Keep coding stanard.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / SROA.cpp
1 //===- SROA.cpp - Scalar Replacement Of Aggregates ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This transformation implements the well known scalar replacement of
11 /// aggregates transformation. It tries to identify promotable elements of an
12 /// aggregate alloca, and promote them to registers. It will also try to
13 /// convert uses of an element (or set of elements) of an alloca into a vector
14 /// or bitfield-style integer scalar if appropriate.
15 ///
16 /// It works to do this with minimal slicing of the alloca so that regions
17 /// which are merely transferred in and out of external memory remain unchanged
18 /// and are not decomposed to scalar code.
19 ///
20 /// Because this also performs alloca promotion, it can be thought of as also
21 /// serving the purpose of SSA formation. The algorithm iterates on the
22 /// function until all opportunities for promotion have been realized.
23 ///
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25
26 #define DEBUG_TYPE "sroa"
27 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
28 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
29 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
32 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
33 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
34 #include "llvm/Analysis/PtrUseVisitor.h"
35 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
36 #include "llvm/DIBuilder.h"
37 #include "llvm/DebugInfo.h"
38 #include "llvm/IR/Constants.h"
39 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
40 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
41 #include "llvm/IR/Function.h"
42 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
43 #include "llvm/IR/Instructions.h"
44 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
45 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
46 #include "llvm/IR/Operator.h"
47 #include "llvm/InstVisitor.h"
48 #include "llvm/Pass.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Debug.h"
51 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
52 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
53 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
54 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
55 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
57 using namespace llvm;
58
59 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
60 STATISTIC(NumNewAllocas,      "Number of new, smaller allocas introduced");
61 STATISTIC(NumPromoted,        "Number of allocas promoted to SSA values");
62 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
63 STATISTIC(NumDeleted,         "Number of instructions deleted");
64 STATISTIC(NumVectorized,      "Number of vectorized aggregates");
65
66 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
67 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
68 static cl::opt<bool>
69 ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false), cl::Hidden);
70
71 namespace {
72 /// \brief Alloca partitioning representation.
73 ///
74 /// This class represents a partitioning of an alloca into slices, and
75 /// information about the nature of uses of each slice of the alloca. The goal
76 /// is that this information is sufficient to decide if and how to split the
77 /// alloca apart and replace slices with scalars. It is also intended that this
78 /// structure can capture the relevant information needed both to decide about
79 /// and to enact these transformations.
80 class AllocaPartitioning {
81 public:
82   /// \brief A common base class for representing a half-open byte range.
83   struct ByteRange {
84     /// \brief The beginning offset of the range.
85     uint64_t BeginOffset;
86
87     /// \brief The ending offset, not included in the range.
88     uint64_t EndOffset;
89
90     ByteRange() : BeginOffset(), EndOffset() {}
91     ByteRange(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset)
92         : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset) {}
93
94     /// \brief Support for ordering ranges.
95     ///
96     /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
97     /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
98     /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
99     /// same start position.
100     bool operator<(const ByteRange &RHS) const {
101       if (BeginOffset < RHS.BeginOffset) return true;
102       if (BeginOffset > RHS.BeginOffset) return false;
103       if (EndOffset > RHS.EndOffset) return true;
104       return false;
105     }
106
107     /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
108     friend bool operator<(const ByteRange &LHS, uint64_t RHSOffset) {
109       return LHS.BeginOffset < RHSOffset;
110     }
111
112     friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
113                                                 const ByteRange &RHS) {
114       return LHSOffset < RHS.BeginOffset;
115     }
116
117     bool operator==(const ByteRange &RHS) const {
118       return BeginOffset == RHS.BeginOffset && EndOffset == RHS.EndOffset;
119     }
120     bool operator!=(const ByteRange &RHS) const { return !operator==(RHS); }
121   };
122
123   /// \brief A partition of an alloca.
124   ///
125   /// This structure represents a contiguous partition of the alloca. These are
126   /// formed by examining the uses of the alloca. During formation, they may
127   /// overlap but once an AllocaPartitioning is built, the Partitions within it
128   /// are all disjoint.
129   struct Partition : public ByteRange {
130     /// \brief Whether this partition is splittable into smaller partitions.
131     ///
132     /// We flag partitions as splittable when they are formed entirely due to
133     /// accesses by trivially splittable operations such as memset and memcpy.
134     bool IsSplittable;
135
136     /// \brief Test whether a partition has been marked as dead.
137     bool isDead() const {
138       if (BeginOffset == UINT64_MAX) {
139         assert(EndOffset == UINT64_MAX);
140         return true;
141       }
142       return false;
143     }
144
145     /// \brief Kill a partition.
146     /// This is accomplished by setting both its beginning and end offset to
147     /// the maximum possible value.
148     void kill() {
149       assert(!isDead() && "He's Dead, Jim!");
150       BeginOffset = EndOffset = UINT64_MAX;
151     }
152
153     Partition() : ByteRange(), IsSplittable() {}
154     Partition(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, bool IsSplittable)
155         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), IsSplittable(IsSplittable) {}
156   };
157
158   /// \brief A particular use of a partition of the alloca.
159   ///
160   /// This structure is used to associate uses of a partition with it. They
161   /// mark the range of bytes which are referenced by a particular instruction,
162   /// and includes a handle to the user itself and the pointer value in use.
163   /// The bounds of these uses are determined by intersecting the bounds of the
164   /// memory use itself with a particular partition. As a consequence there is
165   /// intentionally overlap between various uses of the same partition.
166   struct PartitionUse : public ByteRange {
167     /// \brief The use in question. Provides access to both user and used value.
168     ///
169     /// Note that this may be null if the partition use is *dead*, that is, it
170     /// should be ignored.
171     Use *U;
172
173     PartitionUse() : ByteRange(), U() {}
174     PartitionUse(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U)
175         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), U(U) {}
176   };
177
178   /// \brief Construct a partitioning of a particular alloca.
179   ///
180   /// Construction does most of the work for partitioning the alloca. This
181   /// performs the necessary walks of users and builds a partitioning from it.
182   AllocaPartitioning(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI);
183
184   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
185   ///
186   /// If this is true, the partitioning is never fully built and should be
187   /// ignored.
188   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
189
190   /// \brief Support for iterating over the partitions.
191   /// @{
192   typedef SmallVectorImpl<Partition>::iterator iterator;
193   iterator begin() { return Partitions.begin(); }
194   iterator end() { return Partitions.end(); }
195
196   typedef SmallVectorImpl<Partition>::const_iterator const_iterator;
197   const_iterator begin() const { return Partitions.begin(); }
198   const_iterator end() const { return Partitions.end(); }
199   /// @}
200
201   /// \brief Support for iterating over and manipulating a particular
202   /// partition's uses.
203   ///
204   /// The iteration support provided for uses is more limited, but also
205   /// includes some manipulation routines to support rewriting the uses of
206   /// partitions during SROA.
207   /// @{
208   typedef SmallVectorImpl<PartitionUse>::iterator use_iterator;
209   use_iterator use_begin(unsigned Idx) { return Uses[Idx].begin(); }
210   use_iterator use_begin(const_iterator I) { return Uses[I - begin()].begin(); }
211   use_iterator use_end(unsigned Idx) { return Uses[Idx].end(); }
212   use_iterator use_end(const_iterator I) { return Uses[I - begin()].end(); }
213
214   typedef SmallVectorImpl<PartitionUse>::const_iterator const_use_iterator;
215   const_use_iterator use_begin(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].begin(); }
216   const_use_iterator use_begin(const_iterator I) const {
217     return Uses[I - begin()].begin();
218   }
219   const_use_iterator use_end(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].end(); }
220   const_use_iterator use_end(const_iterator I) const {
221     return Uses[I - begin()].end();
222   }
223
224   unsigned use_size(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].size(); }
225   unsigned use_size(const_iterator I) const { return Uses[I - begin()].size(); }
226   const PartitionUse &getUse(unsigned PIdx, unsigned UIdx) const {
227     return Uses[PIdx][UIdx];
228   }
229   const PartitionUse &getUse(const_iterator I, unsigned UIdx) const {
230     return Uses[I - begin()][UIdx];
231   }
232
233   void use_push_back(unsigned Idx, const PartitionUse &PU) {
234     Uses[Idx].push_back(PU);
235   }
236   void use_push_back(const_iterator I, const PartitionUse &PU) {
237     Uses[I - begin()].push_back(PU);
238   }
239   /// @}
240
241   /// \brief Allow iterating the dead users for this alloca.
242   ///
243   /// These are instructions which will never actually use the alloca as they
244   /// are outside the allocated range. They are safe to replace with undef and
245   /// delete.
246   /// @{
247   typedef SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator dead_user_iterator;
248   dead_user_iterator dead_user_begin() const { return DeadUsers.begin(); }
249   dead_user_iterator dead_user_end() const { return DeadUsers.end(); }
250   /// @}
251
252   /// \brief Allow iterating the dead expressions referring to this alloca.
253   ///
254   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
255   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
256   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
257   /// need to replace with undef.
258   /// @{
259   typedef SmallVectorImpl<Use *>::const_iterator dead_op_iterator;
260   dead_op_iterator dead_op_begin() const { return DeadOperands.begin(); }
261   dead_op_iterator dead_op_end() const { return DeadOperands.end(); }
262   /// @}
263
264   /// \brief MemTransferInst auxiliary data.
265   /// This struct provides some auxiliary data about memory transfer
266   /// intrinsics such as memcpy and memmove. These intrinsics can use two
267   /// different ranges within the same alloca, and provide other challenges to
268   /// correctly represent. We stash extra data to help us untangle this
269   /// after the partitioning is complete.
270   struct MemTransferOffsets {
271     /// The destination begin and end offsets when the destination is within
272     /// this alloca. If the end offset is zero the destination is not within
273     /// this alloca.
274     uint64_t DestBegin, DestEnd;
275
276     /// The source begin and end offsets when the source is within this alloca.
277     /// If the end offset is zero, the source is not within this alloca.
278     uint64_t SourceBegin, SourceEnd;
279
280     /// Flag for whether an alloca is splittable.
281     bool IsSplittable;
282   };
283   MemTransferOffsets getMemTransferOffsets(MemTransferInst &II) const {
284     return MemTransferInstData.lookup(&II);
285   }
286
287   /// \brief Map from a PHI or select operand back to a partition.
288   ///
289   /// When manipulating PHI nodes or selects, they can use more than one
290   /// partition of an alloca. We store a special mapping to allow finding the
291   /// partition referenced by each of these operands, if any.
292   iterator findPartitionForPHIOrSelectOperand(Use *U) {
293     SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned> >::const_iterator MapIt
294       = PHIOrSelectOpMap.find(U);
295     if (MapIt == PHIOrSelectOpMap.end())
296       return end();
297
298     return begin() + MapIt->second.first;
299   }
300
301   /// \brief Map from a PHI or select operand back to the specific use of
302   /// a partition.
303   ///
304   /// Similar to mapping these operands back to the partitions, this maps
305   /// directly to the use structure of that partition.
306   use_iterator findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Use *U) {
307     SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned> >::const_iterator MapIt
308       = PHIOrSelectOpMap.find(U);
309     assert(MapIt != PHIOrSelectOpMap.end());
310     return Uses[MapIt->second.first].begin() + MapIt->second.second;
311   }
312
313   /// \brief Compute a common type among the uses of a particular partition.
314   ///
315   /// This routines walks all of the uses of a particular partition and tries
316   /// to find a common type between them. Untyped operations such as memset and
317   /// memcpy are ignored.
318   Type *getCommonType(iterator I) const;
319
320 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
321   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
322   void printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
323                   StringRef Indent = "  ") const;
324   void print(raw_ostream &OS) const;
325   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump(const_iterator I) const;
326   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump() const;
327 #endif
328
329 private:
330   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
331   class PartitionBuilder;
332   friend class AllocaPartitioning::PartitionBuilder;
333   class UseBuilder;
334   friend class AllocaPartitioning::UseBuilder;
335
336 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
337   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
338   AllocaInst &AI;
339 #endif
340
341   /// \brief The instruction responsible for this alloca having no partitioning.
342   ///
343   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
344   /// store a pointer to that here and abort trying to partition the alloca.
345   /// This will be null if the alloca is partitioned successfully.
346   Instruction *PointerEscapingInstr;
347
348   /// \brief The partitions of the alloca.
349   ///
350   /// We store a vector of the partitions over the alloca here. This vector is
351   /// sorted by increasing begin offset, and then by decreasing end offset. See
352   /// the Partition inner class for more details. Initially (during
353   /// construction) there are overlaps, but we form a disjoint sequence of
354   /// partitions while finishing construction and a fully constructed object is
355   /// expected to always have this as a disjoint space.
