DebugInfo: Gut DIExpression
[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 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
27 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
28 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
31 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
32 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
33 #include "llvm/Analysis/PtrUseVisitor.h"
34 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
35 #include "llvm/IR/Constants.h"
36 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
37 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
38 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
39 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
40 #include "llvm/IR/Dominators.h"
41 #include "llvm/IR/Function.h"
42 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
43 #include "llvm/IR/InstVisitor.h"
44 #include "llvm/IR/Instructions.h"
45 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
46 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
47 #include "llvm/IR/Operator.h"
48 #include "llvm/Pass.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Compiler.h"
51 #include "llvm/Support/Debug.h"
52 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
53 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
54 #include "llvm/Support/TimeValue.h"
55 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
58 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
59
60 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
61 // We only use this for a debug check in C++11
62 #include <random>
63 #endif
64
65 using namespace llvm;
66
67 #define DEBUG_TYPE "sroa"
68
69 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
70 STATISTIC(NumAllocaPartitions, "Number of alloca partitions formed");
71 STATISTIC(MaxPartitionsPerAlloca, "Maximum number of partitions per alloca");
72 STATISTIC(NumAllocaPartitionUses, "Number of alloca partition uses rewritten");
73 STATISTIC(MaxUsesPerAllocaPartition, "Maximum number of uses of a partition");
74 STATISTIC(NumNewAllocas, "Number of new, smaller allocas introduced");
75 STATISTIC(NumPromoted, "Number of allocas promoted to SSA values");
76 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
77 STATISTIC(NumDeleted, "Number of instructions deleted");
78 STATISTIC(NumVectorized, "Number of vectorized aggregates");
79
80 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
81 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
82 static cl::opt<bool> ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false),
83                                      cl::Hidden);
84
85 /// Hidden option to enable randomly shuffling the slices to help uncover
86 /// instability in their order.
87 static cl::opt<bool> SROARandomShuffleSlices("sroa-random-shuffle-slices",
88                                              cl::init(false), cl::Hidden);
89
90 /// Hidden option to experiment with completely strict handling of inbounds
91 /// GEPs.
92 static cl::opt<bool> SROAStrictInbounds("sroa-strict-inbounds", cl::init(false),
93                                         cl::Hidden);
94
95 namespace {
96 /// \brief A custom IRBuilder inserter which prefixes all names if they are
97 /// preserved.
98 template <bool preserveNames = true>
99 class IRBuilderPrefixedInserter
100     : public IRBuilderDefaultInserter<preserveNames> {
101   std::string Prefix;
102
103 public:
104   void SetNamePrefix(const Twine &P) { Prefix = P.str(); }
105
106 protected:
107   void InsertHelper(Instruction *I, const Twine &Name, BasicBlock *BB,
108                     BasicBlock::iterator InsertPt) const {
109     IRBuilderDefaultInserter<preserveNames>::InsertHelper(
110         I, Name.isTriviallyEmpty() ? Name : Prefix + Name, BB, InsertPt);
111   }
112 };
113
114 // Specialization for not preserving the name is trivial.
115 template <>
116 class IRBuilderPrefixedInserter<false>
117     : public IRBuilderDefaultInserter<false> {
118 public:
119   void SetNamePrefix(const Twine &P) {}
120 };
121
122 /// \brief Provide a typedef for IRBuilder that drops names in release builds.
123 #ifndef NDEBUG
124 typedef llvm::IRBuilder<true, ConstantFolder, IRBuilderPrefixedInserter<true>>
125     IRBuilderTy;
126 #else
127 typedef llvm::IRBuilder<false, ConstantFolder, IRBuilderPrefixedInserter<false>>
128     IRBuilderTy;
129 #endif
130 }
131
132 namespace {
133 /// \brief A used slice of an alloca.
134 ///
135 /// This structure represents a slice of an alloca used by some instruction. It
136 /// stores both the begin and end offsets of this use, a pointer to the use
137 /// itself, and a flag indicating whether we can classify the use as splittable
138 /// or not when forming partitions of the alloca.
139 class Slice {
140   /// \brief The beginning offset of the range.
141   uint64_t BeginOffset;
142
143   /// \brief The ending offset, not included in the range.
144   uint64_t EndOffset;
145
146   /// \brief Storage for both the use of this slice and whether it can be
147   /// split.
148   PointerIntPair<Use *, 1, bool> UseAndIsSplittable;
149
150 public:
151   Slice() : BeginOffset(), EndOffset() {}
152   Slice(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U, bool IsSplittable)
153       : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset),
154         UseAndIsSplittable(U, IsSplittable) {}
155
156   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
157   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
158
159   bool isSplittable() const { return UseAndIsSplittable.getInt(); }
160   void makeUnsplittable() { UseAndIsSplittable.setInt(false); }
161
162   Use *getUse() const { return UseAndIsSplittable.getPointer(); }
163
164   bool isDead() const { return getUse() == nullptr; }
165   void kill() { UseAndIsSplittable.setPointer(nullptr); }
166
167   /// \brief Support for ordering ranges.
168   ///
169   /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
170   /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
171   /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
172   /// same start position.
173   bool operator<(const Slice &RHS) const {
174     if (beginOffset() < RHS.beginOffset())
175       return true;
176     if (beginOffset() > RHS.beginOffset())
177       return false;
178     if (isSplittable() != RHS.isSplittable())
179       return !isSplittable();
180     if (endOffset() > RHS.endOffset())
181       return true;
182     return false;
183   }
184
185   /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
186   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(const Slice &LHS,
187                                               uint64_t RHSOffset) {
188     return LHS.beginOffset() < RHSOffset;
189   }
190   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
191                                               const Slice &RHS) {
192     return LHSOffset < RHS.beginOffset();
193   }
194
195   bool operator==(const Slice &RHS) const {
196     return isSplittable() == RHS.isSplittable() &&
197            beginOffset() == RHS.beginOffset() && endOffset() == RHS.endOffset();
198   }
199   bool operator!=(const Slice &RHS) const { return !operator==(RHS); }
200 };
201 } // end anonymous namespace
202
203 namespace llvm {
204 template <typename T> struct isPodLike;
205 template <> struct isPodLike<Slice> { static const bool value = true; };
206 }
207
208 namespace {
209 /// \brief Representation of the alloca slices.
210 ///
211 /// This class represents the slices of an alloca which are formed by its
212 /// various uses. If a pointer escapes, we can't fully build a representation
213 /// for the slices used and we reflect that in this structure. The uses are
214 /// stored, sorted by increasing beginning offset and with unsplittable slices
215 /// starting at a particular offset before splittable slices.
216 class AllocaSlices {
217 public:
218   /// \brief Construct the slices of a particular alloca.
219   AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI);
220
221   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
222   ///
223   /// If this is true, the slices are never fully built and should be
224   /// ignored.
225   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
226
227   /// \brief Support for iterating over the slices.
228   /// @{
229   typedef SmallVectorImpl<Slice>::iterator iterator;
230   typedef iterator_range<iterator> range;
231   iterator begin() { return Slices.begin(); }
232   iterator end() { return Slices.end(); }
233
234   typedef SmallVectorImpl<Slice>::const_iterator const_iterator;
235   typedef iterator_range<const_iterator> const_range;
236   const_iterator begin() const { return Slices.begin(); }
237   const_iterator end() const { return Slices.end(); }
238   /// @}
239
240   /// \brief Erase a range of slices.
241   void erase(iterator Start, iterator Stop) { Slices.erase(Start, Stop); }
242
243   /// \brief Insert new slices for this alloca.
244   ///
245   /// This moves the slices into the alloca's slices collection, and re-sorts
246   /// everything so that the usual ordering properties of the alloca's slices
247   /// hold.
248   void insert(ArrayRef<Slice> NewSlices) {
249     int OldSize = Slices.size();
250     Slices.append(NewSlices.begin(), NewSlices.end());
251     auto SliceI = Slices.begin() + OldSize;
252     std::sort(SliceI, Slices.end());
253     std::inplace_merge(Slices.begin(), SliceI, Slices.end());
254   }
255
256   // Forward declare an iterator to befriend it.
257   class partition_iterator;
258
259   /// \brief A partition of the slices.
260   ///
261   /// An ephemeral representation for a range of slices which can be viewed as
262   /// a partition of the alloca. This range represents a span of the alloca's
263   /// memory which cannot be split, and provides access to all of the slices
264   /// overlapping some part of the partition.
265   ///
266   /// Objects of this type are produced by traversing the alloca's slices, but
267   /// are only ephemeral and not persistent.
268   class Partition {
269   private:
270     friend class AllocaSlices;
271     friend class AllocaSlices::partition_iterator;
272
273     /// \brief The begining and ending offsets of the alloca for this partition.
274     uint64_t BeginOffset, EndOffset;
275
276     /// \brief The start end end iterators of this partition.
277     iterator SI, SJ;
278
279     /// \brief A collection of split slice tails overlapping the partition.
280     SmallVector<Slice *, 4> SplitTails;
281
282     /// \brief Raw constructor builds an empty partition starting and ending at
283     /// the given iterator.
284     Partition(iterator SI) : SI(SI), SJ(SI) {}
285
286   public:
287     /// \brief The start offset of this partition.
288     ///
289     /// All of the contained slices start at or after this offset.
290     uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
291
292     /// \brief The end offset of this partition.
293     ///
294     /// All of the contained slices end at or before this offset.
295     uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
296
297     /// \brief The size of the partition.
298     ///
299     /// Note that this can never be zero.
300     uint64_t size() const {
301       assert(BeginOffset < EndOffset && "Partitions must span some bytes!");
302       return EndOffset - BeginOffset;
303     }
304
305     /// \brief Test whether this partition contains no slices, and merely spans
306     /// a region occupied by split slices.
307     bool empty() const { return SI == SJ; }
308
309     /// \name Iterate slices that start within the partition.
310     /// These may be splittable or unsplittable. They have a begin offset >= the
311     /// partition begin offset.
312     /// @{
313     // FIXME: We should probably define a "concat_iterator" helper and use that
314     // to stitch together pointee_iterators over the split tails and the
315     // contiguous iterators of the partition. That would give a much nicer
316     // interface here. We could then additionally expose filtered iterators for
317     // split, unsplit, and unsplittable splices based on the usage patterns.
318     iterator begin() const { return SI; }
319     iterator end() const { return SJ; }
320     /// @}
321
322     /// \brief Get the sequence of split slice tails.
323     ///
324     /// These tails are of slices which start before this partition but are
325     /// split and overlap into the partition. We accumulate these while forming
326     /// partitions.
327     ArrayRef<Slice *> splitSliceTails() const { return SplitTails; }
328   };
329
330   /// \brief An iterator over partitions of the alloca's slices.
331   ///
332   /// This iterator implements the core algorithm for partitioning the alloca's
333   /// slices. It is a forward iterator as we don't support backtracking for
334   /// efficiency reasons, and re-use a single storage area to maintain the
335   /// current set of split slices.
336   ///
337   /// It is templated on the slice iterator type to use so that it can operate
338   /// with either const or non-const slice iterators.
339   class partition_iterator
340       : public iterator_facade_base<partition_iterator,
341                                     std::forward_iterator_tag, Partition> {
342     friend class AllocaSlices;
343
344     /// \brief Most of the state for walking the partitions is held in a class
345     /// with a nice interface for examining them.
346     Partition P;
347
348     /// \brief We need to keep the end of the slices to know when to stop.
349     AllocaSlices::iterator SE;
350
351     /// \brief We also need to keep track of the maximum split end offset seen.
352     /// FIXME: Do we really?
353     uint64_t MaxSplitSliceEndOffset;
354
355     /// \brief Sets the partition to be empty at given iterator, and sets the
356     /// end iterator.
357     partition_iterator(AllocaSlices::iterator SI, AllocaSlices::iterator SE)
358         : P(SI), SE(SE), MaxSplitSliceEndOffset(0) {
359       // If not already at the end, advance our state to form the initial
360       // partition.
361       if (SI != SE)
362         advance();
363     }
364
365     /// \brief Advance the iterator to the next partition.
366     ///
367     /// Requires that the iterator not be at the end of the slices.
368     void advance() {
369       assert((P.SI != SE || !P.SplitTails.empty()) &&
370              "Cannot advance past the end of the slices!");
371
372       // Clear out any split uses which have ended.
373       if (!P.SplitTails.empty()) {
374         if (P.EndOffset >= MaxSplitSliceEndOffset) {
375           // If we've finished all splits, this is easy.
376           P.SplitTails.clear();
377           MaxSplitSliceEndOffset = 0;
378         } else {
379           // Remove the uses which have ended in the prior partition. This
380           // cannot change the max split slice end because we just checked that
381           // the prior partition ended prior to that max.
382           P.SplitTails.erase(
383               std::remove_if(
384                   P.SplitTails.begin(), P.SplitTails.end(),
385                   [&](Slice *S) { return S->endOffset() <= P.EndOffset; }),
386               P.SplitTails.end());
387           assert(std::any_of(P.SplitTails.begin(), P.SplitTails.end(),
388                              [&](Slice *S) {
389                                return S->endOffset() == MaxSplitSliceEndOffset;
390                              }) &&
391                  "Could not find the current max split slice offset!");
392           assert(std::all_of(P.SplitTails.begin(), P.SplitTails.end(),
393                              [&](Slice *S) {
394                                return S->endOffset() <= MaxSplitSliceEndOffset;
395                              }) &&
396                  "Max split slice end offset is not actually the max!");
397         }
398       }
399
400       // If P.SI is already at the end, then we've cleared the split tail and
401       // now have an end iterator.
402       if (P.SI == SE) {
403         assert(P.SplitTails.empty() && "Failed to clear the split slices!");
404         return;
405       }
406
407       // If we had a non-empty partition previously, set up the state for
408       // subsequent partitions.
409       if (P.SI != P.SJ) {
410         // Accumulate all the splittable slices which started in the old
411         // partition into the split list.
412         for (Slice &S : P)
413           if (S.isSplittable() && S.endOffset() > P.EndOffset) {
414             P.SplitTails.push_back(&S);
415             MaxSplitSliceEndOffset =
416                 std::max(S.endOffset(), MaxSplitSliceEndOffset);
417           }
418
419         // Start from the end of the previous partition.
420         P.SI = P.SJ;
421
422         // If P.SI is now at the end, we at most have a tail of split slices.
423         if (P.SI == SE) {
424           P.BeginOffset = P.EndOffset;
425           P.EndOffset = MaxSplitSliceEndOffset;
426           return;
427         }
428
429         // If the we have split slices and the next slice is after a gap and is
430         // not splittable immediately form an empty partition for the split
431         // slices up until the next slice begins.
432         if (!P.SplitTails.empty() && P.SI->beginOffset() != P.EndOffset &&
433             !P.SI->isSplittable()) {
434           P.BeginOffset = P.EndOffset;
435           P.EndOffset = P.SI->beginOffset();
436           return;
437         }
438       }
439
440       // OK, we need to consume new slices. Set the end offset based on the
441       // current slice, and step SJ past it. The beginning offset of the
442       // parttion is the beginning offset of the next slice unless we have
443       // pre-existing split slices that are continuing, in which case we begin
444       // at the prior end offset.
445       P.BeginOffset = P.SplitTails.empty() ? P.SI->beginOffset() : P.EndOffset;
446       P.EndOffset = P.SI->endOffset();
447       ++P.SJ;
448
449       // There are two strategies to form a partition based on whether the
450       // partition starts with an unsplittable slice or a splittable slice.
451       if (!P.SI->isSplittable()) {
452         // When we're forming an unsplittable region, it must always start at
453         // the first slice and will extend through its end.
454         assert(P.BeginOffset == P.SI->beginOffset());
455
456         // Form a partition including all of the overlapping slices with this
457         // unsplittable slice.
458         while (P.SJ != SE && P.SJ->beginOffset() < P.EndOffset) {
459           if (!P.SJ->isSplittable())
460             P.EndOffset = std::max(P.EndOffset, P.SJ->endOffset());
461           ++P.SJ;
462         }
463
464         // We have a partition across a set of overlapping unsplittable
465         // partitions.
466         return;
467       }
468
469       // If we're starting with a splittable slice, then we need to form
470       // a synthetic partition spanning it and any other overlapping splittable
471       // splices.
472       assert(P.SI->isSplittable() && "Forming a splittable partition!");
473
474       // Collect all of the overlapping splittable slices.
475       while (P.SJ != SE && P.SJ->beginOffset() < P.EndOffset &&
476              P.SJ->isSplittable()) {
477         P.EndOffset = std::max(P.EndOffset, P.SJ->endOffset());
478         ++P.SJ;
479       }
480
481       // Back upiP.EndOffset if we ended the span early when encountering an
482       // unsplittable slice. This synthesizes the early end offset of
483       // a partition spanning only splittable slices.
484       if (P.SJ != SE && P.SJ->beginOffset() < P.EndOffset) {
485         assert(!P.SJ->isSplittable());
486         P.EndOffset = P.SJ->beginOffset();
487       }
488     }
489
490   public:
491     bool operator==(const partition_iterator &RHS) const {
492       assert(SE == RHS.SE &&
493              "End iterators don't match between compared partition iterators!");
494
495       // The observed positions of partitions is marked by the P.SI iterator and
496       // the emptyness of the split slices. The latter is only relevant when
497       // P.SI == SE, as the end iterator will additionally have an empty split
498       // slices list, but the prior may have the same P.SI and a tail of split
499       // slices.
