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