPoint(llvm::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2156       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2157       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2158       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2159       // LI only used for this computation.
2160       Value *Placeholder
2161         = new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo()));
2162       V = insertInteger(DL, IRB, Placeholder, V, NewBeginOffset,
2163                         "insert");
2164       LI.replaceAllUsesWith(V);
2165       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2166       delete Placeholder;
2167     } else {
2168       LI.replaceAllUsesWith(V);
2169     }
2170
2171     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2172     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2173     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2174     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2175   }
2176
2177   bool rewriteVectorizedStoreInst(Value *V, StoreInst &SI, Value *OldOp,
2178                                   uint64_t NewBeginOffset,
2179                                   uint64_t NewEndOffset) {
2180     if (V->getType() != VecTy) {
2181       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2182       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2183       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2184       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2185       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2186       Type *SliceTy =
2187           (NumElements == 1) ? ElementTy
2188                              : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2189       if (V->getType() != SliceTy)
2190         V = convertValue(DL, IRB, V, SliceTy);
2191
2192       // Mix in the existing elements.
2193       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2194                                          "load");
2195       V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, "vec");
2196     }
2197     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2198     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2199
2200     (void)Store;
2201     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2202     return true;
2203   }
2204
2205   bool rewriteIntegerStore(Value *V, StoreInst &SI,
2206                            uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset) {
2207     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2208     assert(!SI.isVolatile());
2209     if (DL.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2210       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2211                                          "oldload");
2212       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2213       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2214       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2215       V = insertInteger(DL, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset,
2216                         "insert");
2217     }
2218     V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2219     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2220     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2221     (void)Store;
2222     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2223     return true;
2224   }
2225
2226   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2227     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2228     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2229     assert(OldOp == OldPtr);
2230
2231     Value *V = SI.getValueOperand();
2232
2233     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2234     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2235     if (V->getType()->isPointerTy())
2236       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2237         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2238
2239     // Compute the intersecting offset range.
2240     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2241     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2242     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2243     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2244
2245     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2246     if (Size < DL.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2247       assert(!SI.isVolatile());
2248       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2249              "Only integer type loads and stores are split");
2250       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2251              DL.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2252              "Non-byte-multiple bit width");
2253       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), Size * 8);
2254       V = extractInteger(DL, IRB, V, NarrowTy, NewBeginOffset,
2255                          "extract");
2256     }
2257
2258     if (VecTy)
2259       return rewriteVectorizedStoreInst(V, SI, OldOp, NewBeginOffset,
2260                                         NewEndOffset);
2261     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2262       return rewriteIntegerStore(V, SI, NewBeginOffset, NewEndOffset);
2263
2264     StoreInst *NewSI;
2265     if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2266         NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2267         canConvertValue(DL, V->getType(), NewAllocaTy)) {
2268       V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2269       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2270                                      SI.isVolatile());
2271     } else {
2272       Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset,
2273                                            V->getType()->getPointerTo());
2274       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(
2275           V, NewPtr, getOffsetTypeAlign(
2276                          V->getType(), NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset),
2277           SI.isVolatile());
2278     }
2279     (void)NewSI;
2280     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2281     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2282
2283     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2284     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2285   }
2286
2287   /// \brief Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2288   /// number of bytes.
2289   ///
2290   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2291   /// call this routine.
2292   /// FIXME: Heed the advice above.
2293   ///
2294   /// \param V The i8 value to splat.
2295   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2296   Value *getIntegerSplat(Value *V, unsigned Size) {
2297     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2298     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2299     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2300     if (Size == 1)
2301       return V;
2302
2303     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size*8);
2304     V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, "zext"),
2305                       ConstantExpr::getUDiv(
2306                         Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2307                         ConstantExpr::getZExt(
2308                           Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2309                           SplatIntTy)),
2310                       "isplat");
2311     return V;
2312   }
2313
2314   /// \brief Compute a vector splat for a given element value.
2315   Value *getVectorSplat(Value *V, unsigned NumElements) {
2316     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, "vsplat");
2317     DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2318     return V;
2319   }
2320
2321   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2322     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2323     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2324
2325     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2326     // pointer to the new alloca.
2327     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2328       assert(!IsSplit);
2329       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset);
2330       II.setDest(
2331           getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset, II.getRawDest()->getType()));
2332       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2333       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getOffsetAlign(BeginOffset)));
2334
2335       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2336       return false;
2337     }
2338
2339     // Record this instruction for deletion.
2340     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2341
2342     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2343     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2344
2345     // Compute the intersecting offset range.
2346     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2347     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2348     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2349     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2350     uint64_t SliceOffset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2351
2352     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2353     // a single value type, just emit a memset.