500       if (P.SI == RHS.P.SI &&
501           P.SplitTails.empty() == RHS.P.SplitTails.empty()) {
502         assert(P.SJ == RHS.P.SJ &&
503                "Same set of slices formed two different sized partitions!");
504         assert(P.SplitTails.size() == RHS.P.SplitTails.size() &&
505                "Same slice position with differently sized non-empty split "
506                "slice tails!");
507         return true;
508       }
509       return false;
510     }
511
512     partition_iterator &operator++() {
513       advance();
514       return *this;
515     }
516
517     Partition &operator*() { return P; }
518   };
519
520   /// \brief A forward range over the partitions of the alloca's slices.
521   ///
522   /// This accesses an iterator range over the partitions of the alloca's
523   /// slices. It computes these partitions on the fly based on the overlapping
524   /// offsets of the slices and the ability to split them. It will visit "empty"
525   /// partitions to cover regions of the alloca only accessed via split
526   /// slices.
527   iterator_range<partition_iterator> partitions() {
528     return make_range(partition_iterator(begin(), end()),
529                       partition_iterator(end(), end()));
530   }
531
532   /// \brief Access the dead users for this alloca.
533   ArrayRef<Instruction *> getDeadUsers() const { return DeadUsers; }
534
535   /// \brief Access the dead operands referring to this alloca.
536   ///
537   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
538   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
539   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
540   /// need to replace with undef.
541   ArrayRef<Use *> getDeadOperands() const { return DeadOperands; }
542
543 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
544   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
545   void printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
546                   StringRef Indent = "  ") const;
547   void printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
548                 StringRef Indent = "  ") const;
549   void print(raw_ostream &OS) const;
550   void dump(const_iterator I) const;
551   void dump() const;
552 #endif
553
554 private:
555   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
556   class SliceBuilder;
557   friend class AllocaSlices::SliceBuilder;
558
559 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
560   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
561   AllocaInst &AI;
562 #endif
563
564   /// \brief The instruction responsible for this alloca not having a known set
565   /// of slices.
566   ///
567   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
568   /// store a pointer to that here and abort trying to form slices of the
569   /// alloca. This will be null if the alloca slices are analyzed successfully.
570   Instruction *PointerEscapingInstr;
571
572   /// \brief The slices of the alloca.
573   ///
574   /// We store a vector of the slices formed by uses of the alloca here. This
575   /// vector is sorted by increasing begin offset, and then the unsplittable
576   /// slices before the splittable ones. See the Slice inner class for more
577   /// details.
578   SmallVector<Slice, 8> Slices;
579
580   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
581   ///
582   /// Note that these are not separated by slice. This is because we expect an
583   /// alloca to be completely rewritten or not rewritten at all. If rewritten,
584   /// all these instructions can simply be removed and replaced with undef as
585   /// they come from outside of the allocated space.
586   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
587
588   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
589   ///
590   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
591   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
592   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
593   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
594   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
595   /// the alloca.
596   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
597 };
598 }
599
600 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
601   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
602   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
603   // early on.
604   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
605     return SI.getOperand(1 + CI->isZero());
606   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
607     return SI.getOperand(1);
608
609   return nullptr;
610 }
611
612 /// \brief A helper that folds a PHI node or a select.
613 static Value *foldPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
614   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
615     // If PN merges together the same value, return that value.
616     return PN->hasConstantValue();
617   }
618   return foldSelectInst(cast<SelectInst>(I));
619 }
620
621 /// \brief Builder for the alloca slices.
622 ///
623 /// This class builds a set of alloca slices by recursively visiting the uses
624 /// of an alloca and making a slice for each load and store at each offset.
625 class AllocaSlices::SliceBuilder : public PtrUseVisitor<SliceBuilder> {
626   friend class PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
627   friend class InstVisitor<SliceBuilder>;
628   typedef PtrUseVisitor<SliceBuilder> Base;
629
630   const uint64_t AllocSize;
631   AllocaSlices &AS;
632
633   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferSliceMap;
634   SmallDenseMap<Instruction *, uint64_t> PHIOrSelectSizes;
635
636   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
637   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
638
639 public:
640   SliceBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS)
641       : PtrUseVisitor<SliceBuilder>(DL),
642         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())), AS(AS) {}
643
644 private:
645   void markAsDead(Instruction &I) {
646     if (VisitedDeadInsts.insert(&I).second)
647       AS.DeadUsers.push_back(&I);
648   }
649
650   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
651                  bool IsSplittable = false) {
652     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
653     // past the end of the allocation.
654     if (Size == 0 || Offset.uge(AllocSize)) {
655       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
656                    << " which has zero size or starts outside of the "
657                    << AllocSize << " byte alloca:\n"
658                    << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
659                    << "       use: " << I << "\n");
660       return markAsDead(I);
661     }
662
663     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
664     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
665
666     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
667     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
668     // This may appear superficially to be something we could ignore entirely,
669     // but that is not so! There may be widened loads or PHI-node uses where
670     // some instructions are dead but not others. We can't completely ignore
671     // them, and so have to record at least the information here.
672     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
673     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
674       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
675                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
676                    << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
677                    << "       use: " << I << "\n");
678       EndOffset = AllocSize;
679     }
680
681     AS.Slices.push_back(Slice(BeginOffset, EndOffset, U, IsSplittable));
682   }
683
684   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
685     if (BC.use_empty())
686       return markAsDead(BC);
687
688     return Base::visitBitCastInst(BC);
689   }
690
691   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
692     if (GEPI.use_empty())
693       return markAsDead(GEPI);
694
695     if (SROAStrictInbounds && GEPI.isInBounds()) {
696       // FIXME: This is a manually un-factored variant of the basic code inside
697       // of GEPs with checking of the inbounds invariant specified in the
698       // langref in a very strict sense. If we ever want to enable
699       // SROAStrictInbounds, this code should be factored cleanly into
700       // PtrUseVisitor, but it is easier to experiment with SROAStrictInbounds
701       // by writing out the code here where we have tho underlying allocation
702       // size readily available.
703       APInt GEPOffset = Offset;
704       const DataLayout &DL = GEPI.getModule()->getDataLayout();
705       for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI),
706                              GTE = gep_type_end(GEPI);
707            GTI != GTE; ++GTI) {
708         ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
709         if (!OpC)
710           break;
711
712         // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
713         if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
714           unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
715           const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
716           GEPOffset +=
717               APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(ElementIdx));
718         } else {
719           // For array or vector indices, scale the index by the size of the
720           // type.
721           APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth());
722           GEPOffset += Index * APInt(Offset.getBitWidth(),
723                                      DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
724         }
725
726         // If this index has computed an intermediate pointer which is not
727         // inbounds, then the result of the GEP is a poison value and we can
728         // delete it and all uses.
729         if (GEPOffset.ugt(AllocSize))
730           return markAsDead(GEPI);
731       }
732     }
733
734     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
735   }
736
737   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
738                          uint64_t Size, bool IsVolatile) {
739     // We allow splitting of non-volatile loads and stores where the type is an
740     // integer type. These may be used to implement 'memcpy' or other "transfer
741     // of bits" patterns.
742     bool IsSplittable = Ty->isIntegerTy() && !IsVolatile;
743
744     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
745   }
746
747   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
748     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
749            "All simple FCA loads should have been pre-split");
750
751     if (!IsOffsetKnown)
752       return PI.setAborted(&LI);
753
754     const DataLayout &DL = LI.getModule()->getDataLayout();
755     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI.getType());
756     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, Size, LI.isVolatile());
757   }
758
759   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
760     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
761     if (ValOp == *U)
762       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
763     if (!IsOffsetKnown)
764       return PI.setAborted(&SI);
765
766     const DataLayout &DL = SI.getModule()->getDataLayout();
767     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(ValOp->getType());
768
769     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
770     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
771     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
772     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
773     // risk of overflow.
774     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
775     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
776     if (Size > AllocSize || Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
777       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte store @" << Offset
778                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
779                    << " byte alloca:\n"
780                    << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
781                    << "       use: " << SI << "\n");
782       return markAsDead(SI);
783     }
784
785     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
786            "All simple FCA stores should have been pre-split");
787     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, Size, SI.isVolatile());
788   }
789
790   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
791     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
792     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
793     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
794         (IsOffsetKnown && Offset.uge(AllocSize)))
795       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
796       return markAsDead(II);
797
798     if (!IsOffsetKnown)
799       return PI.setAborted(&II);
800
801     insertUse(II, Offset, Length ? Length->getLimitedValue()
802                                  : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
803               (bool)Length);
804   }
805
806   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
807     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
808     if (Length && Length->getValue() == 0)
809       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
810       return markAsDead(II);
811
812     // Because we can visit these intrinsics twice, also check to see if the
813     // first time marked this instruction as dead. If so, skip it.
814     if (VisitedDeadInsts.count(&II))
815       return;
816
817     if (!IsOffsetKnown)
818       return PI.setAborted(&II);
819
820     // This side of the transfer is completely out-of-bounds, and so we can
821     // nuke the entire transfer. However, we also need to nuke the other side
822     // if already added to our partitions.
823     // FIXME: Yet another place we really should bypass this when
824     // instrumenting for ASan.
825     if (Offset.uge(AllocSize)) {
826       SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI =
827           MemTransferSliceMap.find(&II);
828       if (MTPI != MemTransferSliceMap.end())
829         AS.Slices[MTPI->second].kill();
830       return markAsDead(II);
831     }
832
833     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
834     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue() : AllocSize - RawOffset;
835
836     // Check for the special case where the same exact value is used for both
837     // source and dest.
838     if (*U == II.getRawDest() && *U == II.getRawSource()) {
839       // For non-volatile transfers this is a no-op.
840       if (!II.isVolatile())
841         return markAsDead(II);
842
843       return insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/false);
844     }
845
846     // If we have seen both source and destination for a mem transfer, then
847     // they both point to the same alloca.
848     bool Inserted;
849     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI;
850     std::tie(MTPI, Inserted) =
851         MemTransferSliceMap.insert(std::make_pair(&II, AS.Slices.size()));
852     unsigned PrevIdx = MTPI->second;
853     if (!Inserted) {
854       Slice &PrevP = AS.Slices[PrevIdx];
855
856       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
857       // In that case, we can completely elide the transfer.
858       if (!II.isVolatile() && PrevP.beginOffset() == RawOffset) {
859         PrevP.kill();
860         return markAsDead(II);
861       }
862
863       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
864       // split those.
865       PrevP.makeUnsplittable();
866     }
867
868     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
869     insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/Inserted && Length);
870
871     // Check that we ended up with a valid index in the map.
872     assert(AS.Slices[PrevIdx].getUse()->getUser() == &II &&
873            "Map index doesn't point back to a slice with this user.");
874   }
875
876   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
877   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
878   // doesn't make sense.
879   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
880     if (!IsOffsetKnown)
881       return PI.setAborted(&II);
882
883     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
884         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
885       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
886       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
887                                Length->getLimitedValue());
888       insertUse(II, Offset, Size, true);
889       return;
890     }
891
892     Base::visitIntrinsicInst(II);
893   }
894
895   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
896     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
897     // the same offset to be a viable use for slicing purposes. These uses
898     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
899     // size.
900     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
901     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
902     Visited.insert(Root);
903     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
904     const DataLayout &DL = Root->getModule()->getDataLayout();
905     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
906     // a size zero access.
907     Size = 0;
908     do {
909       Instruction *I, *UsedI;
910       std::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
911
912       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
913         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(LI->getType()));
914         continue;
915       }
916       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
917         Value *Op = SI->getOperand(0);
918         if (Op == UsedI)
919           return SI;
920         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(Op->getType()));
921         continue;
922       }
923
924       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
925         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
926           return GEP;
927       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
928                  !isa<SelectInst>(I)) {
929         return I;
930       }
931
932       for (User *U : I->users())
933         if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)).second)
934           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(U)));
935     } while (!Uses.empty());
936
937     return nullptr;
938   }
939
940   void visitPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
941     assert(isa<PHINode>(I) || isa<SelectInst>(I));
942     if (I.use_empty())
943       return markAsDead(I);
944
945     // TODO: We could use SimplifyInstruction here to fold PHINodes and
946     // SelectInsts. However, doing so requires to change the current
947     // dead-operand-tracking mechanism. For instance, suppose neither loading
948     // from %U nor %other traps. Then "load (select undef, %U, %other)" does not
949     // trap either.  However, if we simply replace %U with undef using the
950     // current dead-operand-tracking mechanism, "load (select undef, undef,
951     // %other)" may trap because the select may return the first operand
952     // "undef".
953     if (Value *Result = foldPHINodeOrSelectInst(I)) {
954       if (Result == *U)
955         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
956         // through the PHI/select as if we had RAUW'ed it.
957         enqueueUsers(I);
958       else
959         // Otherwise the operand to the PHI/select is dead, and we can replace
960         // it with undef.
961         AS.DeadOperands.push_back(U);
962
963       return;
964     }
965
966     if (!IsOffsetKnown)
967       return PI.setAborted(&I);
968
969     // See if we already have computed info on this node.
970     uint64_t &Size = PHIOrSelectSizes[&I];
971     if (!Size) {
972       // This is a new PHI/Select, check for an unsafe use of it.
973       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&I, Size))
974         return PI.setAborted(UnsafeI);
975     }
976
977     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
978     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
979     // case them here and use a separate structure to track the operands
980     // themselves which should be replaced with undef.
981     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
982     // for address sanitization.
983     if (Offset.uge(AllocSize)) {
984       AS.DeadOperands.push_back(U);
985       return;
986     }
987
988     insertUse(I, Offset, Size);
989   }
990
991   void visitPHINode(PHINode &PN) { visitPHINodeOrSelectInst(PN); }
992
993   void visitSelectInst(SelectInst &SI) { visitPHINodeOrSelectInst(SI); }
994
995   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
996   void visitInstruction(Instruction &I) { PI.setAborted(&I); }
997 };
998
999 AllocaSlices::AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI)
1000     :
1001 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1002       AI(AI),
1003 #endif
1004       PointerEscapingInstr(nullptr) {
1005   SliceBuilder PB(DL, AI, *this);
1006   SliceBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
1007   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
1008     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
1009     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaSlices.
1010     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
1011                                                   : PtrI.getAbortingInst();
1012     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
1013     return;
1014   }
1015
1016   Slices.erase(std::remove_if(Slices.begin(), Slices.end(),
1017                               [](const Slice &S) {
1018                                 return S.isDead();
1019                               }),
1020                Slices.end());
1021
1022 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
1023   if (SROARandomShuffleSlices) {
1024     std::mt19937 MT(static_cast<unsigned>(sys::TimeValue::now().msec()));
1025     std::shuffle(Slices.begin(), Slices.end(), MT);
1026   }
1027 #endif
1028
1029   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
1030   // and the sizes to be in descending order.
1031   std::sort(Slices.begin(), Slices.end());
1032 }
1033
1034 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1035
1036 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1037                          StringRef Indent) const {
1038   printSlice(OS, I, Indent);
1039   OS << "\n";
1040   printUse(OS, I, Indent);
1041 }
1042
1043 void AllocaSlices::printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1044                               StringRef Indent) const {
1045   OS << Indent << "[" << I->beginOffset() << "," << I->endOffset() << ")"
1046      << " slice #" << (I - begin())
1047      << (I->isSplittable() ? " (splittable)" : "");
1048 }
1049
1050 void AllocaSlices::printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1051                             StringRef Indent) const {
1052   OS << Indent << "  used by: " << *I->getUse()->getUser() << "\n";
1053 }
1054
1055 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS) const {
1056   if (PointerEscapingInstr) {
1057     OS << "Can't analyze slices for alloca: " << AI << "\n"
1058        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
1059        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
1060     return;
1061   }
1062
1063   OS << "Slices of alloca: " << AI << "\n";
1064   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
1065     print(OS, I);
1066 }
1067
1068 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump(const_iterator I) const {
1069   print(dbgs(), I);
1070 }
1071 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump() const { print(dbgs()); }
1072
1073 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1074
1075 namespace {
1076 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
1077 ///
1078 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
1079 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
1080 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
1081 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
1082 /// scalar values.
1083 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1084   AllocaInst &AI;
1085   DIBuilder &DIB;
1086
1087   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
1088   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
1089
1090 public:
1091   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction *> &Insts, SSAUpdater &S,
1092                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
1093       : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
1094
1095   void run(const SmallVectorImpl<Instruction *> &Insts) {
1096     // Retain the debug information attached to the alloca for use when
1097     // rewriting loads and stores.
1098     if (auto *L = LocalAsMetadata::getIfExists(&AI)) {
1099       if (auto *DebugNode = MetadataAsValue::getIfExists(AI.getContext(), L)) {
1100         for (User *U : DebugNode->users())
1101           if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(U))
1102             DDIs.push_back(DDI);
1103           else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(U))
1104             DVIs.push_back(DVI);
1105       }
1106     }
1107
1108     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1109
1110     // While we have the debug information, clear it off of the alloca. The
1111     // caller takes care of deleting the alloca.