356   SmallVector<Partition, 8> Partitions;
357
358   /// \brief The uses of the partitions.
359   ///
360   /// This is essentially a mapping from each partition to a list of uses of
361   /// that partition. The mapping is done with a Uses vector that has the exact
362   /// same number of entries as the partition vector. Each entry is itself
363   /// a vector of the uses.
364   SmallVector<SmallVector<PartitionUse, 2>, 8> Uses;
365
366   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
367   ///
368   /// Note that these are not separated by partition. This is because we expect
369   /// a partitioned alloca to be completely rewritten or not rewritten at all.
370   /// If rewritten, all these instructions can simply be removed and replaced
371   /// with undef as they come from outside of the allocated space.
372   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
373
374   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
375   ///
376   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
377   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
378   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
379   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
380   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
381   /// the alloca.
382   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
383
384   /// \brief The underlying storage for auxiliary memcpy and memset info.
385   SmallDenseMap<MemTransferInst *, MemTransferOffsets, 4> MemTransferInstData;
386
387   /// \brief A side datastructure used when building up the partitions and uses.
388   ///
389   /// This mapping is only really used during the initial building of the
390   /// partitioning so that we can retain information about PHI and select nodes
391   /// processed.
392   SmallDenseMap<Instruction *, std::pair<uint64_t, bool> > PHIOrSelectSizes;
393
394   /// \brief Auxiliary information for particular PHI or select operands.
395   SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned>, 4> PHIOrSelectOpMap;
396
397   /// \brief A utility routine called from the constructor.
398   ///
399   /// This does what it says on the tin. It is the key of the alloca partition
400   /// splitting and merging. After it is called we have the desired disjoint
401   /// collection of partitions.
402   void splitAndMergePartitions();
403 };
404 }
405
406 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
407   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
408   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
409   // early on.
410   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
411     return SI.getOperand(1+CI->isZero());
412   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
413     return SI.getOperand(1);
414
415   return 0;
416 }
417
418 /// \brief Builder for the alloca partitioning.
419 ///
420 /// This class builds an alloca partitioning by recursively visiting the uses
421 /// of an alloca and splitting the partitions for each load and store at each
422 /// offset.
423 class AllocaPartitioning::PartitionBuilder
424     : public PtrUseVisitor<PartitionBuilder> {
425   friend class PtrUseVisitor<PartitionBuilder>;
426   friend class InstVisitor<PartitionBuilder>;
427   typedef PtrUseVisitor<PartitionBuilder> Base;
428
429   const uint64_t AllocSize;
430   AllocaPartitioning &P;
431
432   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferPartitionMap;
433
434 public:
435   PartitionBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
436       : PtrUseVisitor<PartitionBuilder>(DL),
437         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())),
438         P(P) {}
439
440 private:
441   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
442                  bool IsSplittable = false) {
443     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
444     // past the end of the allocation.
445     if (Size == 0 || Offset.isNegative() || Offset.uge(AllocSize)) {
446       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
447                    << " which has zero size or starts outside of the "
448                    << AllocSize << " byte alloca:\n"
449                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
450                    << "       use: " << I << "\n");
451       return;
452     }
453
454     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
455     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
456
457     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
458     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
459     // NOTE! This may appear superficially to be something we could ignore
460     // entirely, but that is not so! There may be PHI-node uses where some
461     // instructions are dead but not others. We can't completely ignore the
462     // PHI node, and so have to record at least the information here.
463     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
464     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
465       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
466                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
467                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
468                    << "       use: " << I << "\n");
469       EndOffset = AllocSize;
470     }
471
472     Partition New(BeginOffset, EndOffset, IsSplittable);
473     P.Partitions.push_back(New);
474   }
475
476   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
477                          bool IsVolatile) {
478     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(Ty);
479
480     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
481     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
482     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
483     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
484     // risk of overflow.
485     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
486     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
487     if (Offset.isNegative() || Size > AllocSize ||
488         Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
489       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte "
490                    << (isa<LoadInst>(I) ? "load" : "store") << " @" << Offset
491                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
492                    << " byte alloca:\n"
493                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
494                    << "       use: " << I << "\n");
495       return;
496     }
497
498     // We allow splitting of loads and stores where the type is an integer type
499     // and which cover the entire alloca. Such integer loads and stores
500     // often require decomposition into fine grained loads and stores.
501     bool IsSplittable = false;
502     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(Ty))
503       IsSplittable = !IsVolatile && ITy->getBitWidth() == AllocSize*8;
504
505     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
506   }
507
508   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
509     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
510            "All simple FCA loads should have been pre-split");
511
512     if (!IsOffsetKnown)
513       return PI.setAborted(&LI);
514
515     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, LI.isVolatile());
516   }
517
518   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
519     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
520     if (ValOp == *U)
521       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
522     if (!IsOffsetKnown)
523       return PI.setAborted(&SI);
524
525     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
526            "All simple FCA stores should have been pre-split");
527     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, SI.isVolatile());
528   }
529
530
531   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
532     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
533     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
534     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
535         (IsOffsetKnown && !Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize)))
536       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
537       return;
538
539     if (!IsOffsetKnown)
540       return PI.setAborted(&II);
541
542     insertUse(II, Offset,
543               Length ? Length->getLimitedValue()
544                      : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
545               (bool)Length);
546   }
547
548   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
549     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
550     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
551         (IsOffsetKnown && !Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize)))
552       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
553       return;
554
555     if (!IsOffsetKnown)
556       return PI.setAborted(&II);
557
558     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
559     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue()
560                            : AllocSize - RawOffset;
561
562     MemTransferOffsets &Offsets = P.MemTransferInstData[&II];
563
564     // Only intrinsics with a constant length can be split.
565     Offsets.IsSplittable = Length;
566
567     if (*U == II.getRawDest()) {
568       Offsets.DestBegin = RawOffset;
569       Offsets.DestEnd = RawOffset + Size;
570     }
571     if (*U == II.getRawSource()) {
572       Offsets.SourceBegin = RawOffset;
573       Offsets.SourceEnd = RawOffset + Size;
574     }
575
576     // If we have set up end offsets for both the source and the destination,
577     // we have found both sides of this transfer pointing at the same alloca.
578     bool SeenBothEnds = Offsets.SourceEnd && Offsets.DestEnd;
579     if (SeenBothEnds && II.getRawDest() != II.getRawSource()) {
580       unsigned PrevIdx = MemTransferPartitionMap[&II];
581
582       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
583       // In that case, we can completely elide the transfer.
584       if (!II.isVolatile() && Offsets.SourceBegin == Offsets.DestBegin) {
585         P.Partitions[PrevIdx].kill();
586         return;
587       }
588
589       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
590       // split those.
591       P.Partitions[PrevIdx].IsSplittable = Offsets.IsSplittable = false;
592     } else if (SeenBothEnds) {
593       // Handle the case where this exact use provides both ends of the
594       // operation.
595       assert(II.getRawDest() == II.getRawSource());
596
597       // For non-volatile transfers this is a no-op.
598       if (!II.isVolatile())
599         return;
600
601       // Otherwise just suppress splitting.
602       Offsets.IsSplittable = false;
603     }
604
605
606     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
607     insertUse(II, Offset, Size, Offsets.IsSplittable);
608
609     // Setup the mapping from intrinsic to partition of we've not seen both
610     // ends of this transfer.
611     if (!SeenBothEnds) {
612       unsigned NewIdx = P.Partitions.size() - 1;
613       bool Inserted
614         = MemTransferPartitionMap.insert(std::make_pair(&II, NewIdx)).second;
615       assert(Inserted &&
616              "Already have intrinsic in map but haven't seen both ends");
617       (void)Inserted;
618     }
619   }
620
621   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
622   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
623   // doesn't make sense.
624   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
625     if (!IsOffsetKnown)
626       return PI.setAborted(&II);
627
628     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
629         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
630       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
631       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
632                                Length->getLimitedValue());
633       insertUse(II, Offset, Size, true);
634       return;
635     }
636
637     Base::visitIntrinsicInst(II);
638   }
639
640   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
641     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
642     // the same offset to be a viable use for partitioning purposes. These uses
643     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
644     // size.
645     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
646     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
647     Visited.insert(Root);
648     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
649     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
650     // a size zero access.
651     Size = 0;
652     do {
653       Instruction *I, *UsedI;
654       llvm::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
655
656       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
657         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(LI->getType()));
658         continue;
659       }
660       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
661         Value *Op = SI->getOperand(0);
662         if (Op == UsedI)
663           return SI;
664         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(Op->getType()));
665         continue;
666       }
667
668       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
669         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
670           return GEP;
671       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
672                  !isa<SelectInst>(I)) {
673         return I;
674       }
675
676       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end(); UI != UE;
677            ++UI)
678         if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
679           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(*UI)));
680     } while (!Uses.empty());
681
682     return 0;
683   }
684
685   void visitPHINode(PHINode &PN) {
686     if (PN.use_empty())
687       return;
688     if (!IsOffsetKnown)
689       return PI.setAborted(&PN);
690
691     // See if we already have computed info on this node.
692     std::pair<uint64_t, bool> &PHIInfo = P.PHIOrSelectSizes[&PN];
693     if (PHIInfo.first) {
694       PHIInfo.second = true;
695       insertUse(PN, Offset, PHIInfo.first);
696       return;
697     }
698
699     // Check for an unsafe use of the PHI node.
700     if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&PN, PHIInfo.first))
701       return PI.setAborted(UnsafeI);
702
703     insertUse(PN, Offset, PHIInfo.first);
704   }
705
706   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
707     if (SI.use_empty())
708       return;
709     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
710       if (Result == *U)
711         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
712         // through the select as if we had RAUW'ed it.
713         enqueueUsers(SI);
714
715       return;
716     }
717     if (!IsOffsetKnown)
718       return PI.setAborted(&SI);
719
720     // See if we already have computed info on this node.
721     std::pair<uint64_t, bool> &SelectInfo = P.PHIOrSelectSizes[&SI];
722     if (SelectInfo.first) {
723       SelectInfo.second = true;
724       insertUse(SI, Offset, SelectInfo.first);
725       return;
726     }
727
728     // Check for an unsafe use of the PHI node.
729     if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&SI, SelectInfo.first))
730       return PI.setAborted(UnsafeI);
731
732     insertUse(SI, Offset, SelectInfo.first);
733   }
734
735   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
736   void visitInstruction(Instruction &I) {
737     PI.setAborted(&I);
738   }
739 };
740
741 /// \brief Use adder for the alloca partitioning.
742 ///
743 /// This class adds the uses of an alloca to all of the partitions which they
744 /// use. For splittable partitions, this can end up doing essentially a linear
745 /// walk of the partitions, but the number of steps remains bounded by the
746 /// total result instruction size:
747 /// - The number of partitions is a result of the number unsplittable
748 ///   instructions using the alloca.
749 /// - The number of users of each partition is at worst the total number of
750 ///   splittable instructions using the alloca.
751 /// Thus we will produce N * M instructions in the end, where N are the number
752 /// of unsplittable uses and M are the number of splittable. This visitor does
753 /// the exact same number of updates to the partitioning.
754 ///
755 /// In the more common case, this visitor will leverage the fact that the
756 /// partition space is pre-sorted, and do a logarithmic search for the
757 /// partition needed, making the total visit a classical ((N + M) * log(N))
758 /// complexity operation.
759 class AllocaPartitioning::UseBuilder : public PtrUseVisitor<UseBuilder> {
760   friend class PtrUseVisitor<UseBuilder>;
761   friend class InstVisitor<UseBuilder>;
762   typedef PtrUseVisitor<UseBuilder> Base;
763
764   const uint64_t AllocSize;
765   AllocaPartitioning &P;
766
767   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
768   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
769
770 public:
771   UseBuilder(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
772       : PtrUseVisitor<UseBuilder>(TD),
773         AllocSize(TD.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())),
774         P(P) {}
775
776 private:
777   void markAsDead(Instruction &I) {
778     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
779       P.DeadUsers.push_back(&I);
780   }
781
782   void insertUse(Instruction &User, const APInt &Offset, uint64_t Size) {
783     // If the use has a zero size or extends outside of the allocation, record
784     // it as a dead use for elimination later.
785     if (Size == 0 || Offset.isNegative() || Offset.uge(AllocSize))
786       return markAsDead(User);
787
788     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
789     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
790
791     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
792     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
793     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
794     if (Size > AllocSize - BeginOffset)
795       EndOffset = AllocSize;
796
797     // NB: This only works if we have zero overlapping partitions.