2354     if (!VecTy && !IntTy &&
2355         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2356          EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2357          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2358          !DL.isLegalInteger(DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)) ||
2359          DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)%8 != 0)) {
2360       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2361       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2362       CallInst *New = IRB.CreateMemSet(
2363           getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, II.getRawDest()->getType()),
2364           II.getValue(), Size, getOffsetAlign(SliceOffset), II.isVolatile());
2365       (void)New;
2366       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2367       return false;
2368     }
2369
2370     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2371     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2372     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2373     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2374     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2375     Value *V;
2376
2377     if (VecTy) {
2378       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2379       assert(ElementTy == ScalarTy);
2380
2381       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2382       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2383       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2384       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2385       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2386
2387       Value *Splat =
2388           getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8);
2389       Splat = convertValue(DL, IRB, Splat, ElementTy);
2390       if (NumElements > 1)
2391         Splat = getVectorSplat(Splat, NumElements);
2392
2393       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2394                                          "oldload");
2395       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, "vec");
2396     } else if (IntTy) {
2397       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2398       // set integer.
2399       assert(!II.isVolatile());
2400
2401       uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2402       V = getIntegerSplat(II.getValue(), Size);
2403
2404       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2405                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2406         Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2407                                            "oldload");
2408         Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2409         uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2410         V = insertInteger(DL, IRB, Old, V, Offset, "insert");
2411       } else {
2412         assert(V->getType() == IntTy &&
2413                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2414       }
2415       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2416     } else {
2417       // Established these invariants above.
2418       assert(NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2419       assert(NewEndOffset == NewAllocaEndOffset);
2420
2421       V = getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) / 8);
2422       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2423         V = getVectorSplat(V, AllocaVecTy->getNumElements());
2424
2425       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2426     }
2427
2428     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2429                                         II.isVolatile());
2430     (void)New;
2431     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2432     return !II.isVolatile();
2433   }
2434
2435   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2436     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2437     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2438
2439     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2440
2441     // Compute the intersecting offset range.
2442     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2443     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2444     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2445     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2446
2447     assert(II.getRawSource() == OldPtr || II.getRawDest() == OldPtr);
2448     bool IsDest = II.getRawDest() == OldPtr;
2449
2450     // Compute the relative offset within the transfer.
2451     unsigned IntPtrWidth = DL.getPointerSizeInBits();
2452     APInt RelOffset(IntPtrWidth, NewBeginOffset - BeginOffset);
2453
2454     unsigned Align = II.getAlignment();
2455     uint64_t SliceOffset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2456     if (Align > 1)
2457       Align =
2458           MinAlign(RelOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue(),
2459                    MinAlign(II.getAlignment(), getOffsetAlign(SliceOffset)));
2460
2461     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2462     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2463     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2464     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2465     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2466     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2467     // update both source and dest of a single call.
2468     if (!IsSplittable) {
2469       Value *OldOp = IsDest ? II.getRawDest() : II.getRawSource();
2470       if (IsDest)
2471         II.setDest(
2472             getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset, II.getRawDest()->getType()));
2473       else
2474         II.setSource(getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset,
2475                                           II.getRawSource()->getType()));
2476
2477       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2478       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, Align));
2479
2480       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2481       deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2482       return false;
2483     }
2484     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2485     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2486     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2487     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2488     // downsides to splitting and transforming the operations.
2489
2490     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2491     // a single value type, just emit a memcpy.
2492     bool EmitMemCpy
2493       = !VecTy && !IntTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2494                              EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2495                              !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2496
2497     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2498     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2499     // a no-op.
2500     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2501       // Ensure the start lines up.
2502       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2503
2504       // Rewrite the size as needed.
2505       if (NewEndOffset != EndOffset)
2506         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2507                                       NewEndOffset - NewBeginOffset));
2508       return false;
2509     }
2510     // Record this instruction for deletion.
2511     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2512
2513     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2514     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2515     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2516     if (AllocaInst *AI
2517           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets())) {
2518       assert(AI != &OldAI && AI != &NewAI &&
2519              "Splittable transfers cannot reach the same alloca on both ends.");
2520       Pass.Worklist.insert(AI);
2521     }
2522
2523     if (EmitMemCpy) {
2524       Type *OtherPtrTy = IsDest ? II.getRawSource()->getType()
2525                                 : II.getRawDest()->getType();
2526
2527       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2528       // a single, simple GEP in most cases.
2529       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy);
2530
2531       Value *OurPtr = getAdjustedAllocaPtr(
2532           IRB, NewBeginOffset,
2533           IsDest ? II.getRawDest()->getType() : II.getRawSource()->getType());
2534       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2535       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2536
2537       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(IsDest ? OurPtr : OtherPtr,
2538                                        IsDest ? OtherPtr : OurPtr,
2539                                        Size, Align, II.isVolatile());
2540       (void)New;
2541       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2542       return false;
2543     }
2544
2545     // Note that we clamp the alignment to 1 here as a 0 alignment for a memcpy
2546     // is equivalent to 1, but that isn't true if we end up rewriting this as
2547     // a load or store.