1112     while (!DDIs.empty())
1113       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1114     while (!DVIs.empty())
1115       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1116   }
1117
1118   bool
1119   isInstInList(Instruction *I,
1120                const SmallVectorImpl<Instruction *> &Insts) const override {
1121     Value *Ptr;
1122     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1123       Ptr = LI->getOperand(0);
1124     else
1125       Ptr = cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
1126
1127     // Only used to detect cycles, which will be rare and quickly found as
1128     // we're walking up a chain of defs rather than down through uses.
1129     SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1130
1131     do {
1132       if (Ptr == &AI)
1133         return true;
1134
1135       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Ptr))
1136         Ptr = BCI->getOperand(0);
1137       else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
1138         Ptr = GEPI->getPointerOperand();
1139       else
1140         return false;
1141
1142     } while (Visited.insert(Ptr).second);
1143
1144     return false;
1145   }
1146
1147   void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const override {
1148     for (DbgDeclareInst *DDI : DDIs)
1149       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1150         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
1151       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
1152         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
1153     for (DbgValueInst *DVI : DVIs) {
1154       Value *Arg = nullptr;
1155       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1156         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
1157         // may be zapped by an optimization pass in future.
1158         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
1159           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
1160         else if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
1161           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
1162         if (!Arg)
1163           Arg = SI->getValueOperand();
1164       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
1165         Arg = LI->getPointerOperand();
1166       } else {
1167         continue;
1168       }
1169       Instruction *DbgVal =
1170           DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
1171                                       DIExpression(DVI->getExpression()), Inst);
1172       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1173     }
1174   }
1175 };
1176 } // end anon namespace
1177
1178 namespace {
1179 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
1180 ///
1181 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
1182 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
1183 /// a few steps to this process.
1184 ///
1185 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
1186 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
1187 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
1188 ///    as necessary and try to isolate individual scalar accesses.
1189 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
1190 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
1191 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
1192 ///    select to be a PHI or select of the results.
1193 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
1194 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
1195 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
1196 ///    SSA vector values.
1197 class SROA : public FunctionPass {
1198   const bool RequiresDomTree;
1199
1200   LLVMContext *C;
1201   DominatorTree *DT;
1202   AssumptionCache *AC;
1203
1204   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
1205   ///
1206   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
1207   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
1208   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
1209   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
1210   /// already present to ensure it is re-visited.
1211   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16>> Worklist;
1212
1213   /// \brief A collection of instructions to delete.
1214   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
1215   /// efficient.
1216   SetVector<Instruction *, SmallVector<Instruction *, 8>> DeadInsts;
1217
1218   /// \brief Post-promotion worklist.
1219   ///
1220   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
1221   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
1222   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
1223   ///
1224   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
1225   /// the event they are deleted.
1226   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16>> PostPromotionWorklist;
1227
1228   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
1229   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
1230
1231   /// \brief A worklist of PHIs to speculate prior to promoting allocas.
1232   ///
1233   /// All of these PHIs have been checked for the safety of speculation and by
1234   /// being speculated will allow promoting allocas currently in the promotable
1235   /// queue.
1236   SetVector<PHINode *, SmallVector<PHINode *, 2>> SpeculatablePHIs;
1237
1238   /// \brief A worklist of select instructions to speculate prior to promoting
1239   /// allocas.
1240   ///
1241   /// All of these select instructions have been checked for the safety of
1242   /// speculation and by being speculated will allow promoting allocas
1243   /// currently in the promotable queue.
1244   SetVector<SelectInst *, SmallVector<SelectInst *, 2>> SpeculatableSelects;
1245
1246 public:
1247   SROA(bool RequiresDomTree = true)
1248       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree), C(nullptr),
1249         DT(nullptr) {
1250     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1251   }
1252   bool runOnFunction(Function &F) override;
1253   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
1254
1255   const char *getPassName() const override { return "SROA"; }
1256   static char ID;
1257
1258 private:
1259   friend class PHIOrSelectSpeculator;
1260   friend class AllocaSliceRewriter;
1261
1262   bool presplitLoadsAndStores(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS);
1263   AllocaInst *rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS,
1264                                AllocaSlices::Partition &P);
1265   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS);
1266   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
1267   void clobberUse(Use &U);
1268   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSetImpl<AllocaInst *> &DeletedAllocas);
1269   bool promoteAllocas(Function &F);
1270 };
1271 }
1272
1273 char SROA::ID = 0;
1274
1275 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
1276   return new SROA(RequiresDomTree);
1277 }
1278
1279 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates", false,
1280                       false)
1281 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
1282 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
1283 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates", false,
1284                     false)
1285
1286 /// Walk the range of a partitioning looking for a common type to cover this
1287 /// sequence of slices.
1288 static Type *findCommonType(AllocaSlices::const_iterator B,
1289                             AllocaSlices::const_iterator E,
1290                             uint64_t EndOffset) {
1291   Type *Ty = nullptr;
1292   bool TyIsCommon = true;
1293   IntegerType *ITy = nullptr;
1294
1295   // Note that we need to look at *every* alloca slice's Use to ensure we
1296   // always get consistent results regardless of the order of slices.
1297   for (AllocaSlices::const_iterator I = B; I != E; ++I) {
1298     Use *U = I->getUse();
1299     if (isa<IntrinsicInst>(*U->getUser()))
1300       continue;
1301     if (I->beginOffset() != B->beginOffset() || I->endOffset() != EndOffset)
1302       continue;
1303
1304     Type *UserTy = nullptr;
1305     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1306       UserTy = LI->getType();
1307     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1308       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1309     }
1310
1311     if (IntegerType *UserITy = dyn_cast_or_null<IntegerType>(UserTy)) {
1312       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
1313       // this for split integer operations where we want to use the type of the
1314       // entity causing the split. Also skip if the type is not a byte width
1315       // multiple.
1316       if (UserITy->getBitWidth() % 8 != 0 ||
1317           UserITy->getBitWidth() / 8 > (EndOffset - B->beginOffset()))
1318         continue;
1319
1320       // Track the largest bitwidth integer type used in this way in case there
1321       // is no common type.
1322       if (!ITy || ITy->getBitWidth() < UserITy->getBitWidth())
1323         ITy = UserITy;
1324     }
1325
1326     // To avoid depending on the order of slices, Ty and TyIsCommon must not
1327     // depend on types skipped above.
1328     if (!UserTy || (Ty && Ty != UserTy))
1329       TyIsCommon = false; // Give up on anything but an iN type.
1330     else
1331       Ty = UserTy;
1332   }
1333
1334   return TyIsCommon ? Ty : ITy;
1335 }
1336
1337 /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1338 /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1339 /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1340 /// From this:
1341 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1342 ///   %V = load i32* %P2
1343 /// to:
1344 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1345 ///   ...
1346 ///   %V2 = load i32* %Other
1347 ///   ...
1348 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1349 ///
1350 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1351 /// to the select can be loaded unconditionally.
1352 ///
1353 /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1354 /// Transforms/Util/Local.h
1355 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN) {
1356   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1357   // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1358   // TODO: Allow recursive phi users.
1359   // TODO: Allow stores.
1360   BasicBlock *BB = PN.getParent();
1361   unsigned MaxAlign = 0;
1362   bool HaveLoad = false;
1363   for (User *U : PN.users()) {
1364     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1365     if (!LI || !LI->isSimple())
1366       return false;
1367
1368     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1369     // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1370     // a PHI.
1371     if (LI->getParent() != BB)
1372       return false;
1373
1374     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1375     // could store.
1376     for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1377       if (BBI->mayWriteToMemory())
1378         return false;
1379
1380     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1381     HaveLoad = true;
1382   }
1383
1384   if (!HaveLoad)
1385     return false;
1386
1387   const DataLayout &DL = PN.getModule()->getDataLayout();
1388
1389   // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1390   // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1391   // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1392   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1393     TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1394     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1395
1396     // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1397     // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1398     // in the predecessor.
1399     if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1400       return false;
1401
1402     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1403     // critical.
1404     if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1405       continue;
1406
1407     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1408     // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1409     // block.
1410     if (InVal->isDereferenceablePointer(DL) ||
1411         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign))
1412       continue;
1413
1414     return false;
1415   }
1416
1417   return true;
1418 }
1419
1420 static void speculatePHINodeLoads(PHINode &PN) {
1421   DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1422
1423   Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1424   IRBuilderTy PHIBuilder(&PN);
1425   PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1426                                         PN.getName() + ".sroa.speculated");
1427
1428   // Get the AA tags and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1429   // matter which one we get and if any differ.
1430   LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1431
1432   AAMDNodes AATags;
1433   SomeLoad->getAAMetadata(AATags);
1434   unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1435
1436   // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1437   while (!PN.use_empty()) {
1438     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1439     LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1440     LI->eraseFromParent();
1441   }
1442
1443   // Inject loads into all of the pred blocks.
1444   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1445     BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1446     TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1447     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1448     IRBuilderTy PredBuilder(TI);
1449
1450     LoadInst *Load = PredBuilder.CreateLoad(
1451         InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." + Pred->getName()));
1452     ++NumLoadsSpeculated;
1453     Load->setAlignment(Align);
1454     if (AATags)
1455       Load->setAAMetadata(AATags);
1456     NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1457   }
1458
1459   DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1460   PN.eraseFromParent();
1461 }
1462
1463 /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1464 /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1465 /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1466 /// From this:
1467 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1468 ///   %V = load i32* %P2
1469 /// to:
1470 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1471 ///   %V2 = load i32* %Other
1472 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1473 ///
1474 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1475 /// to the select can be loaded unconditionally.
1476 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI) {
1477   Value *TValue = SI.getTrueValue();
1478   Value *FValue = SI.getFalseValue();
1479   const DataLayout &DL = SI.getModule()->getDataLayout();
1480   bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer(DL);
1481   bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer(DL);
1482
1483   for (User *U : SI.users()) {
1484     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1485     if (!LI || !LI->isSimple())
1486       return false;
1487
1488     // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1489     // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1490     // accesses to it.
1491     if (!TDerefable &&
1492         !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI, LI->getAlignment()))
1493       return false;
1494     if (!FDerefable &&
1495         !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI, LI->getAlignment()))
1496       return false;
1497   }
1498
1499   return true;
1500 }
1501
1502 static void speculateSelectInstLoads(SelectInst &SI) {
1503   DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1504
1505   IRBuilderTy IRB(&SI);
1506   Value *TV = SI.getTrueValue();
1507   Value *FV = SI.getFalseValue();
1508   // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1509   while (!SI.use_empty()) {
1510     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI.user_back());
1511     assert(LI->isSimple() && "We only speculate simple loads");
1512
1513     IRB.SetInsertPoint(LI);
1514     LoadInst *TL =
1515         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1516     LoadInst *FL =
1517         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1518     NumLoadsSpeculated += 2;
1519
1520     // Transfer alignment and AA info if present.
1521     TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1522     FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1523
1524     AAMDNodes Tags;
1525     LI->getAAMetadata(Tags);
1526     if (Tags) {
1527       TL->setAAMetadata(Tags);
1528       FL->setAAMetadata(Tags);
1529     }
1530
1531     Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1532                                 LI->getName() + ".sroa.speculated");
1533
1534     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1535     LI->replaceAllUsesWith(V);
1536     LI->eraseFromParent();
1537   }
1538   SI.eraseFromParent();
1539 }
1540
1541 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1542 ///
1543 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1544 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1545 static Value *buildGEP(IRBuilderTy &IRB, Value *BasePtr,
1546                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices, Twine NamePrefix) {
1547   if (Indices.empty())
1548     return BasePtr;
1549
1550   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1551   // in that case.
1552   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1553     return BasePtr;
1554
1555   return IRB.CreateInBoundsGEP(nullptr, BasePtr, Indices,
1556                                NamePrefix + "sroa_idx");
1557 }
1558
1559 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1560 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1561 ///
1562 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1563 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1564 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1565 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1566 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1567 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1568 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1569                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1570                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1571                                     Twine NamePrefix) {
1572   if (Ty == TargetTy)
1573     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1574
1575   // Pointer size to use for the indices.
1576   unsigned PtrSize = DL.getPointerTypeSizeInBits(BasePtr->getType());
1577
1578   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1579   // type.
1580   unsigned NumLayers = 0;
1581   Type *ElementTy = Ty;
1582   do {
1583     if (ElementTy->isPointerTy())
1584       break;
1585
1586     if (ArrayType *ArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(ElementTy)) {
1587       ElementTy = ArrayTy->getElementType();
1588       Indices.push_back(IRB.getIntN(PtrSize, 0));
1589     } else if (VectorType *VectorTy = dyn_cast<VectorType>(ElementTy)) {
1590       ElementTy = VectorTy->getElementType();
1591       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1592     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1593       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1594         break; // Nothing left to descend into.
1595       ElementTy = *STy->element_begin();
1596       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1597     } else {
1598       break;
1599     }
1600     ++NumLayers;
1601   } while (ElementTy != TargetTy);
1602   if (ElementTy != TargetTy)
1603     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1604
1605   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1606 }
1607
1608 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1609 ///
1610 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1611 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1612 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1613                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1614                                        Type *TargetTy,
1615                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1616                                        Twine NamePrefix) {
1617   if (Offset == 0)
1618     return getNaturalGEPWithType(IRB, DL, Ptr, Ty, TargetTy, Indices,
1619                                  NamePrefix);
1620
1621   // We can't recurse through pointer types.
1622   if (Ty->isPointerTy())
1623     return nullptr;
1624
1625   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1626   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1627   // over a vector from the IR completely.
1628   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1629     unsigned ElementSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1630     if (ElementSizeInBits % 8 != 0) {
1631       // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1632       return nullptr;
1633     }
1634     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1635     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1636     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1637       return nullptr;
1638     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1639     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1640     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, VecTy->getElementType(),
1641                                     Offset, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1642   }
1643
1644   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1645     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1646     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1647     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1648     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1649       return nullptr;
1650
1651     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1652     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1653     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1654                                     Indices, NamePrefix);
1655   }
1656
1657   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1658   if (!STy)
1659     return nullptr;
1660
1661   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1662   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1663   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1664     return nullptr;
1665   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1666   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1667   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1668   if (Offset.uge(DL.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1669     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
1670
1671   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1672   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1673                                   Indices, NamePrefix);
1674 }
1675
1676 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1677 /// resulting in a particular type.
1678 ///
1679 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1680 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1681 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1682 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1683 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1684 ///
1685 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1686 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1687                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1688                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1689                                       Twine NamePrefix) {
1690   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1691
1692   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1693   // an i8.
1694   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy(Ty->getAddressSpace()) && TargetTy->isIntegerTy(8))
1695     return nullptr;
1696
1697   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1698   if (!ElementTy->isSized())
1699     return nullptr; // We can't GEP through an unsized element.
1700   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1701   if (ElementSize == 0)
1702     return nullptr; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1703   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1704
1705   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1706   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1707   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1708                                   Indices, NamePrefix);
1709 }
1710
1711 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1712 /// resulting pointer has PointerTy.
1713 ///
1714 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1715 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1716 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1717 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1718 /// bitcast to the type.
1719 ///
1720 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1721 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1722 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1723 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1724 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1725 /// surrounding code.
1726 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL, Value *Ptr,
1727                              APInt Offset, Type *PointerTy, Twine NamePrefix) {
1728   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1729   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1730   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1731   Visited.insert(Ptr);
1732   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1733
1734   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1735   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1736   // fall back to it, so keep it and the base it was computed from around here.
1737   Value *OffsetPtr = nullptr;
1738   Value *OffsetBasePtr;
1739
1740   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1741   // byte offset.
1742   Value *Int8Ptr = nullptr;
1743   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1744
1745   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1746
1747   do {
1748     // First fold any existing GEPs into the offset.
1749     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1750       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1751       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
1752         break;
1753       Offset += GEPOffset;
1754       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1755       if (!Visited.insert(Ptr).second)
1756         break;
1757     }
1758
1759     // See if we can perform a natural GEP here.
1760     Indices.clear();
1761     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, DL, Ptr, Offset, TargetTy,
1762                                            Indices, NamePrefix)) {
1763       // If we have a new natural pointer at the offset, clear out any old
1764       // offset pointer we computed. Unless it is the base pointer or
1765       // a non-instruction, we built a GEP we don't need. Zap it.
1766       if (OffsetPtr && OffsetPtr != OffsetBasePtr)
1767         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr)) {
1768           assert(I->use_empty() && "Built a GEP with uses some how!");
1769           I->eraseFromParent();
1770         }
1771       OffsetPtr = P;
1772       OffsetBasePtr = Ptr;
1773       // If we also found a pointer of the right type, we're done.
1774       if (P->getType() == PointerTy)
1775         return P;
1776     }
1777
1778     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1779     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1780       Int8Ptr = Ptr;
1781       Int8PtrOffset = Offset;
1782     }
1783
1784     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1785     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1786       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1787     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1788       if (GA->mayBeOverridden())
1789         break;
1790       Ptr = GA->getAliasee();
1791     } else {
1792       break;
1793     }
1794     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1795   } while (Visited.insert(Ptr).second);
1796
1797   if (!OffsetPtr) {
1798     if (!Int8Ptr) {
1799       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(
1800           Ptr, IRB.getInt8PtrTy(PointerTy->getPointerAddressSpace()),
1801           NamePrefix + "sroa_raw_cast");
1802       Int8PtrOffset = Offset;
1803     }
1804
1805     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0
1806                     ? Int8Ptr
1807                     : IRB.CreateInBoundsGEP(IRB.getInt8Ty(), Int8Ptr,
1808                                             IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1809                                             NamePrefix + "sroa_raw_idx");
1810   }
1811   Ptr = OffsetPtr;
1812
1813   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1814   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1815     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, NamePrefix + "sroa_cast");
1816
1817   return Ptr;
1818 }
1819
1820 /// \brief Compute the adjusted alignment for a load or store from an offset.