798     iterator B = std::lower_bound(P.begin(), P.end(), BeginOffset);
799     if (B != P.begin() && llvm::prior(B)->EndOffset > BeginOffset)
800       B = llvm::prior(B);
801     for (iterator I = B, E = P.end(); I != E && I->BeginOffset < EndOffset;
802          ++I) {
803       PartitionUse NewPU(std::max(I->BeginOffset, BeginOffset),
804                          std::min(I->EndOffset, EndOffset), U);
805       P.use_push_back(I, NewPU);
806       if (isa<PHINode>(U->getUser()) || isa<SelectInst>(U->getUser()))
807         P.PHIOrSelectOpMap[U]
808           = std::make_pair(I - P.begin(), P.Uses[I - P.begin()].size() - 1);
809     }
810   }
811
812   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset) {
813     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(Ty);
814
815     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
816     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
817     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
818     // behavior of insertUse.
819     if (Offset.isNegative() || Size > AllocSize ||
820         Offset.ugt(AllocSize - Size))
821       return markAsDead(I);
822
823     insertUse(I, Offset, Size);
824   }
825
826   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
827     if (BC.use_empty())
828       return markAsDead(BC);
829
830     return Base::visitBitCastInst(BC);
831   }
832
833   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
834     if (GEPI.use_empty())
835       return markAsDead(GEPI);
836
837     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
838   }
839
840   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
841     assert(IsOffsetKnown);
842     handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset);
843   }
844
845   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
846     assert(IsOffsetKnown);
847     handleLoadOrStore(SI.getOperand(0)->getType(), SI, Offset);
848   }
849
850   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
851     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
852     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
853         (IsOffsetKnown && !Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize)))
854       return markAsDead(II);
855
856     assert(IsOffsetKnown);
857     insertUse(II, Offset, Length ? Length->getLimitedValue()
858                                  : AllocSize - Offset.getLimitedValue());
859   }
860
861   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
862     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
863     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
864         (IsOffsetKnown && !Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize)))
865       return markAsDead(II);
866
867     assert(IsOffsetKnown);
868     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue()
869                            : AllocSize - Offset.getLimitedValue();
870
871     MemTransferOffsets &Offsets = P.MemTransferInstData[&II];
872     if (!II.isVolatile() && Offsets.DestEnd && Offsets.SourceEnd &&
873         Offsets.DestBegin == Offsets.SourceBegin)
874       return markAsDead(II); // Skip identity transfers without side-effects.
875
876     insertUse(II, Offset, Size);
877   }
878
879   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
880     assert(IsOffsetKnown);
881     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
882            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
883
884     ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
885     insertUse(II, Offset, std::min(Length->getLimitedValue(),
886                                    AllocSize - Offset.getLimitedValue()));
887   }
888
889   void insertPHIOrSelect(Instruction &User, const APInt &Offset) {
890     uint64_t Size = P.PHIOrSelectSizes.lookup(&User).first;
891
892     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
893     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
894     // case them here and use a separate structure to track the operands
895     // themselves which should be replaced with undef.
896     if ((Offset.isNegative() && Offset.uge(Size)) ||
897         (!Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize))) {
898       P.DeadOperands.push_back(U);
899       return;
900     }
901
902     insertUse(User, Offset, Size);
903   }
904
905   void visitPHINode(PHINode &PN) {
906     if (PN.use_empty())
907       return markAsDead(PN);
908
909     assert(IsOffsetKnown);
910     insertPHIOrSelect(PN, Offset);
911   }
912
913   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
914     if (SI.use_empty())
915       return markAsDead(SI);
916
917     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
918       if (Result == *U)
919         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
920         // through the select as if we had RAUW'ed it.
921         enqueueUsers(SI);
922       else
923         // Otherwise the operand to the select is dead, and we can replace it
924         // with undef.
925         P.DeadOperands.push_back(U);
926
927       return;
928     }
929
930     assert(IsOffsetKnown);
931     insertPHIOrSelect(SI, Offset);
932   }
933
934   /// \brief Unreachable, we've already visited the alloca once.
935   void visitInstruction(Instruction &I) {
936     llvm_unreachable("Unhandled instruction in use builder.");
937   }
938 };
939
940 void AllocaPartitioning::splitAndMergePartitions() {
941   size_t NumDeadPartitions = 0;
942
943   // Track the range of splittable partitions that we pass when accumulating
944   // overlapping unsplittable partitions.
945   uint64_t SplitEndOffset = 0ull;
946
947   Partition New(0ull, 0ull, false);
948
949   for (unsigned i = 0, j = i, e = Partitions.size(); i != e; i = j) {
950     ++j;
951
952     if (!Partitions[i].IsSplittable || New.BeginOffset == New.EndOffset) {
953       assert(New.BeginOffset == New.EndOffset);
954       New = Partitions[i];
955     } else {
956       assert(New.IsSplittable);
957       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[i].EndOffset);
958     }
959     assert(New.BeginOffset != New.EndOffset);
960
961     // Scan the overlapping partitions.
962     while (j != e && New.EndOffset > Partitions[j].BeginOffset) {
963       // If the new partition we are forming is splittable, stop at the first
964       // unsplittable partition.
965       if (New.IsSplittable && !Partitions[j].IsSplittable)
966         break;
967
968       // Grow the new partition to include any equally splittable range. 'j' is
969       // always equally splittable when New is splittable, but when New is not
970       // splittable, we may subsume some (or part of some) splitable partition
971       // without growing the new one.
972       if (New.IsSplittable == Partitions[j].IsSplittable) {
973         New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[j].EndOffset);
974       } else {
975         assert(!New.IsSplittable);
976         assert(Partitions[j].IsSplittable);
977         SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, Partitions[j].EndOffset);
978       }
979
980       Partitions[j].kill();
981       ++NumDeadPartitions;
982       ++j;
983     }
984
985     // If the new partition is splittable, chop off the end as soon as the
986     // unsplittable subsequent partition starts and ensure we eventually cover
987     // the splittable area.
988     if (j != e && New.IsSplittable) {
989       SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, New.EndOffset);
990       New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
991     }
992
993     // Add the new partition if it differs from the original one and is
994     // non-empty. We can end up with an empty partition here if it was
995     // splittable but there is an unsplittable one that starts at the same
996     // offset.
997     if (New != Partitions[i]) {
998       if (New.BeginOffset != New.EndOffset)
999         Partitions.push_back(New);
1000       // Mark the old one for removal.
1001       Partitions[i].kill();
1002       ++NumDeadPartitions;
1003     }
1004
1005     New.BeginOffset = New.EndOffset;
1006     if (!New.IsSplittable) {
1007       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, SplitEndOffset);
1008       if (j != e && !Partitions[j].IsSplittable)
1009         New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
1010       New.IsSplittable = true;
1011       // If there is a trailing splittable partition which won't be fused into
1012       // the next splittable partition go ahead and add it onto the partitions
1013       // list.
1014       if (New.BeginOffset < New.EndOffset &&
1015           (j == e || !Partitions[j].IsSplittable ||
1016            New.EndOffset < Partitions[j].BeginOffset)) {
1017         Partitions.push_back(New);
1018         New.BeginOffset = New.EndOffset = 0ull;
1019       }
1020     }
1021   }
1022
1023   // Re-sort the partitions now that they have been split and merged into
1024   // disjoint set of partitions. Also remove any of the dead partitions we've
1025   // replaced in the process.
1026   std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1027   if (NumDeadPartitions) {
1028     assert(Partitions.back().isDead());
1029     assert((ptrdiff_t)NumDeadPartitions ==
1030            std::count(Partitions.begin(), Partitions.end(), Partitions.back()));
1031   }
1032   Partitions.erase(Partitions.end() - NumDeadPartitions, Partitions.end());
1033 }
1034
1035 AllocaPartitioning::AllocaPartitioning(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI)
1036     :
1037 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1038       AI(AI),
1039 #endif
1040       PointerEscapingInstr(0) {
1041   PartitionBuilder PB(TD, AI, *this);
1042   PartitionBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
1043   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
1044     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
1045     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaPartitioning.
1046     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
1047                                                   : PtrI.getAbortingInst();
1048     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
1049     return;
1050   }
1051
1052   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
1053   // and the sizes to be in descending order.
1054   std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1055
1056   // Remove any partitions from the back which are marked as dead.
1057   while (!Partitions.empty() && Partitions.back().isDead())
1058     Partitions.pop_back();
1059
1060   if (Partitions.size() > 1) {
1061     // Intersect splittability for all partitions with equal offsets and sizes.
1062     // Then remove all but the first so that we have a sequence of non-equal but
1063     // potentially overlapping partitions.
1064     for (iterator I = Partitions.begin(), J = I, E = Partitions.end(); I != E;
1065          I = J) {
1066       ++J;
1067       while (J != E && *I == *J) {
1068         I->IsSplittable &= J->IsSplittable;
1069         ++J;
1070       }
1071     }
1072     Partitions.erase(std::unique(Partitions.begin(), Partitions.end()),
1073                      Partitions.end());
1074
1075     // Split splittable and merge unsplittable partitions into a disjoint set
1076     // of partitions over the used space of the allocation.
1077     splitAndMergePartitions();
1078   }
1079
1080   // Now build up the user lists for each of these disjoint partitions by
1081   // re-walking the recursive users of the alloca.
1082   Uses.resize(Partitions.size());
1083   UseBuilder UB(TD, AI, *this);
1084   PtrI = UB.visitPtr(AI);
1085   assert(!PtrI.isEscaped() && "Previously analyzed pointer now escapes!");
1086   assert(!PtrI.isAborted() && "Early aborted the visit of the pointer.");
1087 }
1088
1089 Type *AllocaPartitioning::getCommonType(iterator I) const {
1090   Type *Ty = 0;
1091   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I); UI != UE; ++UI) {
1092     if (!UI->U)
1093       continue; // Skip dead uses.
1094     if (isa<IntrinsicInst>(*UI->U->getUser()))
1095       continue;
1096     if (UI->BeginOffset != I->BeginOffset || UI->EndOffset != I->EndOffset)
1097       continue;
1098
1099     Type *UserTy = 0;
1100     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UI->U->getUser()))
1101       UserTy = LI->getType();
1102     else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI->U->getUser()))
1103       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1104     else
1105       return 0; // Bail if we have weird uses.
1106
1107     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(UserTy)) {
1108       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
1109       // this for split integer operations where we want to use the type of the
1110       // entity causing the split.
1111       if (ITy->getBitWidth() > (I->EndOffset - I->BeginOffset)*8)
1112         continue;
1113
1114       // If we have found an integer type use covering the alloca, use that
1115       // regardless of the other types, as integers are often used for a "bucket
1116       // of bits" type.
1117       return ITy;
1118     }
1119
1120     if (Ty && Ty != UserTy)
1121       return 0;
1122
1123     Ty = UserTy;
1124   }
1125   return Ty;
1126 }
1127
1128 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1129
1130 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1131                                StringRef Indent) const {
1132   OS << Indent << "partition #" << (I - begin())
1133      << " [" << I->BeginOffset << "," << I->EndOffset << ")"
1134      << (I->IsSplittable ? " (splittable)" : "")
1135      << (Uses[I - begin()].empty() ? " (zero uses)" : "")
1136      << "\n";
1137 }
1138
1139 void AllocaPartitioning::printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1140                                     StringRef Indent) const {
1141   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I); UI != UE; ++UI) {
1142     if (!UI->U)
1143       continue; // Skip dead uses.
1144     OS << Indent << "  [" << UI->BeginOffset << "," << UI->EndOffset << ") "
1145        << "used by: " << *UI->U->getUser() << "\n";
1146     if (MemTransferInst *II = dyn_cast<MemTransferInst>(UI->U->getUser())) {
1147       const MemTransferOffsets &MTO = MemTransferInstData.lookup(II);
1148       bool IsDest;
1149       if (!MTO.IsSplittable)
1150         IsDest = UI->BeginOffset == MTO.DestBegin;
1151       else
1152         IsDest = MTO.DestBegin != 0u;
1153       OS << Indent << "    (original " << (IsDest ? "dest" : "source") << ": "
1154          << "[" << (IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin)
1155          << "," << (IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd) << ")\n";
1156     }
1157   }
1158 }
1159
1160 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS) const {
1161   if (PointerEscapingInstr) {
1162     OS << "No partitioning for alloca: " << AI << "\n"
1163        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
1164        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
1165     return;
1166   }
1167
1168   OS << "Partitioning of alloca: " << AI << "\n";
1169   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I) {
1170     print(OS, I);
1171     printUsers(OS, I);
1172   }
1173 }
1174
1175 void AllocaPartitioning::dump(const_iterator I) const { print(dbgs(), I); }
1176 void AllocaPartitioning::dump() const { print(dbgs()); }
1177
1178 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1179
1180
1181 namespace {
1182 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
1183 ///
1184 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
1185 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
1186 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
1187 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
1188 /// scalar values.