2548     if (!Align)
2549       Align = 1;
2550
2551     bool IsWholeAlloca = NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2552                          NewEndOffset == NewAllocaEndOffset;
2553     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2554     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(NewBeginOffset) : 0;
2555     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(NewEndOffset) : 0;
2556     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2557     IntegerType *SubIntTy
2558       = IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size*8) : 0;
2559
2560     Type *OtherPtrTy = NewAI.getType();
2561     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
2562       if (NumElements == 1)
2563         OtherPtrTy = VecTy->getElementType();
2564       else
2565         OtherPtrTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
2566
2567       OtherPtrTy = OtherPtrTy->getPointerTo();
2568     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
2569       OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo();
2570     }
2571
2572     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy);
2573     Value *DstPtr = &NewAI;
2574     if (!IsDest)
2575       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2576
2577     Value *Src;
2578     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2579       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2580                                   "load");
2581       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2582     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2583       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2584                                   "load");
2585       Src = convertValue(DL, IRB, Src, IntTy);
2586       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2587       Src = extractInteger(DL, IRB, Src, SubIntTy, Offset, "extract");
2588     } else {
2589       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, II.isVolatile(),
2590                                   "copyload");
2591     }
2592
2593     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2594       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2595                                          "oldload");
2596       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, "vec");
2597     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2598       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2599                                          "oldload");
2600       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2601       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2602       Src = insertInteger(DL, IRB, Old, Src, Offset, "insert");
2603       Src = convertValue(DL, IRB, Src, NewAllocaTy);
2604     }
2605
2606     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2607       IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, Align, II.isVolatile()));
2608     (void)Store;
2609     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2610     return !II.isVolatile();
2611   }
2612
2613   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2614     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2615            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2616     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2617     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2618
2619     // Compute the intersecting offset range.
2620     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2621     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2622     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2623     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2624
2625     // Record this instruction for deletion.
2626     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2627
2628     ConstantInt *Size
2629       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2630                          NewEndOffset - NewBeginOffset);
2631     Value *Ptr =
2632         getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, II.getArgOperand(1)->getType());
2633     Value *New;
2634     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2635       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2636     else
2637       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2638
2639     (void)New;
2640     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2641     return true;
2642   }
2643
2644   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2645     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2646     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "PHIs are unsplittable");
2647     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "PHIs are unsplittable");
2648
2649     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2650     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2651     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2652     // dominate the PHI.
2653     IRBuilderTy PtrBuilder(OldPtr);
2654     PtrBuilder.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) +
2655                              ".");
2656
2657     Value *NewPtr =
2658         getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, BeginOffset, OldPtr->getType());
2659     // Replace the operands which were using the old pointer.
2660     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
2661
2662     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2663     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2664
2665     // Check whether we can speculate this PHI node, and if so remember that
2666     // fact and queue it up for another iteration after the speculation
2667     // occurs.
2668     if (isSafePHIToSpeculate(PN, &DL)) {
2669       Pass.SpeculatablePHIs.insert(&PN);
2670       IsUsedByRewrittenSpeculatableInstructions = true;
2671       return true;
2672     }
2673
2674     return false; // PHIs can't be promoted on their own.
2675   }
2676
2677   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2678     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2679     assert((SI.getTrueValue() == OldPtr || SI.getFalseValue() == OldPtr) &&
2680            "Pointer isn't an operand!");
2681     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Selects are unsplittable");
2682     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "Selects are unsplittable");
2683
2684     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset, OldPtr->getType());
2685     // Replace the operands which were using the old pointer.
2686     if (SI.getOperand(1) == OldPtr)
2687       SI.setOperand(1, NewPtr);
2688     if (SI.getOperand(2) == OldPtr)
2689       SI.setOperand(2, NewPtr);
2690
2691     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2692     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2693
2694     // Check whether we can speculate this select instruction, and if so
2695     // remember that fact and queue it up for another iteration after the
2696     // speculation occurs.
2697     if (isSafeSelectToSpeculate(SI, &DL)) {
2698       Pass.SpeculatableSelects.insert(&SI);
2699       IsUsedByRewrittenSpeculatableInstructions = true;
2700       return true;
2701     }
2702
2703     return false; // Selects can't be promoted on their own.
2704   }
2705
2706 };
2707 }
2708
2709 namespace {
2710 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2711 ///
2712 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2713 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2714 /// with scalar loads and stores.
2715 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2716   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2717   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2718
2719   const DataLayout &DL;
2720
2721   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2722   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2723
2724   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2725   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2726
2727   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2728   /// value (as opposed to the user).
2729   Use *U;
2730
2731 public:
2732   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
2733
2734   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2735   /// it.
2736   bool rewrite(Instruction &I) {
2737     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2738     enqueueUsers(I);
2739     bool Changed = false;
2740     while (!Queue.empty()) {
2741       U = Queue.pop_back_val();
2742       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2743     }
2744     return Changed;
2745   }
2746
2747 private:
2748   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2749   /// This uses a set to de-duplicate users.
2750   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2751     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
2752          ++UI)
2753       if (Visited.insert(*UI))
2754         Queue.push_back(&UI.getUse());
2755   }
2756
2757   // Conservative default is to not rewrite anything.