1821 static unsigned getAdjustedAlignment(Instruction *I, uint64_t Offset,
1822                                      const DataLayout &DL) {
1823   unsigned Alignment;
1824   Type *Ty;
1825   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
1826     Alignment = LI->getAlignment();
1827     Ty = LI->getType();
1828   } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
1829     Alignment = SI->getAlignment();
1830     Ty = SI->getValueOperand()->getType();
1831   } else {
1832     llvm_unreachable("Only loads and stores are allowed!");
1833   }
1834
1835   if (!Alignment)
1836     Alignment = DL.getABITypeAlignment(Ty);
1837
1838   return MinAlign(Alignment, Offset);
1839 }
1840
1841 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1842 ///
1843 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1844 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1845 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1846 /// underlying value, and convert that value.
1847 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1848   if (OldTy == NewTy)
1849     return true;
1850   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1851     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1852       if (NewITy->getBitWidth() >= OldITy->getBitWidth())
1853         return true;
1854   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1855     return false;
1856   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1857     return false;
1858
1859   // We can convert pointers to integers and vice-versa. Same for vectors
1860   // of pointers and integers.
1861   OldTy = OldTy->getScalarType();
1862   NewTy = NewTy->getScalarType();
1863   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1864     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
1865       return true;
1866     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
1867       return true;
1868     return false;
1869   }
1870
1871   return true;
1872 }
1873
1874 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1875 /// type.
1876 ///
1877 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1878 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1879 /// two types for viability with this routine.
1880 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1881                            Type *NewTy) {
1882   Type *OldTy = V->getType();
1883   assert(canConvertValue(DL, OldTy, NewTy) && "Value not convertable to type");
1884
1885   if (OldTy == NewTy)
1886     return V;
1887
1888   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1889     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1890       if (NewITy->getBitWidth() > OldITy->getBitWidth())
1891         return IRB.CreateZExt(V, NewITy);
1892
1893   // See if we need inttoptr for this type pair. A cast involving both scalars
1894   // and vectors requires and additional bitcast.
1895   if (OldTy->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1896       NewTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
1897     // Expand <2 x i32> to i8* --> <2 x i32> to i64 to i8*
1898     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1899       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1900                                 NewTy);
1901
1902     // Expand i128 to <2 x i8*> --> i128 to <2 x i64> to <2 x i8*>
1903     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1904       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1905                                 NewTy);
1906
1907     return IRB.CreateIntToPtr(V, NewTy);
1908   }
1909
1910   // See if we need ptrtoint for this type pair. A cast involving both scalars
1911   // and vectors requires and additional bitcast.
1912   if (OldTy->getScalarType()->isPointerTy() &&
1913       NewTy->getScalarType()->isIntegerTy()) {
1914     // Expand <2 x i8*> to i128 --> <2 x i8*> to <2 x i64> to i128
1915     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1916       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1917                                NewTy);
1918
1919     // Expand i8* to <2 x i32> --> i8* to i64 to <2 x i32>
1920     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1921       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1922                                NewTy);
1923
1924     return IRB.CreatePtrToInt(V, NewTy);
1925   }
1926
1927   return IRB.CreateBitCast(V, NewTy);
1928 }
1929
1930 /// \brief Test whether the given slice use can be promoted to a vector.
1931 ///
1932 /// This function is called to test each entry in a partioning which is slated
1933 /// for a single slice.
1934 static bool isVectorPromotionViableForSlice(AllocaSlices::Partition &P,
1935                                             const Slice &S, VectorType *Ty,
1936                                             uint64_t ElementSize,
1937                                             const DataLayout &DL) {
1938   // First validate the slice offsets.
1939   uint64_t BeginOffset =
1940       std::max(S.beginOffset(), P.beginOffset()) - P.beginOffset();
1941   uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1942   if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1943       BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1944     return false;
1945   uint64_t EndOffset =
1946       std::min(S.endOffset(), P.endOffset()) - P.beginOffset();
1947   uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1948   if (EndIndex * ElementSize != EndOffset || EndIndex > Ty->getNumElements())
1949     return false;
1950
1951   assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1952   uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1953   Type *SliceTy = (NumElements == 1)
1954                       ? Ty->getElementType()
1955                       : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1956
1957   Type *SplitIntTy =
1958       Type::getIntNTy(Ty->getContext(), NumElements * ElementSize * 8);
1959
1960   Use *U = S.getUse();
1961
1962   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1963     if (MI->isVolatile())
1964       return false;
1965     if (!S.isSplittable())
1966       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1967   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1968     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1969         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1970       return false;
1971   } else if (U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1972     // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1973     return false;
1974   } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1975     if (LI->isVolatile())
1976       return false;
1977     Type *LTy = LI->getType();
1978     if (P.beginOffset() > S.beginOffset() || P.endOffset() < S.endOffset()) {
1979       assert(LTy->isIntegerTy());
1980       LTy = SplitIntTy;
1981     }
1982     if (!canConvertValue(DL, SliceTy, LTy))
1983       return false;
1984   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1985     if (SI->isVolatile())
1986       return false;
1987     Type *STy = SI->getValueOperand()->getType();
1988     if (P.beginOffset() > S.beginOffset() || P.endOffset() < S.endOffset()) {
1989       assert(STy->isIntegerTy());
1990       STy = SplitIntTy;
1991     }
1992     if (!canConvertValue(DL, STy, SliceTy))
1993       return false;
1994   } else {
1995     return false;
1996   }
1997
1998   return true;
1999 }
2000
2001 /// \brief Test whether the given alloca partitioning and range of slices can be
2002 /// promoted to a vector.
2003 ///
2004 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
2005 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
2006 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
2007 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
2008 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
2009 /// be promotable, so we have an early test here.
2010 static VectorType *isVectorPromotionViable(AllocaSlices::Partition &P,
2011                                            const DataLayout &DL) {
2012   // Collect the candidate types for vector-based promotion. Also track whether
2013   // we have different element types.
2014   SmallVector<VectorType *, 4> CandidateTys;
2015   Type *CommonEltTy = nullptr;
2016   bool HaveCommonEltTy = true;
2017   auto CheckCandidateType = [&](Type *Ty) {
2018     if (auto *VTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
2019       CandidateTys.push_back(VTy);
2020       if (!CommonEltTy)
2021         CommonEltTy = VTy->getElementType();
2022       else if (CommonEltTy != VTy->getElementType())
2023         HaveCommonEltTy = false;
2024     }
2025   };
2026   // Consider any loads or stores that are the exact size of the slice.
2027   for (const Slice &S : P)
2028     if (S.beginOffset() == P.beginOffset() &&
2029         S.endOffset() == P.endOffset()) {
2030       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(S.getUse()->getUser()))
2031         CheckCandidateType(LI->getType());
2032       else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(S.getUse()->getUser()))
2033         CheckCandidateType(SI->getValueOperand()->getType());
2034     }
2035
2036   // If we didn't find a vector type, nothing to do here.
2037   if (CandidateTys.empty())
2038     return nullptr;
2039
2040   // Remove non-integer vector types if we had multiple common element types.
2041   // FIXME: It'd be nice to replace them with integer vector types, but we can't
2042   // do that until all the backends are known to produce good code for all
2043   // integer vector types.
2044   if (!HaveCommonEltTy) {
2045     CandidateTys.erase(std::remove_if(CandidateTys.begin(), CandidateTys.end(),
2046                                       [](VectorType *VTy) {
2047                          return !VTy->getElementType()->isIntegerTy();
2048                        }),
2049                        CandidateTys.end());
2050
2051     // If there were no integer vector types, give up.
2052     if (CandidateTys.empty())
2053       return nullptr;
2054
2055     // Rank the remaining candidate vector types. This is easy because we know
2056     // they're all integer vectors. We sort by ascending number of elements.
2057     auto RankVectorTypes = [&DL](VectorType *RHSTy, VectorType *LHSTy) {
2058       assert(DL.getTypeSizeInBits(RHSTy) == DL.getTypeSizeInBits(LHSTy) &&
2059              "Cannot have vector types of different sizes!");
2060       assert(RHSTy->getElementType()->isIntegerTy() &&
2061              "All non-integer types eliminated!");
2062       assert(LHSTy->getElementType()->isIntegerTy() &&
2063              "All non-integer types eliminated!");
2064       return RHSTy->getNumElements() < LHSTy->getNumElements();
2065     };
2066     std::sort(CandidateTys.begin(), CandidateTys.end(), RankVectorTypes);
2067     CandidateTys.erase(
2068         std::unique(CandidateTys.begin(), CandidateTys.end(), RankVectorTypes),
2069         CandidateTys.end());
2070   } else {
2071 // The only way to have the same element type in every vector type is to
2072 // have the same vector type. Check that and remove all but one.
2073 #ifndef NDEBUG
2074     for (VectorType *VTy : CandidateTys) {
2075       assert(VTy->getElementType() == CommonEltTy &&
2076              "Unaccounted for element type!");
2077       assert(VTy == CandidateTys[0] &&
2078              "Different vector types with the same element type!");
2079     }
2080 #endif
2081     CandidateTys.resize(1);
2082   }
2083
2084   // Try each vector type, and return the one which works.
2085   auto CheckVectorTypeForPromotion = [&](VectorType *VTy) {
2086     uint64_t ElementSize = DL.getTypeSizeInBits(VTy->getElementType());
2087
2088     // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
2089     // that aren't byte sized.
2090     if (ElementSize % 8)
2091       return false;
2092     assert((DL.getTypeSizeInBits(VTy) % 8) == 0 &&
2093            "vector size not a multiple of element size?");
2094     ElementSize /= 8;
2095
2096     for (const Slice &S : P)
2097       if (!isVectorPromotionViableForSlice(P, S, VTy, ElementSize, DL))
2098         return false;
2099
2100     for (const Slice *S : P.splitSliceTails())
2101       if (!isVectorPromotionViableForSlice(P, *S, VTy, ElementSize, DL))
2102         return false;
2103
2104     return true;
2105   };
2106   for (VectorType *VTy : CandidateTys)
2107     if (CheckVectorTypeForPromotion(VTy))
2108       return VTy;
2109
2110   return nullptr;
2111 }
2112
2113 /// \brief Test whether a slice of an alloca is valid for integer widening.
2114 ///
2115 /// This implements the necessary checking for the \c isIntegerWideningViable
2116 /// test below on a single slice of the alloca.
2117 static bool isIntegerWideningViableForSlice(const Slice &S,
2118                                             uint64_t AllocBeginOffset,
2119                                             Type *AllocaTy,
2120                                             const DataLayout &DL,
2121                                             bool &WholeAllocaOp) {
2122   uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(AllocaTy);
2123
2124   uint64_t RelBegin = S.beginOffset() - AllocBeginOffset;
2125   uint64_t RelEnd = S.endOffset() - AllocBeginOffset;
2126
2127   // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
2128   // the end of the aloca's type and into its padding.
2129   if (RelEnd > Size)
2130     return false;
2131
2132   Use *U = S.getUse();
2133
2134   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
2135     if (LI->isVolatile())
2136       return false;
2137     // Note that we don't count vector loads or stores as whole-alloca
2138     // operations which enable integer widening because we would prefer to use
2139     // vector widening instead.
2140     if (!isa<VectorType>(LI->getType()) && RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2141       WholeAllocaOp = true;
2142     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
2143       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
2144         return false;
2145     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2146                !canConvertValue(DL, AllocaTy, LI->getType())) {
2147       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
2148       // they are promotable.
2149       return false;
2150     }
2151   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
2152     Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
2153     if (SI->isVolatile())
2154       return false;
2155     // Note that we don't count vector loads or stores as whole-alloca
2156     // operations which enable integer widening because we would prefer to use
2157     // vector widening instead.
2158     if (!isa<VectorType>(ValueTy) && RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2159       WholeAllocaOp = true;
2160     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
2161       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
2162         return false;
2163     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2164                !canConvertValue(DL, ValueTy, AllocaTy)) {
2165       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
2166       // they are promotable.
2167       return false;
2168     }
2169   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
2170     if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
2171       return false;
2172     if (!S.isSplittable())
2173       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
2174   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
2175     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
2176         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
2177       return false;
2178   } else {
2179     return false;
2180   }
2181
2182   return true;
2183 }
2184
2185 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
2186 /// widened to promotable ones.
2187 ///
2188 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
2189 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
2190 /// promote the resulting alloca.
2191 static bool isIntegerWideningViable(AllocaSlices::Partition &P, Type *AllocaTy,
2192                                     const DataLayout &DL) {
2193   uint64_t SizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
2194   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
2195   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
2196     return false;
2197
2198   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
2199   if (SizeInBits != DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
2200     return false;
2201
2202   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
2203   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
2204   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
2205   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
2206   if (!canConvertValue(DL, AllocaTy, IntTy) ||
2207       !canConvertValue(DL, IntTy, AllocaTy))
2208     return false;
2209
2210   // While examining uses, we ensure that the alloca has a covering load or
2211   // store. We don't want to widen the integer operations only to fail to
2212   // promote due to some other unsplittable entry (which we may make splittable
2213   // later). However, if there are only splittable uses, go ahead and assume
2214   // that we cover the alloca.
2215   // FIXME: We shouldn't consider split slices that happen to start in the
2216   // partition here...
2217   bool WholeAllocaOp =
2218       P.begin() != P.end() ? false : DL.isLegalInteger(SizeInBits);
2219
2220   for (const Slice &S : P)
2221     if (!isIntegerWideningViableForSlice(S, P.beginOffset(), AllocaTy, DL,
2222                                          WholeAllocaOp))
2223       return false;
2224
2225   for (const Slice *S : P.splitSliceTails())
2226     if (!isIntegerWideningViableForSlice(*S, P.beginOffset(), AllocaTy, DL,
2227                                          WholeAllocaOp))
2228       return false;
2229
2230   return WholeAllocaOp;
2231 }
2232
2233 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
2234                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
2235                              const Twine &Name) {
2236   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
2237   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2238   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2239          "Element extends past full value");
2240   uint64_t ShAmt = 8 * Offset;
2241   if (DL.isBigEndian())
2242     ShAmt = 8 * (DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2243   if (ShAmt) {
2244     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
2245     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
2246   }
2247   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2248          "Cannot extract to a larger integer!");
2249   if (Ty != IntTy) {
2250     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
2251     DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
2252   }
2253   return V;
2254 }
2255
2256 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *Old,
2257                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
2258   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
2259   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
2260   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2261          "Cannot insert a larger integer!");
2262   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
2263   if (Ty != IntTy) {
2264     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
2265     DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
2266   }
2267   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2268          "Element store outside of alloca store");
2269   uint64_t ShAmt = 8 * Offset;
2270   if (DL.isBigEndian())
2271     ShAmt = 8 * (DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2272   if (ShAmt) {
2273     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
2274     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
2275   }
2276
2277   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
2278     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
2279     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
2280     DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
2281     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
2282     DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
2283   }
2284   return V;
2285 }
2286
2287 static Value *extractVector(IRBuilderTy &IRB, Value *V, unsigned BeginIndex,
2288                             unsigned EndIndex, const Twine &Name) {
2289   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
2290   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2291   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2292
2293   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
2294     return V;
2295
2296   if (NumElements == 1) {
2297     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
2298                                  Name + ".extract");
2299     DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
2300     return V;
2301   }
2302
2303   SmallVector<Constant *, 8> Mask;
2304   Mask.reserve(NumElements);
2305   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
2306     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
2307   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
2308                               ConstantVector::get(Mask), Name + ".extract");
2309   DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
2310   return V;
2311 }
2312
2313 static Value *insertVector(IRBuilderTy &IRB, Value *Old, Value *V,
2314                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
2315   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
2316   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
2317
2318   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
2319   if (!Ty) {
2320     // Single element to insert.
2321     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
2322                                 Name + ".insert");
2323     DEBUG(dbgs() << "     insert: " << *V << "\n");
2324     return V;
2325   }
2326
2327   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
2328          "Too many elements!");
2329   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
2330     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
2331     return V;
2332   }
2333   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
2334
2335   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
2336   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
2337   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
2338   // incoming vector.
2339   SmallVector<Constant *, 8> Mask;
2340   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
2341   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
2342     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
2343       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
2344     else
2345       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
2346   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
2347                               ConstantVector::get(Mask), Name + ".expand");
2348   DEBUG(dbgs() << "    shuffle: " << *V << "\n");
2349
2350   Mask.clear();
2351   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
2352     Mask.push_back(IRB.getInt1(i >= BeginIndex && i < EndIndex));
2353
2354   V = IRB.CreateSelect(ConstantVector::get(Mask), V, Old, Name + "blend");
2355
2356   DEBUG(dbgs() << "    blend: " << *V << "\n");
2357   return V;
2358 }
2359
2360 namespace {
2361 /// \brief Visitor to rewrite instructions using p particular slice of an alloca
2362 /// to use a new alloca.