1189 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1190   AllocaInst &AI;
1191   DIBuilder &DIB;
1192
1193   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
1194   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
1195
1196 public:
1197   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
1198                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
1199     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
1200
1201   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
1202     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
1203     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
1204       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
1205                                UE = DebugNode->use_end();
1206            UI != UE; ++UI)
1207         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
1208           DDIs.push_back(DDI);
1209         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
1210           DVIs.push_back(DVI);
1211     }
1212
1213     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1214     AI.eraseFromParent();
1215     while (!DDIs.empty())
1216       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1217     while (!DVIs.empty())
1218       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1219   }
1220
1221   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
1222                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
1223     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1224       return LI->getOperand(0) == &AI;
1225     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == &AI;
1226   }
1227
1228   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
1229     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::const_iterator I = DDIs.begin(),
1230            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1231       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1232       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1233         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
1234       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
1235         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
1236     }
1237     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::const_iterator I = DVIs.begin(),
1238            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1239       DbgValueInst *DVI = *I;
1240       Value *Arg = 0;
1241       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1242         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
1243         // may be zapped by an optimization pass in future.
1244         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
1245           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
1246         if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
1247           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
1248         if (!Arg)
1249           Arg = SI->getOperand(0);
1250       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
1251         Arg = LI->getOperand(0);
1252       } else {
1253         continue;
1254       }
1255       Instruction *DbgVal =
1256         DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
1257                                      Inst);
1258       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1259     }
1260   }
1261 };
1262 } // end anon namespace
1263
1264
1265 namespace {
1266 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
1267 ///
1268 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
1269 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
1270 /// a few steps to this process.
1271 ///
1272 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
1273 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
1274 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
1275 ///    as necessary and try to isolate individual scalar accesses.
1276 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
1277 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
1278 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
1279 ///    select to be a PHI or select of the results.
1280 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
1281 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
1282 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
1283 ///    SSA vector values.
1284 class SROA : public FunctionPass {
1285   const bool RequiresDomTree;
1286
1287   LLVMContext *C;
1288   const DataLayout *TD;
1289   DominatorTree *DT;
1290
1291   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
1292   ///
1293   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
1294   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
1295   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
1296   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
1297   /// already present to ensure it is re-visited.
1298   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
1299
1300   /// \brief A collection of instructions to delete.
1301   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
1302   /// efficient.
1303   SetVector<Instruction *, SmallVector<Instruction *, 8> > DeadInsts;
1304
1305   /// \brief Post-promotion worklist.
1306   ///
1307   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
1308   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
1309   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
1310   ///
1311   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
1312   /// the event they are deleted.
1313   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
1314
1315   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
1316   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
1317
1318 public:
1319   SROA(bool RequiresDomTree = true)
1320       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
1321         C(0), TD(0), DT(0) {
1322     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1323   }
1324   bool runOnFunction(Function &F);
1325   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1326
1327   const char *getPassName() const { return "SROA"; }
1328   static char ID;
1329
1330 private:
1331   friend class PHIOrSelectSpeculator;
1332   friend class AllocaPartitionRewriter;
1333   friend class AllocaPartitionVectorRewriter;
1334
1335   bool rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
1336                               AllocaPartitioning &P,
1337                               AllocaPartitioning::iterator PI);
1338   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P);
1339   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
1340   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> &DeletedAllocas);
1341   bool promoteAllocas(Function &F);
1342 };
1343 }
1344
1345 char SROA::ID = 0;
1346
1347 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
1348   return new SROA(RequiresDomTree);
1349 }
1350
1351 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1352                       false, false)
1353 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
1354 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1355                     false, false)
1356
1357 namespace {
1358 /// \brief Visitor to speculate PHIs and Selects where possible.
1359 class PHIOrSelectSpeculator : public InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator> {
1360   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1361   friend class llvm::InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator>;
1362
1363   const DataLayout &TD;
1364   AllocaPartitioning &P;
1365   SROA &Pass;
1366
1367 public:
1368   PHIOrSelectSpeculator(const DataLayout &TD, AllocaPartitioning &P, SROA &Pass)
1369     : TD(TD), P(P), Pass(Pass) {}
1370
1371   /// \brief Visit the users of an alloca partition and rewrite them.
1372   void visitUsers(AllocaPartitioning::const_iterator PI) {
1373     // Note that we need to use an index here as the underlying vector of uses
1374     // may be grown during speculation. However, we never need to re-visit the
1375     // new uses, and so we can use the initial size bound.
1376     for (unsigned Idx = 0, Size = P.use_size(PI); Idx != Size; ++Idx) {
1377       const AllocaPartitioning::PartitionUse &PU = P.getUse(PI, Idx);
1378       if (!PU.U)
1379         continue; // Skip dead use.
1380
1381       visit(cast<Instruction>(PU.U->getUser()));
1382     }
1383   }
1384
1385 private:
1386   // By default, skip this instruction.
1387   void visitInstruction(Instruction &I) {}
1388
1389   /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1390   /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1391   /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1392   /// From this:
1393   ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1394   ///   %V = load i32* %P2
1395   /// to:
1396   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1397   ///   ...
1398   ///   %V2 = load i32* %Other
1399   ///   ...
1400   ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1401   ///
1402   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1403   /// to the select can be loaded unconditionally.
1404   ///
1405   /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1406   /// Transforms/Util/Local.h
1407   bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN, SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
1408     // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1409     // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1410     // TODO: Allow recursive phi users.
1411     // TODO: Allow stores.
1412     BasicBlock *BB = PN.getParent();
1413     unsigned MaxAlign = 0;
1414     for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end();
1415          UI != UE; ++UI) {
1416       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1417       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1418
1419       // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1420       // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1421       // a PHI.
1422       if (LI->getParent() != BB) return false;
1423
1424       // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1425       // could store.
1426       for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1427         if (BBI->mayWriteToMemory())
1428           return false;
1429
1430       MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1431       Loads.push_back(LI);
1432     }
1433
1434     // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1435     // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1436     // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1437     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1438       TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1439       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1440
1441       // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1442       // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1443       // in the predecessor.
1444       if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1445         return false;
1446
1447       // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1448       // critical.
1449       if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1450         continue;
1451
1452       // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1453       // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1454       // block.
1455       if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1456           isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, &TD))
1457         continue;
1458
1459       return false;
1460     }
1461
1462     return true;
1463   }
1464
1465   void visitPHINode(PHINode &PN) {
1466     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1467
1468     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
1469     if (!isSafePHIToSpeculate(PN, Loads))
1470       return;
1471
1472     assert(!Loads.empty());
1473
1474     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1475     IRBuilder<> PHIBuilder(&PN);
1476     PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1477                                           PN.getName() + ".sroa.speculated");
1478
1479     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1480     // matter which one we get and if any differ.
1481     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(Loads.back());
1482     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1483     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1484
1485     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1486     do {
1487       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
1488       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1489       Pass.DeadInsts.insert(LI);
1490     } while (!Loads.empty());
1491
1492     // Inject loads into all of the pred blocks.
1493     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1494       BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1495       TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1496       Use *InUse = &PN.getOperandUse(PN.getOperandNumForIncomingValue(Idx));
1497       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1498       IRBuilder<> PredBuilder(TI);
1499
1500       LoadInst *Load
1501         = PredBuilder.CreateLoad(InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." +
1502                                          Pred->getName()));
1503       ++NumLoadsSpeculated;
1504       Load->setAlignment(Align);
1505       if (TBAATag)
1506         Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1507       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1508
1509       Instruction *Ptr = dyn_cast<Instruction>(InVal);
1510       if (!Ptr)
1511         // No uses to rewrite.
1512         continue;
1513
1514       // Try to lookup and rewrite any partition uses corresponding to this phi
1515       // input.
1516       AllocaPartitioning::iterator PI
1517         = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(InUse);
1518       if (PI == P.end())
1519         continue;
1520
1521       // Replace the Use in the PartitionUse for this operand with the Use
1522       // inside the load.
1523       AllocaPartitioning::use_iterator UI
1524         = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(InUse);
1525       assert(isa<PHINode>(*UI->U->getUser()));
1526       UI->U = &Load->getOperandUse(Load->getPointerOperandIndex());
1527     }
1528     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1529   }
1530
1531   /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1532   /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1533   /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1534   /// From this:
1535   ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1536   ///   %V = load i32* %P2
1537   /// to:
1538   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1539   ///   %V2 = load i32* %Other
1540   ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1541   ///
1542   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1543   /// to the select can be loaded unconditionally.
1544   bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
1545                                SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
1546     Value *TValue = SI.getTrueValue();
1547     Value *FValue = SI.getFalseValue();
1548     bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
1549     bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
1550
1551     for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end();
1552          UI != UE; ++UI) {
1553       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1554       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1555
1556       // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1557       // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1558       // accesses to it.
1559       if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI,
1560                                                       LI->getAlignment(), &TD))
1561         return false;
1562       if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI,
1563                                                       LI->getAlignment(), &TD))
1564         return false;
1565       Loads.push_back(LI);
1566     }
1567
1568     return true;
1569   }
1570
1571   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
1572     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1573
1574     // If the select isn't safe to speculate, just use simple logic to emit it.
1575     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
1576     if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, Loads))
1577       return;
1578
1579     IRBuilder<> IRB(&SI);
1580     Use *Ops[2] = { &SI.getOperandUse(1), &SI.getOperandUse(2) };
1581     AllocaPartitioning::iterator PIs[2];
1582     AllocaPartitioning::PartitionUse PUs[2];
1583     for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
1584       PIs[i] = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
1585       if (PIs[i] != P.end()) {
1586         // If the pointer is within the partitioning, remove the select from
1587         // its uses. We'll add in the new loads below.
1588         AllocaPartitioning::use_iterator UI
1589           = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
1590         PUs[i] = *UI;
1591         // Clear out the use here so that the offsets into the use list remain
1592         // stable but this use is ignored when rewriting.
1593         UI->U = 0;
1594       }
1595     }
1596
1597     Value *TV = SI.getTrueValue();
1598     Value *FV = SI.getFalseValue();
1599     // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1600     while (!Loads.empty()) {
1601       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
1602
1603       IRB.SetInsertPoint(LI);
1604       LoadInst *TL =
1605         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1606       LoadInst *FL =
1607         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1608       NumLoadsSpeculated += 2;
1609
1610       // Transfer alignment and TBAA info if present.
1611       TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1612       FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1613       if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1614         TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1615         FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1616       }
1617
1618       Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1619                                   LI->getName() + ".sroa.speculated");
1620
1621       LoadInst *Loads[2] = { TL, FL };
1622       for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
1623         if (PIs[i] != P.end()) {
1624           Use *LoadUse = &Loads[i]->getOperandUse(0);
1625           assert(PUs[i].U->get() == LoadUse->get());
1626           PUs[i].U = LoadUse;
1627           P.use_push_back(PIs[i], PUs[i]);
1628         }
1629       }
1630
1631       DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1632       LI->replaceAllUsesWith(V);
1633       Pass.DeadInsts.insert(LI);
1634     }
1635   }
1636 };
1637 }
1638
1639 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1640 ///
1641 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1642 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1643 static Value *buildGEP(IRBuilder<> &IRB, Value *BasePtr,
1644                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1645                        const Twine &Prefix) {
1646   if (Indices.empty())
1647     return BasePtr;
1648
1649   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1650   // in that case.
1651   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1652     return BasePtr;
1653
1654   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, Prefix + ".idx");
1655 }
1656
1657 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1658 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1659 ///
1660 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1661 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1662 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1663 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1664 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1665 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1666 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1667                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1668                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1669                                     const Twine &Prefix) {
1670   if (Ty == TargetTy)
1671     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1672
1673   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1674   // type.
1675   unsigned NumLayers = 0;
1676   Type *ElementTy = Ty;
1677   do {
1678     if (ElementTy->isPointerTy())
1679       break;
1680     if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
1681       ElementTy = SeqTy->getElementType();
1682       // Note that we use the default address space as this index is over an
1683       // array or a vector, not a pointer.
1684       Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(TD.getPointerSizeInBits(0), 0)));
1685     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1686       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1687         break; // Nothing left to descend into.
1688       ElementTy = *STy->element_begin();
1689       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1690     } else {
1691       break;
1692     }
1693     ++NumLayers;
1694   } while (ElementTy != TargetTy);
1695   if (ElementTy != TargetTy)
1696     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1697
1698   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1699 }
1700
1701 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1702 ///
1703 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1704 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1705 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1706                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1707                                        Type *TargetTy,
1708                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1709                                        const Twine &Prefix) {
1710   if (Offset == 0)
1711     return getNaturalGEPWithType(IRB, TD, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, Prefix);
1712
1713   // We can't recurse through pointer types.