2758   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2759
2760   /// \brief Generic recursive split emission class.
2761   template <typename Derived>
2762   class OpSplitter {
2763   protected:
2764     /// The builder used to form new instructions.
2765     IRBuilderTy IRB;
2766     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
2767     /// appropriate value within the aggregate.
2768     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2769     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
2770     /// within the aggregate.
2771     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2772     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
2773     /// split operations.
2774     Value *Ptr;
2775
2776     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
2777     /// single zero GEP index.
2778     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2779       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
2780
2781   public:
2782     /// \brief Generic recursive split emission routine.
2783     ///
2784     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2785     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2786     /// and emits that single value operation via the template argument.
2787     ///
2788     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
2789     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
2790     /// formatted differently (GEPs need actual values).
2791     ///
2792     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
2793     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
2794     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
2795     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2796       if (Ty->isSingleValueType())
2797         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
2798
2799       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2800         unsigned OldSize = Indices.size();
2801         (void)OldSize;
2802         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
2803              ++Idx) {
2804           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2805           Indices.push_back(Idx);
2806           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2807           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2808           GEPIndices.pop_back();
2809           Indices.pop_back();
2810         }
2811         return;
2812       }
2813
2814       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2815         unsigned OldSize = Indices.size();
2816         (void)OldSize;
2817         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
2818              ++Idx) {
2819           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2820           Indices.push_back(Idx);
2821           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2822           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2823           GEPIndices.pop_back();
2824           Indices.pop_back();
2825         }
2826         return;
2827       }
2828
2829       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
2830     }
2831   };
2832
2833   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
2834     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2835       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2836
2837     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
2838     /// recursive emission to actually load values.
2839     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2840       assert(Ty->isSingleValueType());
2841       // Load the single value and insert it using the indices.
2842       Value *GEP = IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
2843       Value *Load = IRB.CreateLoad(GEP, Name + ".load");
2844       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
2845       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
2846     }
2847   };
2848
2849   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2850     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
2851     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
2852       return false;
2853
2854     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
2855     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2856     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
2857     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
2858     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
2859     LI.replaceAllUsesWith(V);
2860     LI.eraseFromParent();
2861     return true;
2862   }
2863
2864   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
2865     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2866       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2867
2868     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
2869     /// recursive emission to actually produce stores.
2870     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2871       assert(Ty->isSingleValueType());
2872       // Extract the single value and store it using the indices.
2873       Value *Store = IRB.CreateStore(
2874         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
2875         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
2876       (void)Store;
2877       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2878     }
2879   };
2880
2881   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2882     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
2883       return false;
2884     Value *V = SI.getValueOperand();
2885     if (V->getType()->isSingleValueType())
2886       return false;
2887
2888     // We have an aggregate being stored, split it apart.
2889     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2890     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
2891     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
2892     SI.eraseFromParent();
2893     return true;
2894   }
2895
2896   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
2897     enqueueUsers(BC);
2898     return false;
2899   }
2900
2901   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
2902     enqueueUsers(GEPI);
2903     return false;
2904   }
2905
2906   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2907     enqueueUsers(PN);
2908     return false;
2909   }
2910
2911   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2912     enqueueUsers(SI);
2913     return false;
2914   }
2915 };
2916 }
2917
2918 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
2919 ///
2920 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
2921 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
2922 /// size or the allocated size.
2923 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
2924   if (Ty->isSingleValueType())
2925     return Ty;
2926
2927   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
2928   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
2929
2930   Type *InnerTy;
2931   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2932     InnerTy = ArrTy->getElementType();
2933   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2934     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
2935     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
2936     InnerTy = STy->getElementType(Index);
2937   } else {
2938     return Ty;
2939   }
2940
2941   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
2942       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
2943     return Ty;
2944
2945   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
2946 }
2947
2948 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
2949 /// offset and size.
2950 ///
2951 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
2952 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
2953 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
2954 /// and the same for structs.
2955 ///
2956 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
2957 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
2958 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
2959 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
2960 /// return a type if necessary.
2961 static Type *getTypePartition(const DataLayout &DL, Type *Ty,
2962                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
2963   if (Offset == 0 && DL.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
2964     return stripAggregateTypeWrapping(DL, Ty);
2965   if (Offset > DL.getTypeAllocSize(Ty) ||
2966       (DL.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
2967     return 0;
2968
2969   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
2970     // We can't partition pointers...
2971     if (SeqTy->isPointerTy())
2972       return 0;
2973
2974     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
2975     uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
2976     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
2977     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy)) {
2978       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
2979         return 0;
2980     } else if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy)) {
2981       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
2982         return 0;
2983     }
2984     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
2985
2986     // First check if we need to recurse.
2987     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
2988       // Bail if the partition ends in a different array element.