2363 ///
2364 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
2365 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
2366 /// lives here.
2367 class AllocaSliceRewriter : public InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> {
2368   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2369   friend class llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
2370   typedef llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> Base;
2371
2372   const DataLayout &DL;
2373   AllocaSlices &AS;
2374   SROA &Pass;
2375   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2376   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2377   Type *NewAllocaTy;
2378
2379   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2380   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
2381   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
2382   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2383   IntegerType *IntTy;
2384
2385   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2386   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2387   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
2388   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2389   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2390   //     element.
2391   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2392   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2393   //     which are promotable via mem2reg.
2394   VectorType *VecTy;
2395   Type *ElementTy;
2396   uint64_t ElementSize;
2397
2398   // The original offset of the slice currently being rewritten relative to
2399   // the original alloca.
2400   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
2401   // The new offsets of the slice currently being rewritten relative to the
2402   // original alloca.
2403   uint64_t NewBeginOffset, NewEndOffset;
2404
2405   uint64_t SliceSize;
2406   bool IsSplittable;
2407   bool IsSplit;
2408   Use *OldUse;
2409   Instruction *OldPtr;
2410
2411   // Track post-rewrite users which are PHI nodes and Selects.
2412   SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers;
2413   SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers;
2414
2415   // Utility IR builder, whose name prefix is setup for each visited use, and
2416   // the insertion point is set to point to the user.
2417   IRBuilderTy IRB;
2418
2419 public:
2420   AllocaSliceRewriter(const DataLayout &DL, AllocaSlices &AS, SROA &Pass,
2421                       AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2422                       uint64_t NewAllocaBeginOffset,
2423                       uint64_t NewAllocaEndOffset, bool IsIntegerPromotable,
2424                       VectorType *PromotableVecTy,
2425                       SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers,
2426                       SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers)
2427       : DL(DL), AS(AS), Pass(Pass), OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2428         NewAllocaBeginOffset(NewAllocaBeginOffset),
2429         NewAllocaEndOffset(NewAllocaEndOffset),
2430         NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
2431         IntTy(IsIntegerPromotable
2432                   ? Type::getIntNTy(
2433                         NewAI.getContext(),
2434                         DL.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()))
2435                   : nullptr),
2436         VecTy(PromotableVecTy),
2437         ElementTy(VecTy ? VecTy->getElementType() : nullptr),
2438         ElementSize(VecTy ? DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8 : 0),
2439         BeginOffset(), EndOffset(), IsSplittable(), IsSplit(), OldUse(),
2440         OldPtr(), PHIUsers(PHIUsers), SelectUsers(SelectUsers),
2441         IRB(NewAI.getContext(), ConstantFolder()) {
2442     if (VecTy) {
2443       assert((DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) % 8) == 0 &&
2444              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2445       ++NumVectorized;
2446     }
2447     assert((!IntTy && !VecTy) || (IntTy && !VecTy) || (!IntTy && VecTy));
2448   }
2449
2450   bool visit(AllocaSlices::const_iterator I) {
2451     bool CanSROA = true;
2452     BeginOffset = I->beginOffset();
2453     EndOffset = I->endOffset();
2454     IsSplittable = I->isSplittable();
2455     IsSplit =
2456         BeginOffset < NewAllocaBeginOffset || EndOffset > NewAllocaEndOffset;
2457     DEBUG(dbgs() << "  rewriting " << (IsSplit ? "split " : ""));
2458     DEBUG(AS.printSlice(dbgs(), I, ""));
2459     DEBUG(dbgs() << "\n");
2460
2461     // Compute the intersecting offset range.
2462     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2463     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2464     NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2465     NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2466
2467     SliceSize = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2468
2469     OldUse = I->getUse();
2470     OldPtr = cast<Instruction>(OldUse->get());
2471
2472     Instruction *OldUserI = cast<Instruction>(OldUse->getUser());
2473     IRB.SetInsertPoint(OldUserI);
2474     IRB.SetCurrentDebugLocation(OldUserI->getDebugLoc());
2475     IRB.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) + ".");
2476
2477     CanSROA &= visit(cast<Instruction>(OldUse->getUser()));
2478     if (VecTy || IntTy)
2479       assert(CanSROA);
2480     return CanSROA;
2481   }
2482
2483 private:
2484   // Make sure the other visit overloads are visible.
2485   using Base::visit;
2486
2487   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2488   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2489     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2490     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2491   }
2492
2493   Value *getNewAllocaSlicePtr(IRBuilderTy &IRB, Type *PointerTy) {
2494     // Note that the offset computation can use BeginOffset or NewBeginOffset
2495     // interchangeably for unsplit slices.
2496     assert(IsSplit || BeginOffset == NewBeginOffset);
2497     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2498
2499 #ifndef NDEBUG
2500     StringRef OldName = OldPtr->getName();
2501     // Skip through the last '.sroa.' component of the name.
2502     size_t LastSROAPrefix = OldName.rfind(".sroa.");
2503     if (LastSROAPrefix != StringRef::npos) {
2504       OldName = OldName.substr(LastSROAPrefix + strlen(".sroa."));
2505       // Look for an SROA slice index.
2506       size_t IndexEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2507       if (IndexEnd != StringRef::npos && OldName[IndexEnd] == '.') {
2508         // Strip the index and look for the offset.
2509         OldName = OldName.substr(IndexEnd + 1);
2510         size_t OffsetEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2511         if (OffsetEnd != StringRef::npos && OldName[OffsetEnd] == '.')
2512           // Strip the offset.
2513           OldName = OldName.substr(OffsetEnd + 1);
2514       }
2515     }
2516     // Strip any SROA suffixes as well.
2517     OldName = OldName.substr(0, OldName.find(".sroa_"));
2518 #endif
2519
2520     return getAdjustedPtr(IRB, DL, &NewAI,
2521                           APInt(DL.getPointerSizeInBits(), Offset), PointerTy,
2522 #ifndef NDEBUG
2523                           Twine(OldName) + "."
2524 #else
2525                           Twine()
2526 #endif
2527                           );
2528   }
2529
2530   /// \brief Compute suitable alignment to access this slice of the *new*
2531   /// alloca.
2532   ///
2533   /// You can optionally pass a type to this routine and if that type's ABI
2534   /// alignment is itself suitable, this will return zero.
2535   unsigned getSliceAlign(Type *Ty = nullptr) {
2536     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2537     if (!NewAIAlign)
2538       NewAIAlign = DL.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2539     unsigned Align =
2540         MinAlign(NewAIAlign, NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2541     return (Ty && Align == DL.getABITypeAlignment(Ty)) ? 0 : Align;
2542   }
2543
2544   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
2545     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2546     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2547     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2548     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2549     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2550     return Index;
2551   }
2552
2553   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2554     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2555     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2556       Pass.DeadInsts.insert(I);
2557   }
2558
2559   Value *rewriteVectorizedLoadInst() {
2560     unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2561     unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2562     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2563
2564     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
2565     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2566   }
2567
2568   Value *rewriteIntegerLoad(LoadInst &LI) {
2569     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2570     assert(!LI.isVolatile());
2571     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
2572     V = convertValue(DL, IRB, V, IntTy);
2573     assert(NewBeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2574     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2575     if (Offset > 0 || NewEndOffset < NewAllocaEndOffset)
2576       V = extractInteger(DL, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2577                          "extract");
2578     return V;
2579   }
2580
2581   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2582     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2583     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2584     assert(OldOp == OldPtr);
2585
2586     Type *TargetTy = IsSplit ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), SliceSize * 8)
2587                              : LI.getType();
2588     bool IsPtrAdjusted = false;
2589     Value *V;
2590     if (VecTy) {
2591       V = rewriteVectorizedLoadInst();
2592     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2593       V = rewriteIntegerLoad(LI);
2594     } else if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2595                canConvertValue(DL, NewAllocaTy, LI.getType())) {
2596       V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), LI.isVolatile(),
2597                                 LI.getName());
2598     } else {
2599       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo();
2600       V = IRB.CreateAlignedLoad(getNewAllocaSlicePtr(IRB, LTy),
2601                                 getSliceAlign(TargetTy), LI.isVolatile(),
2602                                 LI.getName());
2603       IsPtrAdjusted = true;
2604     }
2605     V = convertValue(DL, IRB, V, TargetTy);
2606
2607     if (IsSplit) {
2608       assert(!LI.isVolatile());
2609       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2610              "Only integer type loads and stores are split");
2611       assert(SliceSize < DL.getTypeStoreSize(LI.getType()) &&
2612              "Split load isn't smaller than original load");
2613       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2614                  DL.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2615              "Non-byte-multiple bit width");
2616       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2617       IRB.SetInsertPoint(std::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2618       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2619       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2620       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2621       // LI only used for this computation.
2622       Value *Placeholder =
2623           new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo()));
2624       V = insertInteger(DL, IRB, Placeholder, V, NewBeginOffset - BeginOffset,
2625                         "insert");
2626       LI.replaceAllUsesWith(V);
2627       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2628       delete Placeholder;
2629     } else {
2630       LI.replaceAllUsesWith(V);
2631     }
2632
2633     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2634     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2635     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2636     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2637   }
2638
2639   bool rewriteVectorizedStoreInst(Value *V, StoreInst &SI, Value *OldOp) {
2640     if (V->getType() != VecTy) {
2641       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2642       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2643       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2644       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2645       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2646       Type *SliceTy = (NumElements == 1)
2647                           ? ElementTy
2648                           : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2649       if (V->getType() != SliceTy)
2650         V = convertValue(DL, IRB, V, SliceTy);
2651
2652       // Mix in the existing elements.
2653       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
2654       V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, "vec");
2655     }
2656     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2657     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2658
2659     (void)Store;
2660     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2661     return true;
2662   }
2663
2664   bool rewriteIntegerStore(Value *V, StoreInst &SI) {
2665     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2666     assert(!SI.isVolatile());
2667     if (DL.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2668       Value *Old =
2669           IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
2670       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2671       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2672       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2673       V = insertInteger(DL, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset, "insert");
2674     }
2675     V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2676     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2677     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2678     (void)Store;
2679     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2680     return true;
2681   }
2682
2683   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2684     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2685     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2686     assert(OldOp == OldPtr);
2687
2688     Value *V = SI.getValueOperand();
2689
2690     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2691     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2692     if (V->getType()->isPointerTy())
2693       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2694         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2695
2696     if (SliceSize < DL.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2697       assert(!SI.isVolatile());
2698       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2699              "Only integer type loads and stores are split");
2700       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2701                  DL.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2702              "Non-byte-multiple bit width");
2703       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), SliceSize * 8);
2704       V = extractInteger(DL, IRB, V, NarrowTy, NewBeginOffset - BeginOffset,
2705                          "extract");
2706     }
2707
2708     if (VecTy)
2709       return rewriteVectorizedStoreInst(V, SI, OldOp);
2710     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2711       return rewriteIntegerStore(V, SI);
2712
2713     StoreInst *NewSI;
2714     if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2715         NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2716         canConvertValue(DL, V->getType(), NewAllocaTy)) {
2717       V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2718       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2719                                      SI.isVolatile());
2720     } else {
2721       Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, V->getType()->getPointerTo());
2722       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, NewPtr, getSliceAlign(V->getType()),
2723                                      SI.isVolatile());
2724     }
2725     (void)NewSI;
2726     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2727     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2728
2729     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2730     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2731   }
2732
2733   /// \brief Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2734   /// number of bytes.
2735   ///
2736   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2737   /// call this routine.
2738   /// FIXME: Heed the advice above.
2739   ///
2740   /// \param V The i8 value to splat.
2741   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2742   Value *getIntegerSplat(Value *V, unsigned Size) {
2743     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2744     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2745     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2746     if (Size == 1)
2747       return V;
2748
2749     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size * 8);
2750     V = IRB.CreateMul(
2751         IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, "zext"),
2752         ConstantExpr::getUDiv(
2753             Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2754             ConstantExpr::getZExt(Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2755                                   SplatIntTy)),
2756         "isplat");
2757     return V;
2758   }
2759
2760   /// \brief Compute a vector splat for a given element value.
2761   Value *getVectorSplat(Value *V, unsigned NumElements) {
2762     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, "vsplat");
2763     DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2764     return V;
2765   }
2766
2767   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2768     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2769     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2770
2771     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2772     // pointer to the new alloca.
2773     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2774       assert(!IsSplit);
2775       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2776       II.setDest(getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()));
2777       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2778       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getSliceAlign()));
2779
2780       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2781       return false;
2782     }
2783
2784     // Record this instruction for deletion.
2785     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2786
2787     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2788     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2789
2790     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2791     // a single value type, just emit a memset.
2792     if (!VecTy && !IntTy &&
2793         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2794          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(AllocaTy) ||
2795          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2796          !DL.isLegalInteger(DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)) ||
2797          DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) % 8 != 0)) {
2798       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2799       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2800       CallInst *New = IRB.CreateMemSet(
2801           getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()), II.getValue(), Size,
2802           getSliceAlign(), II.isVolatile());
2803       (void)New;
2804       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2805       return false;
2806     }
2807
2808     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2809     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2810     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2811     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2812     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2813     Value *V;
2814
2815     if (VecTy) {
2816       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2817       assert(ElementTy == ScalarTy);
2818
2819       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2820       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2821       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2822       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2823       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2824
2825       Value *Splat =
2826           getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8);
2827       Splat = convertValue(DL, IRB, Splat, ElementTy);
2828       if (NumElements > 1)
2829         Splat = getVectorSplat(Splat, NumElements);
2830
2831       Value *Old =
2832           IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
2833       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, "vec");
2834     } else if (IntTy) {
2835       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2836       // set integer.
2837       assert(!II.isVolatile());
2838
2839       uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2840       V = getIntegerSplat(II.getValue(), Size);
2841
2842       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2843                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2844         Value *Old =
2845             IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
2846         Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2847         uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2848         V = insertInteger(DL, IRB, Old, V, Offset, "insert");
2849       } else {
2850         assert(V->getType() == IntTy &&
2851                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2852       }
2853       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2854     } else {
2855       // Established these invariants above.
2856       assert(NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2857       assert(NewEndOffset == NewAllocaEndOffset);
2858
2859       V = getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) / 8);
2860       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2861         V = getVectorSplat(V, AllocaVecTy->getNumElements());
2862
2863       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2864     }
2865
2866     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2867                                         II.isVolatile());
2868     (void)New;
2869     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2870     return !II.isVolatile();
2871   }
2872
2873   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2874     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2875     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2876
2877     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2878
2879     bool IsDest = &II.getRawDestUse() == OldUse;
2880     assert((IsDest && II.getRawDest() == OldPtr) ||
2881            (!IsDest && II.getRawSource() == OldPtr));
2882
2883     unsigned SliceAlign = getSliceAlign();
2884
2885     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2886     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2887     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2888     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2889     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2890     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2891     // update both source and dest of a single call.
2892     if (!IsSplittable) {
2893       Value *AdjustedPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2894       if (IsDest)
2895         II.setDest(AdjustedPtr);
2896       else
2897         II.setSource(AdjustedPtr);
2898
2899       if (II.getAlignment() > SliceAlign) {
2900         Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2901         II.setAlignment(
2902             ConstantInt::get(CstTy, MinAlign(II.getAlignment(), SliceAlign)));
2903       }
2904
2905       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2906       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2907       return false;
2908     }
2909     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2910     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2911     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2912     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2913     // downsides to splitting and transforming the operations.
2914
2915     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2916     // a single value type, just emit a memcpy.
2917     bool EmitMemCpy =
2918         !VecTy && !IntTy &&
2919         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2920          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(NewAI.getAllocatedType()) ||
2921          !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2922
2923     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2924     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2925     // a no-op.
2926     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2927       // Ensure the start lines up.
2928       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2929
2930       // Rewrite the size as needed.
2931       if (NewEndOffset != EndOffset)
2932         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2933                                       NewEndOffset - NewBeginOffset));
2934       return false;
2935     }
2936     // Record this instruction for deletion.
2937     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2938
2939     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2940     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2941     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2942     if (AllocaInst *AI =
2943             dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets())) {
2944       assert(AI != &OldAI && AI != &NewAI &&
2945              "Splittable transfers cannot reach the same alloca on both ends.");
2946       Pass.Worklist.insert(AI);
2947     }
2948
2949     Type *OtherPtrTy = OtherPtr->getType();
2950     unsigned OtherAS = OtherPtrTy->getPointerAddressSpace();
2951
2952     // Compute the relative offset for the other pointer within the transfer.
2953     unsigned IntPtrWidth = DL.getPointerSizeInBits(OtherAS);
2954     APInt OtherOffset(IntPtrWidth, NewBeginOffset - BeginOffset);
2955     unsigned OtherAlign = MinAlign(II.getAlignment() ? II.getAlignment() : 1,
2956                                    OtherOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue());
2957
2958     if (EmitMemCpy) {
2959       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2960       // a single, simple GEP in most cases.
