Refactor insert and extract of sub-integers into static helpers that
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / SROA.cpp
1 //===- SROA.cpp - Scalar Replacement Of Aggregates ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This transformation implements the well known scalar replacement of
11 /// aggregates transformation. It tries to identify promotable elements of an
12 /// aggregate alloca, and promote them to registers. It will also try to
13 /// convert uses of an element (or set of elements) of an alloca into a vector
14 /// or bitfield-style integer scalar if appropriate.
15 ///
16 /// It works to do this with minimal slicing of the alloca so that regions
17 /// which are merely transferred in and out of external memory remain unchanged
18 /// and are not decomposed to scalar code.
19 ///
20 /// Because this also performs alloca promotion, it can be thought of as also
21 /// serving the purpose of SSA formation. The algorithm iterates on the
22 /// function until all opportunities for promotion have been realized.
23 ///
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25
26 #define DEBUG_TYPE "sroa"
27 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
28 #include "llvm/Constants.h"
29 #include "llvm/DIBuilder.h"
30 #include "llvm/DebugInfo.h"
31 #include "llvm/DerivedTypes.h"
32 #include "llvm/Function.h"
33 #include "llvm/IRBuilder.h"
34 #include "llvm/Instructions.h"
35 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
36 #include "llvm/LLVMContext.h"
37 #include "llvm/Module.h"
38 #include "llvm/Operator.h"
39 #include "llvm/Pass.h"
40 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
41 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
42 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
43 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
44 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
45 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
46 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
47 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
48 #include "llvm/Support/Debug.h"
49 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
50 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
51 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
52 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
53 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
54 #include "llvm/DataLayout.h"
55 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
58 using namespace llvm;
59
60 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
61 STATISTIC(NumNewAllocas,      "Number of new, smaller allocas introduced");
62 STATISTIC(NumPromoted,        "Number of allocas promoted to SSA values");
63 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
64 STATISTIC(NumDeleted,         "Number of instructions deleted");
65 STATISTIC(NumVectorized,      "Number of vectorized aggregates");
66
67 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
68 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
69 static cl::opt<bool>
70 ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false), cl::Hidden);
71
72 namespace {
73 /// \brief Alloca partitioning representation.
74 ///
75 /// This class represents a partitioning of an alloca into slices, and
76 /// information about the nature of uses of each slice of the alloca. The goal
77 /// is that this information is sufficient to decide if and how to split the
78 /// alloca apart and replace slices with scalars. It is also intended that this
79 /// structure can capture the relevant information needed both to decide about
80 /// and to enact these transformations.
81 class AllocaPartitioning {
82 public:
83   /// \brief A common base class for representing a half-open byte range.
84   struct ByteRange {
85     /// \brief The beginning offset of the range.
86     uint64_t BeginOffset;
87
88     /// \brief The ending offset, not included in the range.
89     uint64_t EndOffset;
90
91     ByteRange() : BeginOffset(), EndOffset() {}
92     ByteRange(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset)
93         : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset) {}
94
95     /// \brief Support for ordering ranges.
96     ///
97     /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
98     /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
99     /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
100     /// same start position.
101     bool operator<(const ByteRange &RHS) const {
102       if (BeginOffset < RHS.BeginOffset) return true;
103       if (BeginOffset > RHS.BeginOffset) return false;
104       if (EndOffset > RHS.EndOffset) return true;
105       return false;
106     }
107
108     /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
109     friend bool operator<(const ByteRange &LHS, uint64_t RHSOffset) {
110       return LHS.BeginOffset < RHSOffset;
111     }
112
113     friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
114                                                 const ByteRange &RHS) {
115       return LHSOffset < RHS.BeginOffset;
116     }
117
118     bool operator==(const ByteRange &RHS) const {
119       return BeginOffset == RHS.BeginOffset && EndOffset == RHS.EndOffset;
120     }
121     bool operator!=(const ByteRange &RHS) const { return !operator==(RHS); }
122   };
123
124   /// \brief A partition of an alloca.
125   ///
126   /// This structure represents a contiguous partition of the alloca. These are
127   /// formed by examining the uses of the alloca. During formation, they may
128   /// overlap but once an AllocaPartitioning is built, the Partitions within it
129   /// are all disjoint.
130   struct Partition : public ByteRange {
131     /// \brief Whether this partition is splittable into smaller partitions.