2989       if ((Offset + Size) > ElementSize)
2990         return 0;
2991       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
2992       return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
2993     }
2994     assert(Offset == 0);
2995
2996     if (Size == ElementSize)
2997       return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
2998     assert(Size > ElementSize);
2999     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3000     if (NumElements * ElementSize != Size)
3001       return 0;
3002     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3003   }
3004
3005   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3006   if (!STy)
3007     return 0;
3008
3009   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3010   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3011     return 0;
3012   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3013   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3014     return 0;
3015
3016   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3017   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3018
3019   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3020   uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3021   if (Offset >= ElementSize)
3022     return 0; // The offset points into alignment padding.
3023
3024   // See if any partition must be contained by the element.
3025   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3026     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3027       return 0;
3028     return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3029   }
3030   assert(Offset == 0);
3031
3032   if (Size == ElementSize)
3033     return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3034
3035   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3036                                EE = STy->element_end();
3037   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3038     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3039     if (Index == EndIndex)
3040       return 0; // Within a single element and its padding.
3041
3042     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3043     // expected size.
3044     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3045     // sub-struct to find a natural end point.
3046     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3047       return 0;
3048
3049     assert(Index < EndIndex);
3050     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3051   }
3052
3053   // Try to build up a sub-structure.
3054   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE),
3055                                       STy->isPacked());
3056   const StructLayout *SubSL = DL.getStructLayout(SubTy);
3057   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3058     return 0; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3059
3060   return SubTy;
3061 }
3062
3063 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3064 ///
3065 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3066 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3067 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3068 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3069 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3070 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3071 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3072 /// promoted.
3073 bool SROA::rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S,
3074                             AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
3075                             int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
3076                             ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
3077   assert(BeginOffset < EndOffset);
3078   uint64_t SliceSize = EndOffset - BeginOffset;
3079
3080   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3081   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3082   // or an i8 array of an appropriate size.
3083   Type *SliceTy = 0;
3084   if (Type *CommonUseTy = findCommonType(B, E, EndOffset))
3085     if (DL->getTypeAllocSize(CommonUseTy) >= SliceSize)
3086       SliceTy = CommonUseTy;
3087   if (!SliceTy)
3088     if (Type *TypePartitionTy = getTypePartition(*DL, AI.getAllocatedType(),
3089                                                  BeginOffset, SliceSize))
3090       SliceTy = TypePartitionTy;
3091   if ((!SliceTy || (SliceTy->isArrayTy() &&
3092                     SliceTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3093       DL->isLegalInteger(SliceSize * 8))
3094     SliceTy = Type::getIntNTy(*C, SliceSize * 8);
3095   if (!SliceTy)
3096     SliceTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), SliceSize);
3097   assert(DL->getTypeAllocSize(SliceTy) >= SliceSize);
3098
3099   bool IsVectorPromotable = isVectorPromotionViable(
3100       *DL, SliceTy, S, BeginOffset, EndOffset, B, E, SplitUses);
3101
3102   bool IsIntegerPromotable =
3103       !IsVectorPromotable &&
3104       isIntegerWideningViable(*DL, SliceTy, BeginOffset, S, B, E, SplitUses);
3105
3106   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3107   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3108   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3109   // perform phi and select speculation.
3110   AllocaInst *NewAI;
3111   if (SliceTy == AI.getAllocatedType()) {
3112     assert(BeginOffset == 0 &&
3113            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3114     NewAI = &AI;
3115     // FIXME: We should be able to bail at this point with "nothing changed".
3116     // FIXME: We might want to defer PHI speculation until after here.
3117   } else {
3118     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3119     if (!Alignment) {
3120       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3121       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3122       // type.
3123       Alignment = DL->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3124     }
3125     Alignment = MinAlign(Alignment, BeginOffset);
3126     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3127     // the alloca's alignment unconstrained.
3128     if (Alignment <= DL->getABITypeAlignment(SliceTy))
3129       Alignment = 0;
3130     NewAI = new AllocaInst(SliceTy, 0, Alignment,
3131                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(B - S.begin()), &AI);
3132     ++NumNewAllocas;
3133   }
3134
3135   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3136                << "[" << BeginOffset << "," << EndOffset << ") to: " << *NewAI
3137                << "\n");
3138
3139   // Track the high watermark on several worklists that are only relevant for
3140   // promoted allocas. We will reset it to this point if the alloca is not in
3141   // fact scheduled for promotion.