1714   if (Ty->isPointerTy())
1715     return 0;
1716
1717   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1718   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1719   // over a vector from the IR completely.
1720   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1721     unsigned ElementSizeInBits = TD.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1722     if (ElementSizeInBits % 8)
1723       return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1724     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1725     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1726     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1727       return 0;
1728     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1729     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1730     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, VecTy->getElementType(),
1731                                     Offset, TargetTy, Indices, Prefix);
1732   }
1733
1734   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1735     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1736     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1737     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1738     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1739       return 0;
1740
1741     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1742     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1743     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1744                                     Indices, Prefix);
1745   }
1746
1747   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1748   if (!STy)
1749     return 0;
1750
1751   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1752   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1753   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1754     return 0;
1755   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1756   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1757   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1758   if (Offset.uge(TD.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1759     return 0; // The offset points into alignment padding.
1760
1761   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1762   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1763                                   Indices, Prefix);
1764 }
1765
1766 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1767 /// resulting in a particular type.
1768 ///
1769 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1770 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1771 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1772 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1773 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1774 ///
1775 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1776 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1777                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1778                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1779                                       const Twine &Prefix) {
1780   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1781
1782   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1783   // an i8.
1784   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
1785     return 0;
1786
1787   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1788   if (!ElementTy->isSized())
1789     return 0; // We can't GEP through an unsized element.
1790   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1791   if (ElementSize == 0)
1792     return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1793   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1794
1795   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1796   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1797   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1798                                   Indices, Prefix);
1799 }
1800
1801 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1802 /// resulting pointer has PointerTy.
1803 ///
1804 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1805 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1806 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1807 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1808 /// bitcast to the type.
1809 ///
1810 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1811 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1812 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1813 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1814 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1815 /// surrounding code.
1816 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1817                              Value *Ptr, APInt Offset, Type *PointerTy,
1818                              const Twine &Prefix) {
1819   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1820   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1821   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1822   Visited.insert(Ptr);
1823   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1824
1825   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1826   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1827   // fall back to it, so keep it around here.
1828   Value *OffsetPtr = 0;
1829
1830   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1831   // byte offset.
1832   Value *Int8Ptr = 0;
1833   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1834
1835   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1836
1837   do {
1838     // First fold any existing GEPs into the offset.
1839     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1840       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1841       if (!GEP->accumulateConstantOffset(TD, GEPOffset))
1842         break;
1843       Offset += GEPOffset;
1844       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1845       if (!Visited.insert(Ptr))
1846         break;
1847     }
1848
1849     // See if we can perform a natural GEP here.
1850     Indices.clear();
1851     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, TD, Ptr, Offset, TargetTy,
1852                                            Indices, Prefix)) {
1853       if (P->getType() == PointerTy) {
1854         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1855         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1856           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1857             I->eraseFromParent();
1858         return P;
1859       }
1860       if (!OffsetPtr) {
1861         OffsetPtr = P;
1862       }
1863     }
1864
1865     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1866     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1867       Int8Ptr = Ptr;
1868       Int8PtrOffset = Offset;
1869     }
1870
1871     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1872     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1873       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1874     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1875       if (GA->mayBeOverridden())
1876         break;
1877       Ptr = GA->getAliasee();
1878     } else {
1879       break;
1880     }
1881     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1882   } while (Visited.insert(Ptr));
1883
1884   if (!OffsetPtr) {
1885     if (!Int8Ptr) {
1886       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
1887                                   Prefix + ".raw_cast");
1888       Int8PtrOffset = Offset;
1889     }
1890
1891     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1892       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1893                             Prefix + ".raw_idx");
1894   }
1895   Ptr = OffsetPtr;
1896
1897   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1898   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1899     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, Prefix + ".cast");
1900
1901   return Ptr;
1902 }
1903
1904 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1905 ///
1906 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1907 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1908 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1909 /// underlying value, and convert that value.
1910 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1911   if (OldTy == NewTy)
1912     return true;
1913   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1914     return false;
1915   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1916     return false;
1917
1918   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1919     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
1920       return true;
1921     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
1922       return true;
1923     return false;
1924   }
1925
1926   return true;
1927 }
1928
1929 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1930 /// type.
1931 ///
1932 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1933 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1934 /// two types for viability with this routine.
1935 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilder<> &IRB, Value *V,
1936                            Type *Ty) {
1937   assert(canConvertValue(DL, V->getType(), Ty) &&
1938          "Value not convertable to type");
1939   if (V->getType() == Ty)
1940     return V;
1941   if (V->getType()->isIntegerTy() && Ty->isPointerTy())
1942     return IRB.CreateIntToPtr(V, Ty);
1943   if (V->getType()->isPointerTy() && Ty->isIntegerTy())
1944     return IRB.CreatePtrToInt(V, Ty);
1945
1946   return IRB.CreateBitCast(V, Ty);
1947 }
1948
1949 /// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to a vector.
1950 ///
1951 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1952 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1953 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1954 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1955 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1956 /// be promotable, so we have an early test here.
1957 static bool isVectorPromotionViable(const DataLayout &TD,
1958                                     Type *AllocaTy,
1959                                     AllocaPartitioning &P,
1960                                     uint64_t PartitionBeginOffset,
1961                                     uint64_t PartitionEndOffset,
1962                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
1963                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
1964   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
1965   if (!Ty)
1966     return false;
1967
1968   uint64_t ElementSize = TD.getTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
1969
1970   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1971   // that aren't byte sized.
1972   if (ElementSize % 8)
1973     return false;
1974   assert((TD.getTypeSizeInBits(Ty) % 8) == 0 &&
1975          "vector size not a multiple of element size?");
1976   ElementSize /= 8;
1977
1978   for (; I != E; ++I) {
1979     if (!I->U)
1980       continue; // Skip dead use.
1981
1982     uint64_t BeginOffset = I->BeginOffset - PartitionBeginOffset;
1983     uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1984     if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1985         BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1986       return false;
1987     uint64_t EndOffset = I->EndOffset - PartitionBeginOffset;
1988     uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1989     if (EndIndex * ElementSize != EndOffset ||
1990         EndIndex > Ty->getNumElements())
1991       return false;
1992
1993     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1994     uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1995     Type *PartitionTy
1996       = (NumElements == 1) ? Ty->getElementType()
1997                            : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1998
1999     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
2000       if (MI->isVolatile())
2001         return false;
2002       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
2003         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2004           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
2005         if (!MTO.IsSplittable)
2006           return false;
2007       }
2008     } else if (I->U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
2009       // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
2010       return false;
2011     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->U->getUser())) {
2012       if (LI->isVolatile())
2013         return false;
2014       if (!canConvertValue(TD, PartitionTy, LI->getType()))
2015         return false;
2016     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I->U->getUser())) {
2017       if (SI->isVolatile())
2018         return false;
2019       if (!canConvertValue(TD, SI->getValueOperand()->getType(), PartitionTy))
2020         return false;
2021     } else {
2022       return false;
2023     }
2024   }
2025   return true;
2026 }
2027
2028 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
2029 /// widened to promotable ones.
2030 ///
2031 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
2032 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
2033 /// promote the resulting alloca.
2034 static bool isIntegerWideningViable(const DataLayout &TD,
2035                                     Type *AllocaTy,
2036                                     uint64_t AllocBeginOffset,
2037                                     AllocaPartitioning &P,
2038                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2039                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2040   uint64_t SizeInBits = TD.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
2041   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
2042   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
2043     return false;
2044
2045   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
2046   if (SizeInBits != TD.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
2047     return false;
2048
2049   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
2050   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
2051   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
2052   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
2053   if (!canConvertValue(TD, AllocaTy, IntTy) ||
2054       !canConvertValue(TD, IntTy, AllocaTy))
2055     return false;
2056
2057   uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(AllocaTy);
2058
2059   // Check the uses to ensure the uses are (likely) promotable integer uses.
2060   // Also ensure that the alloca has a covering load or store. We don't want
2061   // to widen the integer operations only to fail to promote due to some other
2062   // unsplittable entry (which we may make splittable later).
2063   bool WholeAllocaOp = false;
2064   for (; I != E; ++I) {
2065     if (!I->U)
2066       continue; // Skip dead use.
2067
2068     uint64_t RelBegin = I->BeginOffset - AllocBeginOffset;
2069     uint64_t RelEnd = I->EndOffset - AllocBeginOffset;
2070
2071     // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
2072     // the end of the aloca's type and into its padding.
2073     if (RelEnd > Size)
2074       return false;
2075
2076     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->U->getUser())) {
2077       if (LI->isVolatile())
2078         return false;
2079       if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2080         WholeAllocaOp = true;
2081       if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
2082         if (ITy->getBitWidth() < TD.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
2083           return false;
2084         continue;
2085       }
2086       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
2087       // they are promotable.
2088       if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2089           !canConvertValue(TD, AllocaTy, LI->getType()))
2090         return false;
2091     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I->U->getUser())) {
2092       Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
2093       if (SI->isVolatile())
2094         return false;
2095       if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2096         WholeAllocaOp = true;
2097       if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
2098         if (ITy->getBitWidth() < TD.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
2099           return false;
2100         continue;
2101       }
2102       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
2103       // they are promotable.
2104       if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2105           !canConvertValue(TD, ValueTy, AllocaTy))
2106         return false;
2107     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
2108       if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
2109         return false;
2110       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
2111         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2112           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
2113         if (!MTO.IsSplittable)
2114           return false;
2115       }
2116     } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->U->getUser())) {
2117       if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
2118           II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
2119         return false;
2120     } else {
2121       return false;
2122     }
2123   }
2124   return WholeAllocaOp;
2125 }
2126
2127 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilder<> &IRB, Value *V,
2128                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
2129                              const Twine &Name) {
2130   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
2131   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2132   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2133          "Element extends past full value");
2134   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
2135   if (DL.isBigEndian())
2136     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2137   if (ShAmt) {
2138     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
2139     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
2140   }
2141   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2142          "Cannot extract to a larger integer!");
2143   if (Ty != IntTy) {
2144     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
2145     DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
2146   }
2147   return V;
2148 }
2149
2150 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilder<> &IRB, Value *Old,
2151                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
2152   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
2153   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
2154   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2155          "Cannot insert a larger integer!");
2156   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
2157   if (Ty != IntTy) {
2158     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
2159     DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
2160   }
2161   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2162          "Element store outside of alloca store");
2163   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
2164   if (DL.isBigEndian())
2165     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2166   if (ShAmt) {
2167     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
2168     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
2169   }
2170
2171   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
2172     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
2173     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
2174     DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
2175     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
2176     DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
2177   }
2178   return V;
2179 }
2180
2181 static Value *extractVector(IRBuilder<> &IRB, Value *V,
2182                             unsigned BeginIndex, unsigned EndIndex,
2183                             const Twine &Name) {
2184   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
2185   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2186   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2187
2188   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
2189     return V;
2190
2191   if (NumElements == 1) {
2192     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
2193                                  Name + ".extract");
2194     DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
2195     return V;
2196   }
2197
2198   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
2199   Mask.reserve(NumElements);
2200   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
2201     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
2202   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
2203                               ConstantVector::get(Mask),
2204                               Name + ".extract");
2205   DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
2206   return V;
2207 }
2208
2209 static Value *insertVector(IRBuilder<> &IRB, Value *Old, Value *V,
2210                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
2211   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
2212   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
2213
2214   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
2215   if (!Ty) {
2216     // Single element to insert.
2217     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
2218                                 Name + ".insert");
2219     DEBUG(dbgs() <<  "     insert: " << *V << "\n");
2220     return V;
2221   }
2222
2223   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
2224          "Too many elements!");
2225   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
2226     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
2227     return V;
2228   }
2229   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
2230
2231   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
2232   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
2233   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
2234   // incoming vector.
2235   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
2236   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
2237   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
2238     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
2239       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
2240     else
2241       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
2242   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
2243                               ConstantVector::get(Mask),
2244                               Name + ".expand");
2245   DEBUG(dbgs() << "    shuffle1: " << *V << "\n");
2246
2247   Mask.clear();
2248   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
2249     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
2250       Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
2251     else
2252       Mask.push_back(IRB.getInt32(i + VecTy->getNumElements()));
2253   V = IRB.CreateShuffleVector(V, Old, ConstantVector::get(Mask),
2254                               Name + "insert");
2255   DEBUG(dbgs() << "    shuffle2: " << *V << "\n");
2256   return V;
2257 }
2258
2259 namespace {
2260 /// \brief Visitor to rewrite instructions using a partition of an alloca to
2261 /// use a new alloca.
2262 ///
2263 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
2264 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
2265 /// lives here.