2961       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2962                                 OtherPtr->getName() + ".");
2963
2964       Value *OurPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2965       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2966       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2967
2968       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(
2969           IsDest ? OurPtr : OtherPtr, IsDest ? OtherPtr : OurPtr, Size,
2970           MinAlign(SliceAlign, OtherAlign), II.isVolatile());
2971       (void)New;
2972       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2973       return false;
2974     }
2975
2976     bool IsWholeAlloca = NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2977                          NewEndOffset == NewAllocaEndOffset;
2978     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2979     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(NewBeginOffset) : 0;
2980     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(NewEndOffset) : 0;
2981     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2982     IntegerType *SubIntTy =
2983         IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size * 8) : nullptr;
2984
2985     // Reset the other pointer type to match the register type we're going to
2986     // use, but using the address space of the original other pointer.
2987     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
2988       if (NumElements == 1)
2989         OtherPtrTy = VecTy->getElementType();
2990       else
2991         OtherPtrTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
2992
2993       OtherPtrTy = OtherPtrTy->getPointerTo(OtherAS);
2994     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
2995       OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo(OtherAS);
2996     } else {
2997       OtherPtrTy = NewAllocaTy->getPointerTo(OtherAS);
2998     }
2999
3000     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
3001                                    OtherPtr->getName() + ".");
3002     unsigned SrcAlign = OtherAlign;
3003     Value *DstPtr = &NewAI;
3004     unsigned DstAlign = SliceAlign;
3005     if (!IsDest) {
3006       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
3007       std::swap(SrcAlign, DstAlign);
3008     }
3009
3010     Value *Src;
3011     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
3012       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
3013       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, "vec");
3014     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
3015       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
3016       Src = convertValue(DL, IRB, Src, IntTy);
3017       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
3018       Src = extractInteger(DL, IRB, Src, SubIntTy, Offset, "extract");
3019     } else {
3020       Src =
3021           IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, SrcAlign, II.isVolatile(), "copyload");
3022     }
3023
3024     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
3025       Value *Old =
3026           IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
3027       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, "vec");
3028     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
3029       Value *Old =
3030           IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
3031       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
3032       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
3033       Src = insertInteger(DL, IRB, Old, Src, Offset, "insert");
3034       Src = convertValue(DL, IRB, Src, NewAllocaTy);
3035     }
3036
3037     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
3038         IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, DstAlign, II.isVolatile()));
3039     (void)Store;
3040     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
3041     return !II.isVolatile();
3042   }
3043
3044   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
3045     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3046            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3047     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
3048     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
3049
3050     // Record this instruction for deletion.
3051     Pass.DeadInsts.insert(&II);
3052
3053     ConstantInt *Size =
3054         ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
3055                          NewEndOffset - NewBeginOffset);
3056     Value *Ptr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
3057     Value *New;
3058     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
3059       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
3060     else
3061       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
3062
3063     (void)New;
3064     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
3065     return true;
3066   }
3067
3068   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
3069     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
3070     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "PHIs are unsplittable");
3071     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "PHIs are unsplittable");
3072
3073     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
3074     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
3075     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
3076     // dominate the PHI.
3077     IRBuilderTy PtrBuilder(IRB);
3078     if (isa<PHINode>(OldPtr))
3079       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr->getParent()->getFirstInsertionPt());
3080     else
3081       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr);
3082     PtrBuilder.SetCurrentDebugLocation(OldPtr->getDebugLoc());
3083
3084     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
3085     // Replace the operands which were using the old pointer.
3086     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
3087
3088     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
3089     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
3090
3091     // PHIs can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
3092     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
3093     // fully-rewritten alloca.
3094     PHIUsers.insert(&PN);
3095     return true;
3096   }
3097
3098   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
3099     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
3100     assert((SI.getTrueValue() == OldPtr || SI.getFalseValue() == OldPtr) &&
3101            "Pointer isn't an operand!");
3102     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Selects are unsplittable");
3103     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "Selects are unsplittable");
3104
3105     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
3106     // Replace the operands which were using the old pointer.
3107     if (SI.getOperand(1) == OldPtr)
3108       SI.setOperand(1, NewPtr);
3109     if (SI.getOperand(2) == OldPtr)
3110       SI.setOperand(2, NewPtr);
3111
3112     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
3113     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
3114
3115     // Selects can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
3116     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
3117     // fully-rewritten alloca.
3118     SelectUsers.insert(&SI);
3119     return true;
3120   }
3121 };
3122 }
3123
3124 namespace {
3125 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
3126 ///
3127 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
3128 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
3129 /// with scalar loads and stores.
3130 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
3131   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
3132   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
3133
3134   const DataLayout &DL;
3135
3136   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
3137   SmallVector<Use *, 8> Queue;
3138
3139   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
3140   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
3141
3142   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
3143   /// value (as opposed to the user).
3144   Use *U;
3145
3146 public:
3147   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
3148
3149   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
3150   /// it.
3151   bool rewrite(Instruction &I) {
3152     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
3153     enqueueUsers(I);
3154     bool Changed = false;
3155     while (!Queue.empty()) {
3156       U = Queue.pop_back_val();
3157       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
3158     }
3159     return Changed;
3160   }
3161
3162 private:
3163   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
3164   /// This uses a set to de-duplicate users.
3165   void enqueueUsers(Instruction &I) {
3166     for (Use &U : I.uses())
3167       if (Visited.insert(U.getUser()).second)
3168         Queue.push_back(&U);
3169   }
3170
3171   // Conservative default is to not rewrite anything.
3172   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
3173
3174   /// \brief Generic recursive split emission class.
3175   template <typename Derived> class OpSplitter {
3176   protected:
3177     /// The builder used to form new instructions.
3178     IRBuilderTy IRB;
3179     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
3180     /// appropriate value within the aggregate.
3181     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
3182     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
3183     /// within the aggregate.
3184     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
3185     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
3186     /// split operations.
3187     Value *Ptr;
3188
3189     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
3190     /// single zero GEP index.
3191     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3192         : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
3193
3194   public:
3195     /// \brief Generic recursive split emission routine.
3196     ///
3197     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
3198     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
3199     /// and emits that single value operation via the template argument.
3200     ///
3201     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
3202     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
3203     /// formatted differently (GEPs need actual values).
3204     ///
3205     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
3206     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
3207     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
3208     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3209       if (Ty->isSingleValueType())
3210         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
3211
3212       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3213         unsigned OldSize = Indices.size();
3214         (void)OldSize;
3215         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
3216              ++Idx) {
3217           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3218           Indices.push_back(Idx);
3219           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3220           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3221           GEPIndices.pop_back();
3222           Indices.pop_back();
3223         }
3224         return;
3225       }
3226
3227       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3228         unsigned OldSize = Indices.size();
3229         (void)OldSize;
3230         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
3231              ++Idx) {
3232           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3233           Indices.push_back(Idx);
3234           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3235           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3236           GEPIndices.pop_back();
3237           Indices.pop_back();
3238         }
3239         return;
3240       }
3241
3242       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
3243     }
3244   };
3245
3246   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
3247     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3248         : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
3249
3250     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
3251     /// recursive emission to actually load values.
3252     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3253       assert(Ty->isSingleValueType());
3254       // Load the single value and insert it using the indices.
3255       Value *GEP =
3256           IRB.CreateInBoundsGEP(nullptr, Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
3257       Value *Load = IRB.CreateLoad(GEP, Name + ".load");
3258       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
3259       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
3260     }
3261   };
3262
3263   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
3264     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
3265     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
3266       return false;
3267
3268     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
3269     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
3270     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
3271     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
3272     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
3273     LI.replaceAllUsesWith(V);
3274     LI.eraseFromParent();
3275     return true;
3276   }
3277
3278   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
3279     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3280         : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
3281
3282     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
3283     /// recursive emission to actually produce stores.
3284     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3285       assert(Ty->isSingleValueType());
3286       // Extract the single value and store it using the indices.
3287       Value *Store = IRB.CreateStore(
3288           IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
3289           IRB.CreateInBoundsGEP(nullptr, Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
3290       (void)Store;
3291       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
3292     }
3293   };
3294
3295   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
3296     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
3297       return false;
3298     Value *V = SI.getValueOperand();
3299     if (V->getType()->isSingleValueType())
3300       return false;
3301
3302     // We have an aggregate being stored, split it apart.
3303     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
3304     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
3305     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
3306     SI.eraseFromParent();
3307     return true;
3308   }
3309
3310   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
3311     enqueueUsers(BC);
3312     return false;
3313   }
3314
3315   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
3316     enqueueUsers(GEPI);
3317     return false;
3318   }
3319
3320   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
3321     enqueueUsers(PN);
3322     return false;
3323   }
3324
3325   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
3326     enqueueUsers(SI);
3327     return false;
3328   }
3329 };
3330 }
3331
3332 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
3333 ///
3334 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
3335 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
3336 /// size or the allocated size.
3337 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
3338   if (Ty->isSingleValueType())
3339     return Ty;
3340
3341   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
3342   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
3343
3344   Type *InnerTy;
3345   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3346     InnerTy = ArrTy->getElementType();
3347   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3348     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3349     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
3350     InnerTy = STy->getElementType(Index);
3351   } else {
3352     return Ty;
3353   }
3354
3355   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
3356       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
3357     return Ty;
3358
3359   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
3360 }
3361
3362 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
3363 /// offset and size.
3364 ///
3365 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
3366 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
3367 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
3368 /// and the same for structs.
3369 ///
3370 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
3371 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
3372 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
3373 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
3374 /// return a type if necessary.
3375 static Type *getTypePartition(const DataLayout &DL, Type *Ty, uint64_t Offset,
3376                               uint64_t Size) {
3377   if (Offset == 0 && DL.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
3378     return stripAggregateTypeWrapping(DL, Ty);
3379   if (Offset > DL.getTypeAllocSize(Ty) ||
3380       (DL.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
3381     return nullptr;
3382
3383   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
3384     // We can't partition pointers...
3385     if (SeqTy->isPointerTy())
3386       return nullptr;
3387
3388     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
3389     uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3390     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
3391     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy)) {
3392       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
3393         return nullptr;
3394     } else if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy)) {
3395       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
3396         return nullptr;
3397     }
3398     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3399
3400     // First check if we need to recurse.
3401     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3402       // Bail if the partition ends in a different array element.
3403       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3404         return nullptr;
3405       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3406       return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3407     }
3408     assert(Offset == 0);
3409
3410     if (Size == ElementSize)
3411       return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3412     assert(Size > ElementSize);
3413     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3414     if (NumElements * ElementSize != Size)
3415       return nullptr;
3416     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3417   }
3418
3419   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3420   if (!STy)
3421     return nullptr;
3422
3423   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3424   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3425     return nullptr;
3426   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3427   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3428     return nullptr;
3429
3430   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3431   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3432
3433   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3434   uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3435   if (Offset >= ElementSize)
3436     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
3437
3438   // See if any partition must be contained by the element.
3439   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3440     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3441       return nullptr;
3442     return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3443   }
3444   assert(Offset == 0);
3445
3446   if (Size == ElementSize)
3447     return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3448
3449   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3450                                EE = STy->element_end();
3451   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3452     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3453     if (Index == EndIndex)
3454       return nullptr; // Within a single element and its padding.
3455
3456     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3457     // expected size.
3458     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3459     // sub-struct to find a natural end point.
3460     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3461       return nullptr;
3462
3463     assert(Index < EndIndex);
3464     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3465   }
3466
3467   // Try to build up a sub-structure.
3468   StructType *SubTy =
3469       StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE), STy->isPacked());
3470   const StructLayout *SubSL = DL.getStructLayout(SubTy);
3471   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3472     return nullptr; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3473
3474   return SubTy;
3475 }
3476
3477 /// \brief Pre-split loads and stores to simplify rewriting.
3478 ///
3479 /// We want to break up the splittable load+store pairs as much as
3480 /// possible. This is important to do as a preprocessing step, as once we
3481 /// start rewriting the accesses to partitions of the alloca we lose the
3482 /// necessary information to correctly split apart paired loads and stores
3483 /// which both point into this alloca. The case to consider is something like
3484 /// the following:
3485 ///
3486 ///   %a = alloca [12 x i8]
3487 ///   %gep1 = getelementptr [12 x i8]* %a, i32 0, i32 0
3488 ///   %gep2 = getelementptr [12 x i8]* %a, i32 0, i32 4
3489 ///   %gep3 = getelementptr [12 x i8]* %a, i32 0, i32 8
3490 ///   %iptr1 = bitcast i8* %gep1 to i64*
3491 ///   %iptr2 = bitcast i8* %gep2 to i64*
3492 ///   %fptr1 = bitcast i8* %gep1 to float*
3493 ///   %fptr2 = bitcast i8* %gep2 to float*
3494 ///   %fptr3 = bitcast i8* %gep3 to float*
3495 ///   store float 0.0, float* %fptr1
3496 ///   store float 1.0, float* %fptr2
3497 ///   %v = load i64* %iptr1
3498 ///   store i64 %v, i64* %iptr2
3499 ///   %f1 = load float* %fptr2
3500 ///   %f2 = load float* %fptr3
3501 ///
3502 /// Here we want to form 3 partitions of the alloca, each 4 bytes large, and
3503 /// promote everything so we recover the 2 SSA values that should have been
3504 /// there all along.
3505 ///
3506 /// \returns true if any changes are made.
3507 bool SROA::presplitLoadsAndStores(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS) {
3508   DEBUG(dbgs() << "Pre-splitting loads and stores\n");
3509
3510   // Track the loads and stores which are candidates for pre-splitting here, in
3511   // the order they first appear during the partition scan. These give stable
3512   // iteration order and a basis for tracking which loads and stores we
3513   // actually split.
3514   SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
3515   SmallVector<StoreInst *, 4> Stores;
3516
3517   // We need to accumulate the splits required of each load or store where we
3518   // can find them via a direct lookup. This is important to cross-check loads
3519   // and stores against each other. We also track the slice so that we can kill
3520   // all the slices that end up split.
3521   struct SplitOffsets {
3522     Slice *S;
3523     std::vector<uint64_t> Splits;
3524   };
3525   SmallDenseMap<Instruction *, SplitOffsets, 8> SplitOffsetsMap;
3526
3527   // Track loads out of this alloca which cannot, for any reason, be pre-split.
3528   // This is important as we also cannot pre-split stores of those loads!
3529   // FIXME: This is all pretty gross. It means that we can be more aggressive
3530   // in pre-splitting when the load feeding the store happens to come from
3531   // a separate alloca. Put another way, the effectiveness of SROA would be
3532   // decreased by a frontend which just concatenated all of its local allocas
3533   // into one big flat alloca. But defeating such patterns is exactly the job
3534   // SROA is tasked with! Sadly, to not have this discrepancy we would have
3535   // change store pre-splitting to actually force pre-splitting of the load
3536   // that feeds it *and all stores*. That makes pre-splitting much harder, but
3537   // maybe it would make it more principled?
3538   SmallPtrSet<LoadInst *, 8> UnsplittableLoads;
3539
3540   DEBUG(dbgs() << "  Searching for candidate loads and stores\n");
3541   for (auto &P : AS.partitions()) {
3542     for (Slice &S : P) {
3543       Instruction *I = cast<Instruction>(S.getUse()->getUser());
3544       if (!S.isSplittable() ||S.endOffset() <= P.endOffset()) {
3545         // If this was a load we have to track that it can't participate in any
3546         // pre-splitting!
3547         if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
3548           UnsplittableLoads.insert(LI);
3549         continue;
3550       }
3551       assert(P.endOffset() > S.beginOffset() &&
3552              "Empty or backwards partition!");
3553
3554       // Determine if this is a pre-splittable slice.
3555       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3556         assert(!LI->isVolatile() && "Cannot split volatile loads!");
3557
3558         // The load must be used exclusively to store into other pointers for
3559         // us to be able to arbitrarily pre-split it. The stores must also be
3560         // simple to avoid changing semantics.
3561         auto IsLoadSimplyStored = [](LoadInst *LI) {
3562           for (User *LU : LI->users()) {
3563             auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(LU);
3564             if (!SI || !SI->isSimple())
3565               return false;
3566           }
3567           return true;
3568         };
3569         if (!IsLoadSimplyStored(LI)) {
3570           UnsplittableLoads.insert(LI);
3571           continue;
3572         }
3573
3574         Loads.push_back(LI);
3575       } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(S.getUse()->getUser())) {
3576         if (!SI ||
3577             S.getUse() != &SI->getOperandUse(SI->getPointerOperandIndex()))
3578           continue;
3579         auto *StoredLoad = dyn_cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3580         if (!StoredLoad || !StoredLoad->isSimple())
3581           continue;
3582         assert(!SI->isVolatile() && "Cannot split volatile stores!");
3583
3584         Stores.push_back(SI);
3585       } else {
3586         // Other uses cannot be pre-split.
3587         continue;
3588       }
3589
3590       // Record the initial split.
3591       DEBUG(dbgs() << "    Candidate: " << *I << "\n");
3592       auto &Offsets = SplitOffsetsMap[I];
3593       assert(Offsets.Splits.empty() &&
3594              "Should not have splits the first time we see an instruction!");
3595       Offsets.S = &S;
3596       Offsets.Splits.push_back(P.endOffset() - S.beginOffset());
3597     }
3598
3599     // Now scan the already split slices, and add a split for any of them which
3600     // we're going to pre-split.