3142   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3143   unsigned SPOldSize = SpeculatablePHIs.size();
3144   unsigned SSOldSize = SpeculatableSelects.size();
3145   unsigned NumUses = 0;
3146
3147   AllocaSliceRewriter Rewriter(*DL, S, *this, AI, *NewAI, BeginOffset,
3148                                EndOffset, IsVectorPromotable,
3149                                IsIntegerPromotable);
3150   bool Promotable = true;
3151   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
3152                                                         SUE = SplitUses.end();
3153        SUI != SUE; ++SUI) {
3154     DEBUG(dbgs() << "  rewriting split ");
3155     DEBUG(S.printSlice(dbgs(), *SUI, ""));
3156     Promotable &= Rewriter.visit(*SUI);
3157     ++NumUses;
3158   }
3159   for (AllocaSlices::iterator I = B; I != E; ++I) {
3160     DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3161     DEBUG(S.printSlice(dbgs(), I, ""));
3162     Promotable &= Rewriter.visit(I);
3163     ++NumUses;
3164   }
3165
3166   NumAllocaPartitionUses += NumUses;
3167   MaxUsesPerAllocaPartition =
3168       std::max<unsigned>(NumUses, MaxUsesPerAllocaPartition);
3169
3170   if (Promotable && !Rewriter.isUsedByRewrittenSpeculatableInstructions()) {
3171     DEBUG(dbgs() << "  and queuing for promotion\n");
3172     PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3173   } else if (NewAI != &AI ||
3174              (Promotable &&
3175               Rewriter.isUsedByRewrittenSpeculatableInstructions())) {
3176     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3177     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3178     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3179     //
3180     // Alternatively, if we could promote the alloca but have speculatable
3181     // instructions then we will speculate them after finishing our processing
3182     // of the original alloca. Mark the new one for re-visiting in the next
3183     // iteration so the speculated operations can be rewritten.
3184     //
3185     // FIXME: We should actually track whether the rewriter changed anything.
3186     Worklist.insert(NewAI);
3187   }
3188
3189   // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3190   if (!Promotable) {
3191     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3192       PostPromotionWorklist.pop_back();
3193     while (SpeculatablePHIs.size() > SPOldSize)
3194       SpeculatablePHIs.pop_back();
3195     while (SpeculatableSelects.size() > SSOldSize)
3196       SpeculatableSelects.pop_back();
3197   }
3198
3199   return true;
3200 }
3201
3202 namespace {
3203 struct IsSliceEndLessOrEqualTo {
3204   uint64_t UpperBound;
3205
3206   IsSliceEndLessOrEqualTo(uint64_t UpperBound) : UpperBound(UpperBound) {}
3207
3208   bool operator()(const AllocaSlices::iterator &I) {
3209     return I->endOffset() <= UpperBound;
3210   }
3211 };
3212 }
3213
3214 static void
3215 removeFinishedSplitUses(SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator> &SplitUses,
3216                         uint64_t &MaxSplitUseEndOffset, uint64_t Offset) {
3217   if (Offset >= MaxSplitUseEndOffset) {
3218     SplitUses.clear();
3219     MaxSplitUseEndOffset = 0;
3220     return;
3221   }
3222
3223   size_t SplitUsesOldSize = SplitUses.size();
3224   SplitUses.erase(std::remove_if(SplitUses.begin(), SplitUses.end(),
3225                                  IsSliceEndLessOrEqualTo(Offset)),
3226                   SplitUses.end());
3227   if (SplitUsesOldSize == SplitUses.size())
3228     return;
3229
3230   // Recompute the max. While this is linear, so is remove_if.
3231   MaxSplitUseEndOffset = 0;
3232   for (SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator>::iterator
3233            SUI = SplitUses.begin(),
3234            SUE = SplitUses.end();
3235        SUI != SUE; ++SUI)
3236     MaxSplitUseEndOffset = std::max((*SUI)->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3237 }
3238
3239 /// \brief Walks the slices of an alloca and form partitions based on them,
3240 /// rewriting each of their uses.
3241 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S) {
3242   if (S.begin() == S.end())
3243     return false;
3244
3245   unsigned NumPartitions = 0;
3246   bool Changed = false;
3247   SmallVector<AllocaSlices::iterator, 4> SplitUses;
3248   uint64_t MaxSplitUseEndOffset = 0;
3249
3250   uint64_t BeginOffset = S.begin()->beginOffset();
3251
3252   for (AllocaSlices::iterator SI = S.begin(), SJ = llvm::next(SI), SE = S.end();
3253        SI != SE; SI = SJ) {
3254     uint64_t MaxEndOffset = SI->endOffset();
3255
3256     if (!SI->isSplittable()) {
3257       // When we're forming an unsplittable region, it must always start at the
3258       // first slice and will extend through its end.
3259       assert(BeginOffset == SI->beginOffset());
3260
3261       // Form a partition including all of the overlapping slices with this
3262       // unsplittable slice.
3263       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3264         if (!SJ->isSplittable())
3265           MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3266         ++SJ;
3267       }
3268     } else {
3269       assert(SI->isSplittable()); // Established above.
3270
3271       // Collect all of the overlapping splittable slices.
3272       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset &&
3273              SJ->isSplittable()) {
3274         MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3275         ++SJ;
3276       }
3277
3278       // Back up MaxEndOffset and SJ if we ended the span early when
3279       // encountering an unsplittable slice.
3280       if (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3281         assert(!SJ->isSplittable());
3282         MaxEndOffset = SJ->beginOffset();
3283       }
3284     }
3285
3286     // Check if we have managed to move the end offset forward yet. If so,
3287     // we'll have to rewrite uses and erase old split uses.