2266 class AllocaPartitionRewriter : public InstVisitor<AllocaPartitionRewriter,
2267                                                    bool> {
2268   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2269   friend class llvm::InstVisitor<AllocaPartitionRewriter, bool>;
2270
2271   const DataLayout &TD;
2272   AllocaPartitioning &P;
2273   SROA &Pass;
2274   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2275   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2276   Type *NewAllocaTy;
2277
2278   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2279   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2280   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
2281   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2282   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2283   //     element.
2284   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2285   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2286   //     which are promotable via mem2reg.
2287   VectorType *VecTy;
2288   Type *ElementTy;
2289   uint64_t ElementSize;
2290
2291   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2292   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
2293   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
2294   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2295   IntegerType *IntTy;
2296
2297   // The offset of the partition user currently being rewritten.
2298   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
2299   Use *OldUse;
2300   Instruction *OldPtr;
2301
2302   // The name prefix to use when rewriting instructions for this alloca.
2303   std::string NamePrefix;
2304
2305 public:
2306   AllocaPartitionRewriter(const DataLayout &TD, AllocaPartitioning &P,
2307                           AllocaPartitioning::iterator PI,
2308                           SROA &Pass, AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2309                           uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset)
2310     : TD(TD), P(P), Pass(Pass),
2311       OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2312       NewAllocaBeginOffset(NewBeginOffset),
2313       NewAllocaEndOffset(NewEndOffset),
2314       NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
2315       VecTy(), ElementTy(), ElementSize(), IntTy(),
2316       BeginOffset(), EndOffset() {
2317   }
2318
2319   /// \brief Visit the users of the alloca partition and rewrite them.
2320   bool visitUsers(AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2321                   AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2322     if (isVectorPromotionViable(TD, NewAI.getAllocatedType(), P,
2323                                 NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset,
2324                                 I, E)) {
2325       ++NumVectorized;
2326       VecTy = cast<VectorType>(NewAI.getAllocatedType());
2327       ElementTy = VecTy->getElementType();
2328       assert((TD.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType()) % 8) == 0 &&
2329              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2330       ElementSize = TD.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType()) / 8;
2331     } else if (isIntegerWideningViable(TD, NewAI.getAllocatedType(),
2332                                        NewAllocaBeginOffset, P, I, E)) {
2333       IntTy = Type::getIntNTy(NewAI.getContext(),
2334                               TD.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()));
2335     }
2336     bool CanSROA = true;
2337     for (; I != E; ++I) {
2338       if (!I->U)
2339         continue; // Skip dead uses.
2340       BeginOffset = I->BeginOffset;
2341       EndOffset = I->EndOffset;
2342       OldUse = I->U;
2343       OldPtr = cast<Instruction>(I->U->get());
2344       NamePrefix = (Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset)).str();
2345       CanSROA &= visit(cast<Instruction>(I->U->getUser()));
2346     }
2347     if (VecTy) {
2348       assert(CanSROA);
2349       VecTy = 0;
2350       ElementTy = 0;
2351       ElementSize = 0;
2352     }
2353     if (IntTy) {
2354       assert(CanSROA);
2355       IntTy = 0;
2356     }
2357     return CanSROA;
2358   }
2359
2360 private:
2361   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2362   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2363     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2364     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2365   }
2366
2367   Twine getName(const Twine &Suffix) {
2368     return NamePrefix + Suffix;
2369   }
2370
2371   Value *getAdjustedAllocaPtr(IRBuilder<> &IRB, Type *PointerTy) {
2372     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset);
2373     APInt Offset(TD.getPointerSizeInBits(), BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2374     return getAdjustedPtr(IRB, TD, &NewAI, Offset, PointerTy, getName(""));
2375   }
2376
2377   /// \brief Compute suitable alignment to access an offset into the new alloca.
2378   unsigned getOffsetAlign(uint64_t Offset) {
2379     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2380     if (!NewAIAlign)
2381       NewAIAlign = TD.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2382     return MinAlign(NewAIAlign, Offset);
2383   }
2384
2385   /// \brief Compute suitable alignment to access this partition of the new
2386   /// alloca.
2387   unsigned getPartitionAlign() {
2388     return getOffsetAlign(BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2389   }
2390
2391   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at an offset of the
2392   /// new alloca.
2393   ///
2394   /// \returns zero if the type's ABI alignment is a suitable alignment,
2395   /// otherwise returns the maximal suitable alignment.
2396   unsigned getOffsetTypeAlign(Type *Ty, uint64_t Offset) {
2397     unsigned Align = getOffsetAlign(Offset);
2398     return Align == TD.getABITypeAlignment(Ty) ? 0 : Align;
2399   }
2400
2401   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at the beginning of
2402   /// this partition of the new alloca.
2403   ///
2404   /// See \c getOffsetTypeAlign for details; this routine delegates to it.
2405   unsigned getPartitionTypeAlign(Type *Ty) {
2406     return getOffsetTypeAlign(Ty, BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2407   }
2408
2409   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
2410     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2411     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2412     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2413     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2414     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2415     return Index;
2416   }
2417
2418   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2419     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2420     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2421       Pass.DeadInsts.insert(I);
2422   }
2423
2424   Value *rewriteVectorizedLoadInst(IRBuilder<> &IRB) {
2425     unsigned BeginIndex = getIndex(BeginOffset);
2426     unsigned EndIndex = getIndex(EndOffset);
2427     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2428
2429     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2430                                      getName(".load"));
2431     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, getName(".vec"));
2432   }
2433
2434   Value *rewriteIntegerLoad(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI) {
2435     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2436     assert(!LI.isVolatile());
2437     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2438                                      getName(".load"));
2439     V = convertValue(TD, IRB, V, IntTy);
2440     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2441     uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2442     if (Offset > 0 || EndOffset < NewAllocaEndOffset)
2443       V = extractInteger(TD, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2444                          getName(".extract"));
2445     return V;
2446   }
2447
2448   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2449     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2450     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2451     assert(OldOp == OldPtr);
2452
2453     uint64_t Size = EndOffset - BeginOffset;
2454     bool IsSplitIntLoad = Size < TD.getTypeStoreSize(LI.getType());
2455
2456     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
2457     // bounds of the original allocation it's behavior is undefined. Rather
2458     // than trying to transform it, just replace it with undef.
2459     // FIXME: We should do something more clever for functions being
2460     // instrumented by asan.
2461     // FIXME: Eventually, once ASan and friends can flush out bugs here, this
2462     // should be transformed to a load of null making it unreachable.
2463     uint64_t OldAllocSize = TD.getTypeAllocSize(OldAI.getAllocatedType());
2464     if (TD.getTypeStoreSize(LI.getType()) > OldAllocSize) {
2465       LI.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(LI.getType()));
2466       Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2467       deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2468       DEBUG(dbgs() << "          to: undef!!\n");
2469       return true;
2470     }
2471
2472     IRBuilder<> IRB(&LI);
2473     Type *TargetTy = IsSplitIntLoad ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), Size * 8)
2474                                     : LI.getType();
2475     bool IsPtrAdjusted = false;
2476     Value *V;
2477     if (VecTy) {
2478       V = rewriteVectorizedLoadInst(IRB);
2479     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2480       V = rewriteIntegerLoad(IRB, LI);
2481     } else if (BeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2482                canConvertValue(TD, NewAllocaTy, LI.getType())) {
2483       V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2484                                 LI.isVolatile(), getName(".load"));
2485     } else {
2486       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo();
2487       V = IRB.CreateAlignedLoad(getAdjustedAllocaPtr(IRB, LTy),
2488                                 getPartitionTypeAlign(TargetTy),
2489                                 LI.isVolatile(), getName(".load"));
2490       IsPtrAdjusted = true;
2491     }
2492     V = convertValue(TD, IRB, V, TargetTy);
2493
2494     if (IsSplitIntLoad) {
2495       assert(!LI.isVolatile());
2496       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2497              "Only integer type loads and stores are split");
2498       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2499              TD.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2500              "Non-byte-multiple bit width");
2501       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2502              TD.getTypeAllocSizeInBits(OldAI.getAllocatedType()) &&
2503              "Only alloca-wide loads can be split and recomposed");
2504       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2505       IRB.SetInsertPoint(llvm::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2506       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2507       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2508       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2509       // LI only used for this computation.
2510       Value *Placeholder
2511         = new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo()));
2512       V = insertInteger(TD, IRB, Placeholder, V, BeginOffset,
2513                         getName(".insert"));
2514       LI.replaceAllUsesWith(V);
2515       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2516       delete Placeholder;
2517     } else {
2518       LI.replaceAllUsesWith(V);
2519     }
2520
2521     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2522     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2523     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2524     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2525   }
2526
2527   bool rewriteVectorizedStoreInst(IRBuilder<> &IRB, Value *V,
2528                                   StoreInst &SI, Value *OldOp) {
2529     unsigned BeginIndex = getIndex(BeginOffset);
2530     unsigned EndIndex = getIndex(EndOffset);
2531     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2532     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2533     assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2534     Type *PartitionTy
2535       = (NumElements == 1) ? ElementTy
2536                            : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2537     if (V->getType() != PartitionTy)
2538       V = convertValue(TD, IRB, V, PartitionTy);
2539
2540     // Mix in the existing elements.
2541     Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2542                                        getName(".load"));
2543     V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, getName(".vec"));
2544
2545     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2546     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2547
2548     (void)Store;
2549     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2550     return true;
2551   }
2552
2553   bool rewriteIntegerStore(IRBuilder<> &IRB, Value *V, StoreInst &SI) {
2554     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2555     assert(!SI.isVolatile());
2556     if (TD.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2557       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2558                                          getName(".oldload"));
2559       Old = convertValue(TD, IRB, Old, IntTy);
2560       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2561       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2562       V = insertInteger(TD, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset,
2563                         getName(".insert"));
2564     }
2565     V = convertValue(TD, IRB, V, NewAllocaTy);
2566     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2567     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2568     (void)Store;
2569     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2570     return true;
2571   }
2572
2573   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2574     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2575     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2576     assert(OldOp == OldPtr);
2577     IRBuilder<> IRB(&SI);
2578
2579     Value *V = SI.getValueOperand();
2580
2581     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2582     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2583     if (V->getType()->isPointerTy())
2584       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2585         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2586
2587     uint64_t Size = EndOffset - BeginOffset;
2588     if (Size < TD.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2589       assert(!SI.isVolatile());
2590       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2591              "Only integer type loads and stores are split");
2592       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2593              TD.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2594              "Non-byte-multiple bit width");
2595       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2596              TD.getTypeAllocSizeInBits(OldAI.getAllocatedType()) &&
2597              "Only alloca-wide stores can be split and recomposed");
2598       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), Size * 8);
2599       V = extractInteger(TD, IRB, V, NarrowTy, BeginOffset,
2600                          getName(".extract"));
2601     }
2602
2603     if (VecTy)
2604       return rewriteVectorizedStoreInst(IRB, V, SI, OldOp);
2605     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2606       return rewriteIntegerStore(IRB, V, SI);
2607
2608     StoreInst *NewSI;
2609     if (BeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2610         canConvertValue(TD, V->getType(), NewAllocaTy)) {
2611       V = convertValue(TD, IRB, V, NewAllocaTy);
2612       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2613                                      SI.isVolatile());
2614     } else {
2615       Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, V->getType()->getPointerTo());
2616       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, NewPtr,
2617                                      getPartitionTypeAlign(V->getType()),
2618                                      SI.isVolatile());
2619     }
2620     (void)NewSI;
2621     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2622     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2623
2624     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2625     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2626   }
2627
2628   /// \brief Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2629   /// number of bytes.
2630   ///
2631   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2632   /// call this routine.
2633   /// FIXME: Heed the advice above.
2634   ///
2635   /// \param V The i8 value to splat.
2636   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2637   Value *getIntegerSplat(IRBuilder<> &IRB, Value *V, unsigned Size) {
2638     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2639     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2640     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2641     if (Size == 1)
2642       return V;
2643
2644     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size*8);
2645     V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, getName(".zext")),
2646                       ConstantExpr::getUDiv(
2647                         Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2648                         ConstantExpr::getZExt(
2649                           Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2650                           SplatIntTy)),
2651                       getName(".isplat"));
2652     return V;
2653   }
2654
2655   /// \brief Compute a vector splat for a given element value.
2656   Value *getVectorSplat(IRBuilder<> &IRB, Value *V, unsigned NumElements) {
2657     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, NamePrefix);
2658     DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2659     return V;
2660   }
2661
2662   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2663     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2664     IRBuilder<> IRB(&II);
2665     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2666
2667     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2668     // pointer to the new alloca.
2669     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2670       II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
2671       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2672       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getPartitionAlign()));
2673
2674       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2675       return false;
2676     }
2677
2678     // Record this instruction for deletion.