3601     for (Slice *S : P.splitSliceTails()) {
3602       auto SplitOffsetsMapI =
3603           SplitOffsetsMap.find(cast<Instruction>(S->getUse()->getUser()));
3604       if (SplitOffsetsMapI == SplitOffsetsMap.end())
3605         continue;
3606       auto &Offsets = SplitOffsetsMapI->second;
3607
3608       assert(Offsets.S == S && "Found a mismatched slice!");
3609       assert(!Offsets.Splits.empty() &&
3610              "Cannot have an empty set of splits on the second partition!");
3611       assert(Offsets.Splits.back() ==
3612                  P.beginOffset() - Offsets.S->beginOffset() &&
3613              "Previous split does not end where this one begins!");
3614
3615       // Record each split. The last partition's end isn't needed as the size
3616       // of the slice dictates that.
3617       if (S->endOffset() > P.endOffset())
3618         Offsets.Splits.push_back(P.endOffset() - Offsets.S->beginOffset());
3619     }
3620   }
3621
3622   // We may have split loads where some of their stores are split stores. For
3623   // such loads and stores, we can only pre-split them if their splits exactly
3624   // match relative to their starting offset. We have to verify this prior to
3625   // any rewriting.
3626   Stores.erase(
3627       std::remove_if(Stores.begin(), Stores.end(),
3628                      [&UnsplittableLoads, &SplitOffsetsMap](StoreInst *SI) {
3629                        // Lookup the load we are storing in our map of split
3630                        // offsets.
3631                        auto *LI = cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3632                        // If it was completely unsplittable, then we're done,
3633                        // and this store can't be pre-split.
3634                        if (UnsplittableLoads.count(LI))
3635                          return true;
3636
3637                        auto LoadOffsetsI = SplitOffsetsMap.find(LI);
3638                        if (LoadOffsetsI == SplitOffsetsMap.end())
3639                          return false; // Unrelated loads are definitely safe.
3640                        auto &LoadOffsets = LoadOffsetsI->second;
3641
3642                        // Now lookup the store's offsets.
3643                        auto &StoreOffsets = SplitOffsetsMap[SI];
3644
3645                        // If the relative offsets of each split in the load and
3646                        // store match exactly, then we can split them and we
3647                        // don't need to remove them here.
3648                        if (LoadOffsets.Splits == StoreOffsets.Splits)
3649                          return false;
3650
3651                        DEBUG(dbgs()
3652                              << "    Mismatched splits for load and store:\n"
3653                              << "      " << *LI << "\n"
3654                              << "      " << *SI << "\n");
3655
3656                        // We've found a store and load that we need to split
3657                        // with mismatched relative splits. Just give up on them
3658                        // and remove both instructions from our list of
3659                        // candidates.
3660                        UnsplittableLoads.insert(LI);
3661                        return true;
3662                      }),
3663       Stores.end());
3664   // Now we have to go *back* through all te stores, because a later store may
3665   // have caused an earlier store's load to become unsplittable and if it is
3666   // unsplittable for the later store, then we can't rely on it being split in
3667   // the earlier store either.
3668   Stores.erase(std::remove_if(Stores.begin(), Stores.end(),
3669                               [&UnsplittableLoads](StoreInst *SI) {
3670                                 auto *LI =
3671                                     cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3672                                 return UnsplittableLoads.count(LI);
3673                               }),
3674                Stores.end());
3675   // Once we've established all the loads that can't be split for some reason,
3676   // filter any that made it into our list out.
3677   Loads.erase(std::remove_if(Loads.begin(), Loads.end(),
3678                              [&UnsplittableLoads](LoadInst *LI) {
3679                                return UnsplittableLoads.count(LI);
3680                              }),
3681               Loads.end());
3682
3683
3684   // If no loads or stores are left, there is no pre-splitting to be done for
3685   // this alloca.
3686   if (Loads.empty() && Stores.empty())
3687     return false;
3688
3689   // From here on, we can't fail and will be building new accesses, so rig up
3690   // an IR builder.
3691   IRBuilderTy IRB(&AI);
3692
3693   // Collect the new slices which we will merge into the alloca slices.
3694   SmallVector<Slice, 4> NewSlices;
3695
3696   // Track any allocas we end up splitting loads and stores for so we iterate
3697   // on them.
3698   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> ResplitPromotableAllocas;
3699
3700   // At this point, we have collected all of the loads and stores we can
3701   // pre-split, and the specific splits needed for them. We actually do the
3702   // splitting in a specific order in order to handle when one of the loads in
3703   // the value operand to one of the stores.
3704   //
3705   // First, we rewrite all of the split loads, and just accumulate each split
3706   // load in a parallel structure. We also build the slices for them and append
3707   // them to the alloca slices.
3708   SmallDenseMap<LoadInst *, std::vector<LoadInst *>, 1> SplitLoadsMap;
3709   std::vector<LoadInst *> SplitLoads;
3710   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
3711   for (LoadInst *LI : Loads) {
3712     SplitLoads.clear();
3713
3714     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(LI->getType());
3715     uint64_t LoadSize = Ty->getBitWidth() / 8;
3716     assert(LoadSize > 0 && "Cannot have a zero-sized integer load!");
3717
3718     auto &Offsets = SplitOffsetsMap[LI];
3719     assert(LoadSize == Offsets.S->endOffset() - Offsets.S->beginOffset() &&
3720            "Slice size should always match load size exactly!");
3721     uint64_t BaseOffset = Offsets.S->beginOffset();
3722     assert(BaseOffset + LoadSize > BaseOffset &&
3723            "Cannot represent alloca access size using 64-bit integers!");
3724
3725     Instruction *BasePtr = cast<Instruction>(LI->getPointerOperand());
3726     IRB.SetInsertPoint(BasicBlock::iterator(LI));
3727
3728     DEBUG(dbgs() << "  Splitting load: " << *LI << "\n");
3729
3730     uint64_t PartOffset = 0, PartSize = Offsets.Splits.front();
3731     int Idx = 0, Size = Offsets.Splits.size();
3732     for (;;) {
3733       auto *PartTy = Type::getIntNTy(Ty->getContext(), PartSize * 8);
3734       auto *PartPtrTy = PartTy->getPointerTo(LI->getPointerAddressSpace());
3735       LoadInst *PLoad = IRB.CreateAlignedLoad(
3736           getAdjustedPtr(IRB, DL, BasePtr,
3737                          APInt(DL.getPointerSizeInBits(), PartOffset),
3738                          PartPtrTy, BasePtr->getName() + "."),
3739           getAdjustedAlignment(LI, PartOffset, DL), /*IsVolatile*/ false,
3740           LI->getName());
3741
3742       // Append this load onto the list of split loads so we can find it later
3743       // to rewrite the stores.
3744       SplitLoads.push_back(PLoad);
3745
3746       // Now build a new slice for the alloca.
3747       NewSlices.push_back(
3748           Slice(BaseOffset + PartOffset, BaseOffset + PartOffset + PartSize,
3749                 &PLoad->getOperandUse(PLoad->getPointerOperandIndex()),
3750                 /*IsSplittable*/ false));
3751       DEBUG(dbgs() << "    new slice [" << NewSlices.back().beginOffset()
3752                    << ", " << NewSlices.back().endOffset() << "): " << *PLoad
3753                    << "\n");
3754
3755       // See if we've handled all the splits.
3756       if (Idx >= Size)
3757         break;
3758
3759       // Setup the next partition.
3760       PartOffset = Offsets.Splits[Idx];
3761       ++Idx;
3762       PartSize = (Idx < Size ? Offsets.Splits[Idx] : LoadSize) - PartOffset;
3763     }
3764
3765     // Now that we have the split loads, do the slow walk over all uses of the
3766     // load and rewrite them as split stores, or save the split loads to use
3767     // below if the store is going to be split there anyways.
3768     bool DeferredStores = false;
3769     for (User *LU : LI->users()) {
3770       StoreInst *SI = cast<StoreInst>(LU);
3771       if (!Stores.empty() && SplitOffsetsMap.count(SI)) {
3772         DeferredStores = true;
3773         DEBUG(dbgs() << "    Deferred splitting of store: " << *SI << "\n");
3774         continue;
3775       }
3776
3777       Value *StoreBasePtr = SI->getPointerOperand();
3778       IRB.SetInsertPoint(BasicBlock::iterator(SI));
3779
3780       DEBUG(dbgs() << "    Splitting store of load: " << *SI << "\n");
3781
3782       for (int Idx = 0, Size = SplitLoads.size(); Idx < Size; ++Idx) {
3783         LoadInst *PLoad = SplitLoads[Idx];
3784         uint64_t PartOffset = Idx == 0 ? 0 : Offsets.Splits[Idx - 1];
3785         auto *PartPtrTy =
3786             PLoad->getType()->getPointerTo(SI->getPointerAddressSpace());
3787
3788         StoreInst *PStore = IRB.CreateAlignedStore(
3789             PLoad, getAdjustedPtr(IRB, DL, StoreBasePtr,
3790                                   APInt(DL.getPointerSizeInBits(), PartOffset),
3791                                   PartPtrTy, StoreBasePtr->getName() + "."),
3792             getAdjustedAlignment(SI, PartOffset, DL), /*IsVolatile*/ false);
3793         (void)PStore;
3794         DEBUG(dbgs() << "      +" << PartOffset << ":" << *PStore << "\n");
3795       }
3796
3797       // We want to immediately iterate on any allocas impacted by splitting
3798       // this store, and we have to track any promotable alloca (indicated by
3799       // a direct store) as needing to be resplit because it is no longer
3800       // promotable.
3801       if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(StoreBasePtr)) {
3802         ResplitPromotableAllocas.insert(OtherAI);
3803         Worklist.insert(OtherAI);
3804       } else if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(
3805                      StoreBasePtr->stripInBoundsOffsets())) {
3806         Worklist.insert(OtherAI);
3807       }
3808
3809       // Mark the original store as dead.
3810       DeadInsts.insert(SI);
3811     }
3812
3813     // Save the split loads if there are deferred stores among the users.
3814     if (DeferredStores)
3815       SplitLoadsMap.insert(std::make_pair(LI, std::move(SplitLoads)));
3816
3817     // Mark the original load as dead and kill the original slice.
3818     DeadInsts.insert(LI);
3819     Offsets.S->kill();
3820   }
3821
3822   // Second, we rewrite all of the split stores. At this point, we know that
3823   // all loads from this alloca have been split already. For stores of such
3824   // loads, we can simply look up the pre-existing split loads. For stores of
3825   // other loads, we split those loads first and then write split stores of
3826   // them.
3827   for (StoreInst *SI : Stores) {
3828     auto *LI = cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3829     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(LI->getType());
3830     uint64_t StoreSize = Ty->getBitWidth() / 8;
3831     assert(StoreSize > 0 && "Cannot have a zero-sized integer store!");
3832
3833     auto &Offsets = SplitOffsetsMap[SI];
3834     assert(StoreSize == Offsets.S->endOffset() - Offsets.S->beginOffset() &&
3835            "Slice size should always match load size exactly!");
3836     uint64_t BaseOffset = Offsets.S->beginOffset();
3837     assert(BaseOffset + StoreSize > BaseOffset &&
3838            "Cannot represent alloca access size using 64-bit integers!");
3839
3840     Value *LoadBasePtr = LI->getPointerOperand();
3841     Instruction *StoreBasePtr = cast<Instruction>(SI->getPointerOperand());
3842
3843     DEBUG(dbgs() << "  Splitting store: " << *SI << "\n");
3844
3845     // Check whether we have an already split load.
3846     auto SplitLoadsMapI = SplitLoadsMap.find(LI);
3847     std::vector<LoadInst *> *SplitLoads = nullptr;
3848     if (SplitLoadsMapI != SplitLoadsMap.end()) {
3849       SplitLoads = &SplitLoadsMapI->second;
3850       assert(SplitLoads->size() == Offsets.Splits.size() + 1 &&
3851              "Too few split loads for the number of splits in the store!");
3852     } else {
3853       DEBUG(dbgs() << "          of load: " << *LI << "\n");
3854     }
3855
3856     uint64_t PartOffset = 0, PartSize = Offsets.Splits.front();
3857     int Idx = 0, Size = Offsets.Splits.size();
3858     for (;;) {
3859       auto *PartTy = Type::getIntNTy(Ty->getContext(), PartSize * 8);
3860       auto *PartPtrTy = PartTy->getPointerTo(SI->getPointerAddressSpace());
3861
3862       // Either lookup a split load or create one.
3863       LoadInst *PLoad;
3864       if (SplitLoads) {
3865         PLoad = (*SplitLoads)[Idx];
3866       } else {
3867         IRB.SetInsertPoint(BasicBlock::iterator(LI));
3868         PLoad = IRB.CreateAlignedLoad(
3869             getAdjustedPtr(IRB, DL, LoadBasePtr,
3870                            APInt(DL.getPointerSizeInBits(), PartOffset),
3871                            PartPtrTy, LoadBasePtr->getName() + "."),
3872             getAdjustedAlignment(LI, PartOffset, DL), /*IsVolatile*/ false,
3873             LI->getName());
3874       }
3875
3876       // And store this partition.
3877       IRB.SetInsertPoint(BasicBlock::iterator(SI));
3878       StoreInst *PStore = IRB.CreateAlignedStore(
3879           PLoad, getAdjustedPtr(IRB, DL, StoreBasePtr,
3880                                 APInt(DL.getPointerSizeInBits(), PartOffset),
3881                                 PartPtrTy, StoreBasePtr->getName() + "."),
3882           getAdjustedAlignment(SI, PartOffset, DL), /*IsVolatile*/ false);
3883
3884       // Now build a new slice for the alloca.
3885       NewSlices.push_back(
3886           Slice(BaseOffset + PartOffset, BaseOffset + PartOffset + PartSize,
3887                 &PStore->getOperandUse(PStore->getPointerOperandIndex()),
3888                 /*IsSplittable*/ false));
3889       DEBUG(dbgs() << "    new slice [" << NewSlices.back().beginOffset()
3890                    << ", " << NewSlices.back().endOffset() << "): " << *PStore
3891                    << "\n");
3892       if (!SplitLoads) {
3893         DEBUG(dbgs() << "      of split load: " << *PLoad << "\n");
3894       }
3895
3896       // See if we've finished all the splits.
3897       if (Idx >= Size)
3898         break;
3899
3900       // Setup the next partition.
3901       PartOffset = Offsets.Splits[Idx];
3902       ++Idx;
3903       PartSize = (Idx < Size ? Offsets.Splits[Idx] : StoreSize) - PartOffset;
3904     }
3905
3906     // We want to immediately iterate on any allocas impacted by splitting
3907     // this load, which is only relevant if it isn't a load of this alloca and
3908     // thus we didn't already split the loads above. We also have to keep track
3909     // of any promotable allocas we split loads on as they can no longer be
3910     // promoted.
3911     if (!SplitLoads) {
3912       if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(LoadBasePtr)) {
3913         assert(OtherAI != &AI && "We can't re-split our own alloca!");
3914         ResplitPromotableAllocas.insert(OtherAI);
3915         Worklist.insert(OtherAI);
3916       } else if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(
3917                      LoadBasePtr->stripInBoundsOffsets())) {
3918         assert(OtherAI != &AI && "We can't re-split our own alloca!");
3919         Worklist.insert(OtherAI);
3920       }
3921     }
3922
3923     // Mark the original store as dead now that we've split it up and kill its
3924     // slice. Note that we leave the original load in place unless this store
3925     // was its ownly use. It may in turn be split up if it is an alloca load
3926     // for some other alloca, but it may be a normal load. This may introduce
3927     // redundant loads, but where those can be merged the rest of the optimizer
3928     // should handle the merging, and this uncovers SSA splits which is more
3929     // important. In practice, the original loads will almost always be fully
3930     // split and removed eventually, and the splits will be merged by any
3931     // trivial CSE, including instcombine.
3932     if (LI->hasOneUse()) {
3933       assert(*LI->user_begin() == SI && "Single use isn't this store!");
3934       DeadInsts.insert(LI);
3935     }
3936     DeadInsts.insert(SI);
3937     Offsets.S->kill();
3938   }
3939
3940   // Remove the killed slices that have ben pre-split.
3941   AS.erase(std::remove_if(AS.begin(), AS.end(), [](const Slice &S) {
3942     return S.isDead();
3943   }), AS.end());
3944
3945   // Insert our new slices. This will sort and merge them into the sorted
3946   // sequence.
3947   AS.insert(NewSlices);
3948
3949   DEBUG(dbgs() << "  Pre-split slices:\n");
3950 #ifndef NDEBUG
3951   for (auto I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
3952     DEBUG(AS.print(dbgs(), I, "    "));
3953 #endif
3954
3955   // Finally, don't try to promote any allocas that new require re-splitting.
3956   // They have already been added to the worklist above.
3957   PromotableAllocas.erase(
3958       std::remove_if(
3959           PromotableAllocas.begin(), PromotableAllocas.end(),
3960           [&](AllocaInst *AI) { return ResplitPromotableAllocas.count(AI); }),
3961       PromotableAllocas.end());
3962
3963   return true;
3964 }
3965
3966 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3967 ///
3968 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3969 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3970 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3971 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3972 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3973 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3974 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3975 /// promoted.
3976 AllocaInst *SROA::rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS,
3977                                    AllocaSlices::Partition &P) {
3978   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3979   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3980   // or an i8 array of an appropriate size.