3288     if (BeginOffset < MaxEndOffset) {
3289       // Rewrite a sequence of overlapping slices.
3290       Changed |=
3291           rewritePartition(AI, S, SI, SJ, BeginOffset, MaxEndOffset, SplitUses);
3292       ++NumPartitions;
3293
3294       removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset, MaxEndOffset);
3295     }
3296
3297     // Accumulate all the splittable slices from the [SI,SJ) region which
3298     // overlap going forward.
3299     for (AllocaSlices::iterator SK = SI; SK != SJ; ++SK)
3300       if (SK->isSplittable() && SK->endOffset() > MaxEndOffset) {
3301         SplitUses.push_back(SK);
3302         MaxSplitUseEndOffset = std::max(SK->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3303       }
3304
3305     // If we're already at the end and we have no split uses, we're done.
3306     if (SJ == SE && SplitUses.empty())
3307       break;
3308
3309     // If we have no split uses or no gap in offsets, we're ready to move to
3310     // the next slice.
3311     if (SplitUses.empty() || (SJ != SE && MaxEndOffset == SJ->beginOffset())) {
3312       BeginOffset = SJ->beginOffset();
3313       continue;
3314     }
3315
3316     // Even if we have split slices, if the next slice is splittable and the
3317     // split slices reach it, we can simply set up the beginning offset of the
3318     // next iteration to bridge between them.
3319     if (SJ != SE && SJ->isSplittable() &&
3320         MaxSplitUseEndOffset > SJ->beginOffset()) {
3321       BeginOffset = MaxEndOffset;
3322       continue;
3323     }
3324
3325     // Otherwise, we have a tail of split slices. Rewrite them with an empty
3326     // range of slices.
3327     uint64_t PostSplitEndOffset =
3328         SJ == SE ? MaxSplitUseEndOffset : SJ->beginOffset();
3329
3330     Changed |= rewritePartition(AI, S, SJ, SJ, MaxEndOffset, PostSplitEndOffset,
3331                                 SplitUses);
3332     ++NumPartitions;
3333
3334     if (SJ == SE)
3335       break; // Skip the rest, we don't need to do any cleanup.
3336
3337     removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset,
3338                             PostSplitEndOffset);
3339
3340     // Now just reset the begin offset for the next iteration.
3341     BeginOffset = SJ->beginOffset();
3342   }
3343
3344   NumAllocaPartitions += NumPartitions;
3345   MaxPartitionsPerAlloca =
3346       std::max<unsigned>(NumPartitions, MaxPartitionsPerAlloca);
3347
3348   return Changed;
3349 }
3350
3351 /// \brief Clobber a use with undef, deleting the used value if it becomes dead.
3352 void SROA::clobberUse(Use &U) {
3353   Value *OldV = U;
3354   // Replace the use with an undef value.
3355   U = UndefValue::get(OldV->getType());
3356
3357   // Check for this making an instruction dead. We have to garbage collect
3358   // all the dead instructions to ensure the uses of any alloca end up being
3359   // minimal.
3360   if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3361     if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3362       DeadInsts.insert(OldI);
3363     }
3364 }
3365
3366 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3367 ///
3368 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3369 /// the slices of the alloca, and then hands it off to be split and
3370 /// rewritten as needed.
3371 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3372   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3373   ++NumAllocasAnalyzed;
3374
3375   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3376   if (AI.use_empty()) {
3377     AI.eraseFromParent();
3378     return true;
3379   }
3380
3381   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3382   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3383       DL->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3384     return false;
3385
3386   bool Changed = false;
3387
3388   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3389   // better splitting and promotion opportunities.
3390   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*DL);
3391   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3392
3393   // Build the slices using a recursive instruction-visiting builder.
3394   AllocaSlices S(*DL, AI);
3395   DEBUG(S.print(dbgs()));
3396   if (S.isEscaped())
3397     return Changed;
3398
3399   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3400   for (AllocaSlices::dead_user_iterator DI = S.dead_user_begin(),
3401                                         DE = S.dead_user_end();
3402        DI != DE; ++DI) {
3403     // Free up everything used by this instruction.
3404     for (User::op_iterator DOI = (*DI)->op_begin(), DOE = (*DI)->op_end();
3405          DOI != DOE; ++DOI)
3406       clobberUse(*DOI);
3407
3408     // Now replace the uses of this instruction.
3409     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
3410
3411     // And mark it for deletion.