2679     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2680
2681     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2682     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2683
2684     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2685     // a single value type, just emit a memset.
2686     if (!VecTy && !IntTy &&
2687         (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2688          EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2689          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2690          !TD.isLegalInteger(TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy)) ||
2691          TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy)%8 != 0)) {
2692       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2693       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2694       CallInst *New
2695         = IRB.CreateMemSet(getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2696                                                 II.getRawDest()->getType()),
2697                            II.getValue(), Size, getPartitionAlign(),
2698                            II.isVolatile());
2699       (void)New;
2700       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2701       return false;
2702     }
2703
2704     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2705     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2706     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2707     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2708     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2709     Value *V;
2710
2711     if (VecTy) {
2712       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2713       assert(ElementTy == ScalarTy);
2714
2715       unsigned BeginIndex = getIndex(BeginOffset);
2716       unsigned EndIndex = getIndex(EndOffset);
2717       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2718       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2719       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2720
2721       Value *Splat = getIntegerSplat(IRB, II.getValue(),
2722                                      TD.getTypeSizeInBits(ElementTy)/8);
2723       Splat = convertValue(TD, IRB, Splat, ElementTy);
2724       if (NumElements > 1)
2725         Splat = getVectorSplat(IRB, Splat, NumElements);
2726
2727       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2728                                          getName(".oldload"));
2729       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, getName(".vec"));
2730     } else if (IntTy) {
2731       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2732       // set integer.
2733       assert(!II.isVolatile());
2734
2735       uint64_t Size = EndOffset - BeginOffset;
2736       V = getIntegerSplat(IRB, II.getValue(), Size);
2737
2738       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2739                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2740         Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2741                                            getName(".oldload"));
2742         Old = convertValue(TD, IRB, Old, IntTy);
2743         assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2744         uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2745         V = insertInteger(TD, IRB, Old, V, Offset, getName(".insert"));
2746       } else {
2747         assert(V->getType() == IntTy &&
2748                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2749       }
2750       V = convertValue(TD, IRB, V, AllocaTy);
2751     } else {
2752       // Established these invariants above.
2753       assert(BeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2754       assert(EndOffset == NewAllocaEndOffset);
2755
2756       V = getIntegerSplat(IRB, II.getValue(),
2757                           TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy)/8);
2758       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2759         V = getVectorSplat(IRB, V, AllocaVecTy->getNumElements());
2760
2761       V = convertValue(TD, IRB, V, AllocaTy);
2762     }
2763
2764     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2765                                         II.isVolatile());
2766     (void)New;
2767     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2768     return !II.isVolatile();
2769   }
2770
2771   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2772     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2773     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2774
2775     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2776     IRBuilder<> IRB(&II);
2777
2778     assert(II.getRawSource() == OldPtr || II.getRawDest() == OldPtr);
2779     bool IsDest = II.getRawDest() == OldPtr;
2780
2781     const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2782       = P.getMemTransferOffsets(II);
2783
2784     // Compute the relative offset within the transfer.
2785     unsigned IntPtrWidth = TD.getPointerSizeInBits();
2786     APInt RelOffset(IntPtrWidth, BeginOffset - (IsDest ? MTO.DestBegin
2787                                                        : MTO.SourceBegin));
2788
2789     unsigned Align = II.getAlignment();
2790     if (Align > 1)
2791       Align = MinAlign(RelOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue(),
2792                        MinAlign(II.getAlignment(), getPartitionAlign()));
2793
2794     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2795     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2796     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2797     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2798     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2799     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2800     // update both source and dest of a single call.
2801     if (!MTO.IsSplittable) {
2802       Value *OldOp = IsDest ? II.getRawDest() : II.getRawSource();
2803       if (IsDest)
2804         II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
2805       else
2806         II.setSource(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawSource()->getType()));
2807
2808       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2809       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, Align));
2810
2811       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2812       deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2813       return false;
2814     }
2815     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2816     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2817     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2818     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2819     // downsides to splitting and transforming the operations.
2820
2821     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2822     // a single value type, just emit a memcpy.
2823     bool EmitMemCpy
2824       = !VecTy && !IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2825                              EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2826                              !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2827
2828     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2829     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2830     // a no-op.
2831     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2832       uint64_t OrigBegin = IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin;
2833       uint64_t OrigEnd = IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd;
2834       // Ensure the start lines up.
2835       assert(BeginOffset == OrigBegin);
2836       (void)OrigBegin;
2837
2838       // Rewrite the size as needed.
2839       if (EndOffset != OrigEnd)
2840         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2841                                       EndOffset - BeginOffset));
2842       return false;
2843     }
2844     // Record this instruction for deletion.
2845     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2846
2847     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2848     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2849     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2850     if (AllocaInst *AI
2851           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets()))
2852       Pass.Worklist.insert(AI);
2853
2854     if (EmitMemCpy) {
2855       Type *OtherPtrTy = IsDest ? II.getRawSource()->getType()
2856                                 : II.getRawDest()->getType();
2857
2858       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2859       // a single, simple GEP in most cases.
2860       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, TD, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy,
2861                                 getName("." + OtherPtr->getName()));
2862
2863       Value *OurPtr
2864         = getAdjustedAllocaPtr(IRB, IsDest ? II.getRawDest()->getType()
2865                                            : II.getRawSource()->getType());
2866       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2867       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2868
2869       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(IsDest ? OurPtr : OtherPtr,
2870                                        IsDest ? OtherPtr : OurPtr,
2871                                        Size, Align, II.isVolatile());
2872       (void)New;
2873       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2874       return false;
2875     }
2876
2877     // Note that we clamp the alignment to 1 here as a 0 alignment for a memcpy
2878     // is equivalent to 1, but that isn't true if we end up rewriting this as
2879     // a load or store.
2880     if (!Align)
2881       Align = 1;
2882
2883     bool IsWholeAlloca = BeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2884                          EndOffset == NewAllocaEndOffset;
2885     uint64_t Size = EndOffset - BeginOffset;
2886     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(BeginOffset) : 0;
2887     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(EndOffset) : 0;
2888     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2889     IntegerType *SubIntTy
2890       = IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size*8) : 0;
2891
2892     Type *OtherPtrTy = NewAI.getType();
2893     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
2894       if (NumElements == 1)
2895         OtherPtrTy = VecTy->getElementType();
2896       else
2897         OtherPtrTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
2898
2899       OtherPtrTy = OtherPtrTy->getPointerTo();
2900     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
2901       OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo();
2902     }
2903
2904     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, TD, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy,
2905                                    getName("." + OtherPtr->getName()));
2906     Value *DstPtr = &NewAI;
2907     if (!IsDest)
2908       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2909
2910     Value *Src;
2911     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2912       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2913                                   getName(".load"));
2914       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, getName(".vec"));
2915     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2916       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2917                                   getName(".load"));
2918       Src = convertValue(TD, IRB, Src, IntTy);
2919       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2920       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2921       Src = extractInteger(TD, IRB, Src, SubIntTy, Offset, getName(".extract"));
2922     } else {
2923       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, II.isVolatile(),
2924                                   getName(".copyload"));
2925     }
2926
2927     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2928       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2929                                          getName(".oldload"));
2930       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, getName(".vec"));
2931     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2932       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2933                                          getName(".oldload"));
2934       Old = convertValue(TD, IRB, Old, IntTy);
2935       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2936       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2937       Src = insertInteger(TD, IRB, Old, Src, Offset, getName(".insert"));
2938       Src = convertValue(TD, IRB, Src, NewAllocaTy);
2939     }
2940
2941     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2942       IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, Align, II.isVolatile()));
2943     (void)Store;
2944     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2945     return !II.isVolatile();
2946   }
2947
2948   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2949     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2950            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2951     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2952     IRBuilder<> IRB(&II);
2953     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2954
2955     // Record this instruction for deletion.
2956     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2957
2958     ConstantInt *Size
2959       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2960                          EndOffset - BeginOffset);
2961     Value *Ptr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getArgOperand(1)->getType());
2962     Value *New;
2963     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2964       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2965     else
2966       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2967
2968     (void)New;
2969     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2970     return true;
2971   }
2972
2973   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2974     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2975
2976     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2977     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2978     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2979     // dominate the PHI.
2980     IRBuilder<> PtrBuilder(cast<Instruction>(OldPtr));
2981
2982     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2983     // Replace the operands which were using the old pointer.
2984     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
2985
2986     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2987     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2988     return false;
2989   }
2990
2991   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2992     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2993     IRBuilder<> IRB(&SI);
2994
2995     // Find the operand we need to rewrite here.
2996     bool IsTrueVal = SI.getTrueValue() == OldPtr;
2997     if (IsTrueVal)
2998       assert(SI.getFalseValue() != OldPtr && "Pointer is both operands!");
2999     else
3000       assert(SI.getFalseValue() == OldPtr && "Pointer isn't an operand!");
3001
3002     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, OldPtr->getType());
3003     SI.setOperand(IsTrueVal ? 1 : 2, NewPtr);
3004     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
3005     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
3006     return false;
3007   }
3008
3009 };
3010 }
3011
3012 namespace {
3013 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
3014 ///
3015 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
3016 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
3017 /// with scalar loads and stores.
3018 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
3019   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
3020   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
3021
3022   const DataLayout &TD;
3023
3024   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
3025   SmallVector<Use *, 8> Queue;
3026
3027   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
3028   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
3029
3030   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
3031   /// value (as opposed to the user).
3032   Use *U;
3033
3034 public:
3035   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &TD) : TD(TD) {}
3036
3037   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
3038   /// it.
3039   bool rewrite(Instruction &I) {
3040     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
3041     enqueueUsers(I);
3042     bool Changed = false;
3043     while (!Queue.empty()) {
3044       U = Queue.pop_back_val();
3045       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
3046     }
3047     return Changed;
3048   }
3049
3050 private:
3051   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
3052   /// This uses a set to de-duplicate users.
3053   void enqueueUsers(Instruction &I) {
3054     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
3055          ++UI)
3056       if (Visited.insert(*UI))
3057         Queue.push_back(&UI.getUse());
3058   }
3059
3060   // Conservative default is to not rewrite anything.
3061   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
3062
3063   /// \brief Generic recursive split emission class.
3064   template <typename Derived>
3065   class OpSplitter {
3066   protected:
3067     /// The builder used to form new instructions.
3068     IRBuilder<> IRB;
3069     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
3070     /// appropriate value within the aggregate.
3071     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
3072     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
3073     /// within the aggregate.
3074     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
3075     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
3076     /// split operations.
3077     Value *Ptr;
3078
3079     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
3080     /// single zero GEP index.
3081     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3082       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
3083
3084   public:
3085     /// \brief Generic recursive split emission routine.
3086     ///
3087     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
3088     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
3089     /// and emits that single value operation via the template argument.
3090     ///
3091     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
3092     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
3093     /// formatted differently (GEPs need actual values).
3094     ///
3095     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
3096     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
3097     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
3098     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3099       if (Ty->isSingleValueType())
3100         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
3101
3102       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3103         unsigned OldSize = Indices.size();
3104         (void)OldSize;
3105         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
3106              ++Idx) {
3107           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3108           Indices.push_back(Idx);
3109           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3110           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3111           GEPIndices.pop_back();
3112           Indices.pop_back();
3113         }
3114         return;
3115       }
3116
3117       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3118         unsigned OldSize = Indices.size();
3119         (void)OldSize;
3120         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
3121              ++Idx) {
3122           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3123           Indices.push_back(Idx);
3124           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3125           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3126           GEPIndices.pop_back();
3127           Indices.pop_back();
3128         }
3129         return;
3130       }
3131
3132       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
3133     }
3134   };
3135
3136   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
3137     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3138       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
3139
3140     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
3141     /// recursive emission to actually load values.
3142     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3143       assert(Ty->isSingleValueType());
3144       // Load the single value and insert it using the indices.
3145       Value *GEP = IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
3146       Value *Load = IRB.CreateLoad(GEP, Name + ".load");
3147       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
3148       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
3149     }
3150   };
3151
3152   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
3153     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
3154     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
3155       return false;
3156
3157     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
3158     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
3159     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
3160     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
3161     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
3162     LI.replaceAllUsesWith(V);
3163     LI.eraseFromParent();
3164     return true;
3165   }
3166
3167   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
3168     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3169       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
3170
3171     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
3172     /// recursive emission to actually produce stores.
3173     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3174       assert(Ty->isSingleValueType());
3175       // Extract the single value and store it using the indices.
3176       Value *Store = IRB.CreateStore(
3177         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
3178         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
3179       (void)Store;
3180       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
3181     }
3182   };
3183
3184   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
3185     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
3186       return false;
3187     Value *V = SI.getValueOperand();
3188     if (V->getType()->isSingleValueType())
3189       return false;
3190
3191     // We have an aggregate being stored, split it apart.