3981   Type *SliceTy = nullptr;
3982   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
3983   if (Type *CommonUseTy = findCommonType(P.begin(), P.end(), P.endOffset()))
3984     if (DL.getTypeAllocSize(CommonUseTy) >= P.size())
3985       SliceTy = CommonUseTy;
3986   if (!SliceTy)
3987     if (Type *TypePartitionTy = getTypePartition(DL, AI.getAllocatedType(),
3988                                                  P.beginOffset(), P.size()))
3989       SliceTy = TypePartitionTy;
3990   if ((!SliceTy || (SliceTy->isArrayTy() &&
3991                     SliceTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3992       DL.isLegalInteger(P.size() * 8))
3993     SliceTy = Type::getIntNTy(*C, P.size() * 8);
3994   if (!SliceTy)
3995     SliceTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), P.size());
3996   assert(DL.getTypeAllocSize(SliceTy) >= P.size());
3997
3998   bool IsIntegerPromotable = isIntegerWideningViable(P, SliceTy, DL);
3999
4000   VectorType *VecTy =
4001       IsIntegerPromotable ? nullptr : isVectorPromotionViable(P, DL);
4002   if (VecTy)
4003     SliceTy = VecTy;
4004
4005   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
4006   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
4007   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
4008   // perform phi and select speculation.
4009   AllocaInst *NewAI;
4010   if (SliceTy == AI.getAllocatedType()) {
4011     assert(P.beginOffset() == 0 &&
4012            "Non-zero begin offset but same alloca type");
4013     NewAI = &AI;
4014     // FIXME: We should be able to bail at this point with "nothing changed".
4015     // FIXME: We might want to defer PHI speculation until after here.
4016     // FIXME: return nullptr;
4017   } else {
4018     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
4019     if (!Alignment) {
4020       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
4021       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
4022       // type.
4023       Alignment = DL.getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
4024     }
4025     Alignment = MinAlign(Alignment, P.beginOffset());
4026     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
4027     // the alloca's alignment unconstrained.
4028     if (Alignment <= DL.getABITypeAlignment(SliceTy))
4029       Alignment = 0;
4030     NewAI = new AllocaInst(
4031         SliceTy, nullptr, Alignment,
4032         AI.getName() + ".sroa." + Twine(P.begin() - AS.begin()), &AI);
4033     ++NumNewAllocas;
4034   }
4035
4036   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
4037                << "[" << P.beginOffset() << "," << P.endOffset()
4038                << ") to: " << *NewAI << "\n");
4039
4040   // Track the high watermark on the worklist as it is only relevant for
4041   // promoted allocas. We will reset it to this point if the alloca is not in
4042   // fact scheduled for promotion.
4043   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
4044   unsigned NumUses = 0;
4045   SmallPtrSet<PHINode *, 8> PHIUsers;
4046   SmallPtrSet<SelectInst *, 8> SelectUsers;
4047
4048   AllocaSliceRewriter Rewriter(DL, AS, *this, AI, *NewAI, P.beginOffset(),
4049                                P.endOffset(), IsIntegerPromotable, VecTy,
4050                                PHIUsers, SelectUsers);
4051   bool Promotable = true;
4052   for (Slice *S : P.splitSliceTails()) {
4053     Promotable &= Rewriter.visit(S);
4054     ++NumUses;
4055   }
4056   for (Slice &S : P) {
4057     Promotable &= Rewriter.visit(&S);
4058     ++NumUses;
4059   }
4060
4061   NumAllocaPartitionUses += NumUses;
4062   MaxUsesPerAllocaPartition =
4063       std::max<unsigned>(NumUses, MaxUsesPerAllocaPartition);
4064
4065   // Now that we've processed all the slices in the new partition, check if any
4066   // PHIs or Selects would block promotion.
4067   for (SmallPtrSetImpl<PHINode *>::iterator I = PHIUsers.begin(),
4068                                             E = PHIUsers.end();
4069        I != E; ++I)
4070     if (!isSafePHIToSpeculate(**I)) {
4071       Promotable = false;
4072       PHIUsers.clear();
4073       SelectUsers.clear();
4074       break;
4075     }
4076   for (SmallPtrSetImpl<SelectInst *>::iterator I = SelectUsers.begin(),
4077                                                E = SelectUsers.end();
4078        I != E; ++I)
4079     if (!isSafeSelectToSpeculate(**I)) {
4080       Promotable = false;
4081       PHIUsers.clear();
4082       SelectUsers.clear();
4083       break;
4084     }
4085
4086   if (Promotable) {
4087     if (PHIUsers.empty() && SelectUsers.empty()) {
4088       // Promote the alloca.
4089       PromotableAllocas.push_back(NewAI);
4090     } else {
4091       // If we have either PHIs or Selects to speculate, add them to those
4092       // worklists and re-queue the new alloca so that we promote in on the
4093       // next iteration.
4094       for (PHINode *PHIUser : PHIUsers)
4095         SpeculatablePHIs.insert(PHIUser);
4096       for (SelectInst *SelectUser : SelectUsers)
4097         SpeculatableSelects.insert(SelectUser);
4098       Worklist.insert(NewAI);
4099     }
4100   } else {
4101     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
4102     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
4103     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
4104     if (NewAI != &AI)
4105       Worklist.insert(NewAI);
4106
4107     // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
4108     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
4109       PostPromotionWorklist.pop_back();
4110   }
4111
4112   return NewAI;
4113 }
4114
4115 /// \brief Walks the slices of an alloca and form partitions based on them,
4116 /// rewriting each of their uses.
4117 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS) {
4118   if (AS.begin() == AS.end())
4119     return false;
4120
4121   unsigned NumPartitions = 0;
4122   bool Changed = false;
4123   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
4124
4125   // First try to pre-split loads and stores.
4126   Changed |= presplitLoadsAndStores(AI, AS);
4127
4128   // Now that we have identified any pre-splitting opportunities, mark any
4129   // splittable (non-whole-alloca) loads and stores as unsplittable. If we fail
4130   // to split these during pre-splitting, we want to force them to be
4131   // rewritten into a partition.
4132   bool IsSorted = true;
4133   for (Slice &S : AS) {
4134     if (!S.isSplittable())
4135       continue;
4136     // FIXME: We currently leave whole-alloca splittable loads and stores. This
4137     // used to be the only splittable loads and stores and we need to be
4138     // confident that the above handling of splittable loads and stores is
4139     // completely sufficient before we forcibly disable the remaining handling.
4140     if (S.beginOffset() == 0 &&
4141         S.endOffset() >= DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()))
4142       continue;
4143     if (isa<LoadInst>(S.getUse()->getUser()) ||
4144         isa<StoreInst>(S.getUse()->getUser())) {
4145       S.makeUnsplittable();
4146       IsSorted = false;
4147     }
4148   }
4149   if (!IsSorted)
4150     std::sort(AS.begin(), AS.end());
4151
4152   /// \brief Describes the allocas introduced by rewritePartition
4153   /// in order to migrate the debug info.
4154   struct Piece {
4155     AllocaInst *Alloca;
4156     uint64_t Offset;
4157     uint64_t Size;
4158     Piece(AllocaInst *AI, uint64_t O, uint64_t S)
4159       : Alloca(AI), Offset(O), Size(S) {}
4160   };
4161   SmallVector<Piece, 4> Pieces;
4162
4163   // Rewrite each partition.
4164   for (auto &P : AS.partitions()) {
4165     if (AllocaInst *NewAI = rewritePartition(AI, AS, P)) {
4166       Changed = true;
4167       if (NewAI != &AI) {
4168         uint64_t SizeOfByte = 8;
4169         uint64_t AllocaSize = DL.getTypeSizeInBits(NewAI->getAllocatedType());
4170         // Don't include any padding.
4171         uint64_t Size = std::min(AllocaSize, P.size() * SizeOfByte);
4172         Pieces.push_back(Piece(NewAI, P.beginOffset() * SizeOfByte, Size));
4173       }
4174     }
4175     ++NumPartitions;
4176   }
4177
4178   NumAllocaPartitions += NumPartitions;
4179   MaxPartitionsPerAlloca =
4180       std::max<unsigned>(NumPartitions, MaxPartitionsPerAlloca);
4181
4182   // Migrate debug information from the old alloca to the new alloca(s)
4183   // and the individial partitions.
4184   if (DbgDeclareInst *DbgDecl = FindAllocaDbgDeclare(&AI)) {
4185     DIVariable Var(DbgDecl->getVariable());
4186     DIExpression Expr(DbgDecl->getExpression());
4187     DIBuilder DIB(*AI.getParent()->getParent()->getParent(),
4188                   /*AllowUnresolved*/ false);
4189     bool IsSplit = Pieces.size() > 1;
4190     for (auto Piece : Pieces) {
4191       // Create a piece expression describing the new partition or reuse AI's
4192       // expression if there is only one partition.
4193       DIExpression PieceExpr = Expr;
4194       if (IsSplit || Expr->isBitPiece()) {
4195         // If this alloca is already a scalar replacement of a larger aggregate,
4196         // Piece.Offset describes the offset inside the scalar.
4197         uint64_t Offset = Expr->isBitPiece() ? Expr->getBitPieceOffset() : 0;
4198         uint64_t Start = Offset + Piece.Offset;
4199         uint64_t Size = Piece.Size;
4200         if (Expr->isBitPiece()) {
4201           uint64_t AbsEnd = Expr->getBitPieceOffset() + Expr->getBitPieceSize();
4202           if (Start >= AbsEnd)
4203             // No need to describe a SROAed padding.
4204             continue;
4205           Size = std::min(Size, AbsEnd - Start);
4206         }
4207         PieceExpr = DIB.createBitPieceExpression(Start, Size);
4208       }
4209
4210       // Remove any existing dbg.declare intrinsic describing the same alloca.
4211       if (DbgDeclareInst *OldDDI = FindAllocaDbgDeclare(Piece.Alloca))
4212         OldDDI->eraseFromParent();
4213
4214       auto *NewDDI = DIB.insertDeclare(Piece.Alloca, Var, PieceExpr, &AI);
4215       NewDDI->setDebugLoc(DbgDecl->getDebugLoc());
4216     }
4217   }
4218   return Changed;
4219 }
4220
4221 /// \brief Clobber a use with undef, deleting the used value if it becomes dead.
4222 void SROA::clobberUse(Use &U) {
4223   Value *OldV = U;
4224   // Replace the use with an undef value.
4225   U = UndefValue::get(OldV->getType());
4226
4227   // Check for this making an instruction dead. We have to garbage collect
4228   // all the dead instructions to ensure the uses of any alloca end up being
4229   // minimal.
4230   if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
4231     if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
4232       DeadInsts.insert(OldI);
4233     }
4234 }
4235
4236 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
4237 ///
4238 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
4239 /// the slices of the alloca, and then hands it off to be split and
4240 /// rewritten as needed.
4241 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
4242   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
4243   ++NumAllocasAnalyzed;
4244
4245   // Special case dead allocas, as they're trivial.
4246   if (AI.use_empty()) {
4247     AI.eraseFromParent();
4248     return true;
4249   }
4250   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
4251
4252   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
4253   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
4254       DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
4255     return false;
4256
4257   bool Changed = false;
4258
4259   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
4260   // better splitting and promotion opportunities.
4261   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(DL);
4262   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
4263
4264   // Build the slices using a recursive instruction-visiting builder.
4265   AllocaSlices AS(DL, AI);
4266   DEBUG(AS.print(dbgs()));
4267   if (AS.isEscaped())
4268     return Changed;
4269
4270   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
4271   for (Instruction *DeadUser : AS.getDeadUsers()) {
4272     // Free up everything used by this instruction.
4273     for (Use &DeadOp : DeadUser->operands())
4274       clobberUse(DeadOp);
4275
4276     // Now replace the uses of this instruction.
4277     DeadUser->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(DeadUser->getType()));
4278
4279     // And mark it for deletion.
4280     DeadInsts.insert(DeadUser);
4281     Changed = true;
4282   }
4283   for (Use *DeadOp : AS.getDeadOperands()) {
4284     clobberUse(*DeadOp);
4285     Changed = true;
4286   }
4287
4288   // No slices to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
4289   if (AS.begin() == AS.end())
4290     return Changed;
4291
4292   Changed |= splitAlloca(AI, AS);
4293
4294   DEBUG(dbgs() << "  Speculating PHIs\n");
4295   while (!SpeculatablePHIs.empty())
4296     speculatePHINodeLoads(*SpeculatablePHIs.pop_back_val());
4297
4298   DEBUG(dbgs() << "  Speculating Selects\n");
4299   while (!SpeculatableSelects.empty())
4300     speculateSelectInstLoads(*SpeculatableSelects.pop_back_val());
4301
4302   return Changed;
4303 }
4304
4305 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
4306 ///
4307 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
4308 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
4309 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
4310 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
4311 ///
4312 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
4313 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
4314 void SROA::deleteDeadInstructions(
4315     SmallPtrSetImpl<AllocaInst *> &DeletedAllocas) {
4316   while (!DeadInsts.empty()) {
4317     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
4318     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
4319
4320     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
4321
4322     for (Use &Operand : I->operands())
4323       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Operand)) {
4324         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
4325         Operand = nullptr;
4326         if (isInstructionTriviallyDead(U))
4327           DeadInsts.insert(U);
4328       }
4329
4330     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I)) {
4331       DeletedAllocas.insert(AI);
4332       if (DbgDeclareInst *DbgDecl = FindAllocaDbgDeclare(AI))
4333         DbgDecl->eraseFromParent();
4334     }
4335
4336     ++NumDeleted;
4337     I->eraseFromParent();
4338   }
4339 }
4340
4341 static void enqueueUsersInWorklist(Instruction &I,
4342                                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist,
4343                                    SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Visited) {
4344   for (User *U : I.users())
4345     if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)).second)
4346       Worklist.push_back(cast<Instruction>(U));
4347 }
4348
4349 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
4350 ///
4351 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
4352 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
4353 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
4354 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
4355 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
4356 /// promotion occurred.
4357 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
4358   if (PromotableAllocas.empty())
4359     return false;
4360
4361   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
4362
4363   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
4364     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
4365     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT, nullptr, AC);
4366     PromotableAllocas.clear();
4367     return true;
4368   }
4369
4370   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
4371   SSAUpdater SSA;
4372   DIBuilder DIB(*F.getParent(), /*AllowUnresolved*/ false);
4373   SmallVector<Instruction *, 64> Insts;
4374
4375   // We need a worklist to walk the uses of each alloca.
4376   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
4377   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4378   SmallVector<Instruction *, 32> DeadInsts;
4379
4380   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
4381     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
4382     Insts.clear();
4383     Worklist.clear();
4384     Visited.clear();
4385
4386     enqueueUsersInWorklist(*AI, Worklist, Visited);
4387
4388     while (!Worklist.empty()) {
4389       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
4390
4391       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
4392       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
4393       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
4394       // scalar values produced.
4395       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
4396         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
4397                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
4398         II->eraseFromParent();
4399         continue;
4400       }
4401
4402       // Push the loads and stores we find onto the list. SROA will already
4403       // have validated that all loads and stores are viable candidates for
4404       // promotion.
4405       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
4406         assert(LI->getType() == AI->getAllocatedType());
4407         Insts.push_back(LI);
4408         continue;
4409       }
4410       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
4411         assert(SI->getValueOperand()->getType() == AI->getAllocatedType());
4412         Insts.push_back(SI);
4413         continue;
4414       }
4415
4416       // For everything else, we know that only no-op bitcasts and GEPs will
4417       // make it this far, just recurse through them and recall them for later
4418       // removal.
4419       DeadInsts.push_back(I);
4420       enqueueUsersInWorklist(*I, Worklist, Visited);
4421     }
4422     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
4423     while (!DeadInsts.empty())
4424       DeadInsts.pop_back_val()->eraseFromParent();
4425     AI->eraseFromParent();
4426   }
4427
4428   PromotableAllocas.clear();
4429   return true;
4430 }
4431
4432 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
4433   if (skipOptnoneFunction(F))
4434     return false;
4435
4436   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
4437   C = &F.getContext();
4438   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
4439       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
4440   DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
4441   AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
4442
4443   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
4444   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = std::prev(EntryBB.end());
4445        I != E; ++I) {
4446     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
4447       Worklist.insert(AI);
4448   }
4449
4450   bool Changed = false;
4451   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
4452   // the list of promotable allocas.
4453   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
4454
4455   do {
4456     while (!Worklist.empty()) {
4457       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
4458       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
4459
4460       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
4461       // continue processing them.
4462       if (!DeletedAllocas.empty()) {
4463         auto IsInSet = [&](AllocaInst *AI) { return DeletedAllocas.count(AI); };
4464         Worklist.remove_if(IsInSet);
4465         PostPromotionWorklist.remove_if(IsInSet);
4466         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
4467                                                PromotableAllocas.end(),
4468                                                IsInSet),
4469                                 PromotableAllocas.end());
4470         DeletedAllocas.clear();
4471       }
4472     }
4473
4474     Changed |= promoteAllocas(F);
4475
4476     Worklist = PostPromotionWorklist;
4477     PostPromotionWorklist.clear();
4478   } while (!Worklist.empty());
4479
4480   return Changed;
4481 }
4482
4483 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
4484   AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
4485   if (RequiresDomTree)
4486     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
4487   AU.setPreservesCFG();
4488 }