3412     DeadInsts.insert(*DI);
3413     Changed = true;
3414   }
3415   for (AllocaSlices::dead_op_iterator DO = S.dead_op_begin(),
3416                                       DE = S.dead_op_end();
3417        DO != DE; ++DO) {
3418     clobberUse(**DO);
3419     Changed = true;
3420   }
3421
3422   // No slices to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3423   if (S.begin() == S.end())
3424     return Changed;
3425
3426   Changed |= splitAlloca(AI, S);
3427
3428   DEBUG(dbgs() << "  Speculating PHIs\n");
3429   while (!SpeculatablePHIs.empty())
3430     speculatePHINodeLoads(*SpeculatablePHIs.pop_back_val());
3431
3432   DEBUG(dbgs() << "  Speculating Selects\n");
3433   while (!SpeculatableSelects.empty())
3434     speculateSelectInstLoads(*SpeculatableSelects.pop_back_val());
3435
3436   return Changed;
3437 }
3438
3439 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3440 ///
3441 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3442 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3443 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3444 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3445 ///
3446 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3447 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3448 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst*, 4> &DeletedAllocas) {
3449   while (!DeadInsts.empty()) {
3450     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3451     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3452
3453     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
3454
3455     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
3456       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
3457         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3458         *OI = 0;
3459         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3460           DeadInsts.insert(U);
3461       }
3462
3463     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3464       DeletedAllocas.insert(AI);
3465
3466     ++NumDeleted;
3467     I->eraseFromParent();
3468   }
3469 }
3470
3471 static void enqueueUsersInWorklist(Instruction &I,
3472                                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist,
3473                                    SmallPtrSet<Instruction *, 8> &Visited) {
3474   for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
3475        ++UI)
3476     if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
3477       Worklist.push_back(cast<Instruction>(*UI));
3478 }
3479
3480 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3481 ///
3482 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3483 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3484 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3485 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3486 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3487 /// promotion occurred.
3488 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3489   if (PromotableAllocas.empty())
3490     return false;
3491
3492   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3493
3494   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3495     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3496     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT);
3497     PromotableAllocas.clear();
3498     return true;
3499   }
3500
3501   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3502   SSAUpdater SSA;
3503   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3504   SmallVector<Instruction *, 64> Insts;
3505
3506   // We need a worklist to walk the uses of each alloca.
3507   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
3508   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3509   SmallVector<Instruction *, 32> DeadInsts;
3510
3511   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3512     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3513     Insts.clear();
3514     Worklist.clear();
3515     Visited.clear();
3516
3517     enqueueUsersInWorklist(*AI, Worklist, Visited);
3518
3519     while (!Worklist.empty()) {
3520       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3521
3522       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3523       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3524       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3525       // scalar values produced.
3526       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3527         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3528                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3529         II->eraseFromParent();
3530         continue;
3531       }
3532
3533       // Push the loads and stores we find onto the list. SROA will already
3534       // have validated that all loads and stores are viable candidates for
3535       // promotion.
3536       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3537         assert(LI->getType() == AI->getAllocatedType());
3538         Insts.push_back(LI);
3539         continue;
3540       }
3541       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
3542         assert(SI->getValueOperand()->getType() == AI->getAllocatedType());
3543         Insts.push_back(SI);
3544         continue;
3545       }
3546
3547       // For everything else, we know that only no-op bitcasts and GEPs will
3548       // make it this far, just recurse through them and recall them for later
3549       // removal.
3550       DeadInsts.push_back(I);
3551       enqueueUsersInWorklist(*I, Worklist, Visited);
3552     }
3553     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3554     while (!DeadInsts.empty())
3555       DeadInsts.pop_back_val()->eraseFromParent();
3556     AI->eraseFromParent();
3557   }
3558
3559   PromotableAllocas.clear();
3560   return true;
3561 }
3562
3563 namespace {
3564   /// \brief A predicate to test whether an alloca belongs to a set.
3565   class IsAllocaInSet {
3566     typedef SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> SetType;
3567     const SetType &Set;
3568
3569   public:
3570     typedef AllocaInst *argument_type;
3571
3572     IsAllocaInSet(const SetType &Set) : Set(Set) {}
3573     bool operator()(AllocaInst *AI) const { return Set.count(AI); }
3574   };
3575 }
3576
3577 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3578   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3579   C = &F.getContext();
3580   DL = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
3581   if (!DL) {
3582     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3583     return false;
3584   }
3585   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
3586       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
3587   DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : 0;
3588
3589   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3590   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = llvm::prior(EntryBB.end());
3591        I != E; ++I)
3592     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3593       Worklist.insert(AI);
3594
3595   bool Changed = false;
3596   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3597   // the list of promotable allocas.
3598   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3599
3600   do {
3601     while (!Worklist.empty()) {
3602       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3603       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3604
3605       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3606       // continue processing them.
3607       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3608         Worklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3609         PostPromotionWorklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3610         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3611                                                PromotableAllocas.end(),
3612                                                IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
3613                                 PromotableAllocas.end());
3614         DeletedAllocas.clear();
3615       }
3616     }
3617
3618     Changed |= promoteAllocas(F);
3619
3620     Worklist = PostPromotionWorklist;
3621     PostPromotionWorklist.clear();
3622   } while (!Worklist.empty());
3623
3624   return Changed;
3625 }
3626
3627 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3628   if (RequiresDomTree)
3629     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
3630   AU.setPreservesCFG();
3631 }