3192     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
3193     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
3194     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
3195     SI.eraseFromParent();
3196     return true;
3197   }
3198
3199   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
3200     enqueueUsers(BC);
3201     return false;
3202   }
3203
3204   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
3205     enqueueUsers(GEPI);
3206     return false;
3207   }
3208
3209   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
3210     enqueueUsers(PN);
3211     return false;
3212   }
3213
3214   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
3215     enqueueUsers(SI);
3216     return false;
3217   }
3218 };
3219 }
3220
3221 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
3222 ///
3223 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
3224 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
3225 /// size or the allocated size.
3226 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
3227   if (Ty->isSingleValueType())
3228     return Ty;
3229
3230   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
3231   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
3232
3233   Type *InnerTy;
3234   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3235     InnerTy = ArrTy->getElementType();
3236   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3237     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3238     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
3239     InnerTy = STy->getElementType(Index);
3240   } else {
3241     return Ty;
3242   }
3243
3244   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
3245       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
3246     return Ty;
3247
3248   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
3249 }
3250
3251 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
3252 /// offset and size.
3253 ///
3254 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
3255 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
3256 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
3257 /// and the same for structs.
3258 ///
3259 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
3260 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
3261 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
3262 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
3263 /// return a type if necessary.
3264 static Type *getTypePartition(const DataLayout &TD, Type *Ty,
3265                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
3266   if (Offset == 0 && TD.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
3267     return stripAggregateTypeWrapping(TD, Ty);
3268   if (Offset > TD.getTypeAllocSize(Ty) ||
3269       (TD.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
3270     return 0;
3271
3272   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
3273     // We can't partition pointers...
3274     if (SeqTy->isPointerTy())
3275       return 0;
3276
3277     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
3278     uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
3279     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
3280     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy))
3281       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
3282         return 0;
3283     if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy))
3284       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
3285         return 0;
3286     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3287
3288     // First check if we need to recurse.
3289     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3290       // Bail if the partition ends in a different array element.
3291       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3292         return 0;
3293       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3294       return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
3295     }
3296     assert(Offset == 0);
3297
3298     if (Size == ElementSize)
3299       return stripAggregateTypeWrapping(TD, ElementTy);
3300     assert(Size > ElementSize);
3301     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3302     if (NumElements * ElementSize != Size)
3303       return 0;
3304     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3305   }
3306
3307   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3308   if (!STy)
3309     return 0;
3310
3311   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
3312   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3313     return 0;
3314   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3315   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3316     return 0;
3317
3318   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3319   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3320
3321   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3322   uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
3323   if (Offset >= ElementSize)
3324     return 0; // The offset points into alignment padding.
3325
3326   // See if any partition must be contained by the element.
3327   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3328     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3329       return 0;
3330     return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
3331   }
3332   assert(Offset == 0);
3333
3334   if (Size == ElementSize)
3335     return stripAggregateTypeWrapping(TD, ElementTy);
3336
3337   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3338                                EE = STy->element_end();
3339   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3340     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3341     if (Index == EndIndex)
3342       return 0; // Within a single element and its padding.
3343
3344     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3345     // expected size.
3346     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3347     // sub-struct to find a natural end point.
3348     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3349       return 0;
3350
3351     assert(Index < EndIndex);
3352     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3353   }
3354
3355   // Try to build up a sub-structure.
3356   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE),
3357                                       STy->isPacked());
3358   const StructLayout *SubSL = TD.getStructLayout(SubTy);
3359   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3360     return 0; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3361
3362   return SubTy;
3363 }
3364
3365 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3366 ///
3367 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3368 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3369 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3370 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3371 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3372 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3373 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3374 /// promoted.
3375 bool SROA::rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
3376                                   AllocaPartitioning &P,
3377                                   AllocaPartitioning::iterator PI) {
3378   uint64_t AllocaSize = PI->EndOffset - PI->BeginOffset;
3379   bool IsLive = false;
3380   for (AllocaPartitioning::use_iterator UI = P.use_begin(PI),
3381                                         UE = P.use_end(PI);
3382        UI != UE && !IsLive; ++UI)
3383     if (UI->U)
3384       IsLive = true;
3385   if (!IsLive)
3386     return false; // No live uses left of this partition.
3387
3388   DEBUG(dbgs() << "Speculating PHIs and selects in partition "
3389                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ")\n");
3390
3391   PHIOrSelectSpeculator Speculator(*TD, P, *this);
3392   DEBUG(dbgs() << "  speculating ");
3393   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
3394   Speculator.visitUsers(PI);
3395
3396   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3397   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3398   // or an i8 array of an appropriate size.
3399   Type *AllocaTy = 0;
3400   if (Type *PartitionTy = P.getCommonType(PI))
3401     if (TD->getTypeAllocSize(PartitionTy) >= AllocaSize)
3402       AllocaTy = PartitionTy;
3403   if (!AllocaTy)
3404     if (Type *PartitionTy = getTypePartition(*TD, AI.getAllocatedType(),
3405                                              PI->BeginOffset, AllocaSize))
3406       AllocaTy = PartitionTy;
3407   if ((!AllocaTy ||
3408        (AllocaTy->isArrayTy() &&
3409         AllocaTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3410       TD->isLegalInteger(AllocaSize * 8))
3411     AllocaTy = Type::getIntNTy(*C, AllocaSize * 8);
3412   if (!AllocaTy)
3413     AllocaTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), AllocaSize);
3414   assert(TD->getTypeAllocSize(AllocaTy) >= AllocaSize);
3415
3416   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3417   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3418   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3419   // perform phi and select speculation.
3420   AllocaInst *NewAI;
3421   if (AllocaTy == AI.getAllocatedType()) {
3422     assert(PI->BeginOffset == 0 &&
3423            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3424     assert(PI == P.begin() && "Begin offset is zero on later partition");
3425     NewAI = &AI;
3426   } else {
3427     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3428     if (!Alignment) {
3429       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3430       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3431       // type.
3432       Alignment = TD->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3433     }
3434     Alignment = MinAlign(Alignment, PI->BeginOffset);
3435     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3436     // the alloca's alignment unconstrained.
3437     if (Alignment <= TD->getABITypeAlignment(AllocaTy))
3438       Alignment = 0;
3439     NewAI = new AllocaInst(AllocaTy, 0, Alignment,
3440                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(PI - P.begin()),
3441                            &AI);
3442     ++NumNewAllocas;
3443   }
3444
3445   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3446                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ") to: "
3447                << *NewAI << "\n");
3448
3449   // Track the high watermark of the post-promotion worklist. We will reset it
3450   // to this point if the alloca is not in fact scheduled for promotion.
3451   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3452
3453   AllocaPartitionRewriter Rewriter(*TD, P, PI, *this, AI, *NewAI,
3454                                    PI->BeginOffset, PI->EndOffset);
3455   DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3456   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
3457   bool Promotable = Rewriter.visitUsers(P.use_begin(PI), P.use_end(PI));
3458   if (Promotable) {
3459     DEBUG(dbgs() << "  and queuing for promotion\n");
3460     PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3461   } else if (NewAI != &AI) {
3462     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3463     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3464     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3465     Worklist.insert(NewAI);
3466   }
3467
3468   // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3469   if (!Promotable)
3470     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3471       PostPromotionWorklist.pop_back();
3472
3473   return true;
3474 }
3475
3476 /// \brief Walks the partitioning of an alloca rewriting uses of each partition.
3477 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P) {
3478   bool Changed = false;
3479   for (AllocaPartitioning::iterator PI = P.begin(), PE = P.end(); PI != PE;
3480        ++PI)
3481     Changed |= rewriteAllocaPartition(AI, P, PI);
3482
3483   return Changed;
3484 }
3485
3486 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3487 ///
3488 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3489 /// a partitioning of the alloca, and then hands it off to be split and
3490 /// rewritten as needed.
3491 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3492   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3493   ++NumAllocasAnalyzed;
3494
3495   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3496   if (AI.use_empty()) {
3497     AI.eraseFromParent();
3498     return true;
3499   }
3500
3501   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3502   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3503       TD->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3504     return false;
3505
3506   bool Changed = false;
3507
3508   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3509   // better splitting and promotion opportunities.
3510   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*TD);
3511   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3512
3513   // Build the partition set using a recursive instruction-visiting builder.
3514   AllocaPartitioning P(*TD, AI);
3515   DEBUG(P.print(dbgs()));
3516   if (P.isEscaped())
3517     return Changed;
3518
3519   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3520   for (AllocaPartitioning::dead_user_iterator DI = P.dead_user_begin(),
3521                                               DE = P.dead_user_end();
3522        DI != DE; ++DI) {
3523     Changed = true;
3524     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
3525     DeadInsts.insert(*DI);
3526   }
3527   for (AllocaPartitioning::dead_op_iterator DO = P.dead_op_begin(),
3528                                             DE = P.dead_op_end();
3529        DO != DE; ++DO) {
3530     Value *OldV = **DO;
3531     // Clobber the use with an undef value.
3532     **DO = UndefValue::get(OldV->getType());
3533     if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3534       if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3535         Changed = true;
3536         DeadInsts.insert(OldI);
3537       }
3538   }
3539
3540   // No partitions to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3541   if (P.begin() == P.end())
3542     return Changed;
3543
3544   return splitAlloca(AI, P) || Changed;
3545 }
3546
3547 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3548 ///
3549 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3550 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3551 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3552 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3553 ///
3554 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3555 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3556 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst*, 4> &DeletedAllocas) {
3557   while (!DeadInsts.empty()) {
3558     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3559     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3560
3561     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
3562
3563     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
3564       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
3565         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3566         *OI = 0;
3567         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3568           DeadInsts.insert(U);
3569       }
3570
3571     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3572       DeletedAllocas.insert(AI);
3573
3574     ++NumDeleted;
3575     I->eraseFromParent();
3576   }
3577 }
3578
3579 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3580 ///
3581 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3582 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3583 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3584 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3585 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3586 /// promotion occurred.
3587 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3588   if (PromotableAllocas.empty())
3589     return false;
3590
3591   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3592
3593   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3594     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3595     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT);
3596     PromotableAllocas.clear();
3597     return true;
3598   }
3599
3600   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3601   SSAUpdater SSA;
3602   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3603   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
3604
3605   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3606     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3607     for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
3608          UI != UE;) {
3609       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
3610       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3611       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3612       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3613       // scalar values produced.
3614       if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
3615         assert(onlyUsedByLifetimeMarkers(I) &&
3616                "Found a bitcast used outside of a lifetime marker.");
3617         while (!I->use_empty())
3618           cast<Instruction>(*I->use_begin())->eraseFromParent();
3619         I->eraseFromParent();
3620         continue;
3621       }
3622       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3623         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3624                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3625         II->eraseFromParent();
3626         continue;
3627       }
3628
3629       Insts.push_back(I);
3630     }
3631     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3632     Insts.clear();
3633   }
3634
3635   PromotableAllocas.clear();
3636   return true;
3637 }
3638
3639 namespace {
3640   /// \brief A predicate to test whether an alloca belongs to a set.
3641   class IsAllocaInSet {
3642     typedef SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> SetType;
3643     const SetType &Set;
3644
3645   public:
3646     typedef AllocaInst *argument_type;
3647
3648     IsAllocaInSet(const SetType &Set) : Set(Set) {}
3649     bool operator()(AllocaInst *AI) const { return Set.count(AI); }
3650   };
3651 }
3652
3653 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3654   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3655   C = &F.getContext();
3656   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
3657   if (!TD) {
3658     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3659     return false;
3660   }
3661   DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
3662
3663   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3664   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = llvm::prior(EntryBB.end());
3665        I != E; ++I)
3666     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3667       Worklist.insert(AI);
3668
3669   bool Changed = false;
3670   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3671   // the list of promotable allocas.
3672   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3673
3674   do {
3675     while (!Worklist.empty()) {
3676       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3677       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3678
3679       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3680       // continue processing them.
3681       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3682         Worklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3683         PostPromotionWorklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3684         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3685                                                PromotableAllocas.end(),
3686                                                IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
3687                                 PromotableAllocas.end());
3688         DeletedAllocas.clear();
3689       }
3690     }
3691
3692     Changed |= promoteAllocas(F);
3693
3694     Worklist = PostPromotionWorklist;
3695     PostPromotionWorklist.clear();
3696   } while (!Worklist.empty());
3697
3698   return Changed;
3699 }
3700
3701 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3702   if (RequiresDomTree)
3703     AU.addRequired<DominatorTree>();
3704   AU.setPreservesCFG();
3705 }