132     ///
133     /// We flag partitions as splittable when they are formed entirely due to
134     /// accesses by trivially splittable operations such as memset and memcpy.
135     bool IsSplittable;
136
137     /// \brief Test whether a partition has been marked as dead.
138     bool isDead() const {
139       if (BeginOffset == UINT64_MAX) {
140         assert(EndOffset == UINT64_MAX);
141         return true;
142       }
143       return false;
144     }
145
146     /// \brief Kill a partition.
147     /// This is accomplished by setting both its beginning and end offset to
148     /// the maximum possible value.
149     void kill() {
150       assert(!isDead() && "He's Dead, Jim!");
151       BeginOffset = EndOffset = UINT64_MAX;
152     }
153
154     Partition() : ByteRange(), IsSplittable() {}
155     Partition(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, bool IsSplittable)
156         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), IsSplittable(IsSplittable) {}
157   };
158
159   /// \brief A particular use of a partition of the alloca.
160   ///
161   /// This structure is used to associate uses of a partition with it. They
162   /// mark the range of bytes which are referenced by a particular instruction,
163   /// and includes a handle to the user itself and the pointer value in use.
164   /// The bounds of these uses are determined by intersecting the bounds of the
165   /// memory use itself with a particular partition. As a consequence there is
166   /// intentionally overlap between various uses of the same partition.
167   struct PartitionUse : public ByteRange {
168     /// \brief The use in question. Provides access to both user and used value.
169     ///
170     /// Note that this may be null if the partition use is *dead*, that is, it
171     /// should be ignored.
172     Use *U;
173
174     PartitionUse() : ByteRange(), U() {}
175     PartitionUse(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U)
176         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), U(U) {}
177   };
178
179   /// \brief Construct a partitioning of a particular alloca.
180   ///
181   /// Construction does most of the work for partitioning the alloca. This
182   /// performs the necessary walks of users and builds a partitioning from it.
183   AllocaPartitioning(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI);
184
185   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
186   ///
187   /// If this is true, the partitioning is never fully built and should be
188   /// ignored.
189   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
190
191   /// \brief Support for iterating over the partitions.
192   /// @{
193   typedef SmallVectorImpl<Partition>::iterator iterator;
194   iterator begin() { return Partitions.begin(); }
195   iterator end() { return Partitions.end(); }
196
197   typedef SmallVectorImpl<Partition>::const_iterator const_iterator;
198   const_iterator begin() const { return Partitions.begin(); }
199   const_iterator end() const { return Partitions.end(); }
200   /// @}
201
202   /// \brief Support for iterating over and manipulating a particular
203   /// partition's uses.
204   ///
205   /// The iteration support provided for uses is more limited, but also
206   /// includes some manipulation routines to support rewriting the uses of
207   /// partitions during SROA.
208   /// @{
209   typedef SmallVectorImpl<PartitionUse>::iterator use_iterator;
210   use_iterator use_begin(unsigned Idx) { return Uses[Idx].begin(); }
211   use_iterator use_begin(const_iterator I) { return Uses[I - begin()].begin(); }
212   use_iterator use_end(unsigned Idx) { return Uses[Idx].end(); }
213   use_iterator use_end(const_iterator I) { return Uses[I - begin()].end(); }
214
215   typedef SmallVectorImpl<PartitionUse>::const_iterator const_use_iterator;
216   const_use_iterator use_begin(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].begin(); }
217   const_use_iterator use_begin(const_iterator I) const {
218     return Uses[I - begin()].begin();
219   }
220   const_use_iterator use_end(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].end(); }
221   const_use_iterator use_end(const_iterator I) const {
222     return Uses[I - begin()].end();
223   }
224
225   unsigned use_size(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].size(); }
226   unsigned use_size(const_iterator I) const { return Uses[I - begin()].size(); }
227   const PartitionUse &getUse(unsigned PIdx, unsigned UIdx) const {
228     return Uses[PIdx][UIdx];
229   }
230   const PartitionUse &getUse(const_iterator I, unsigned UIdx) const {
231     return Uses[I - begin()][UIdx];
232   }
233
234   void use_push_back(unsigned Idx, const PartitionUse &PU) {
235     Uses[Idx].push_back(PU);
236   }
237   void use_push_back(const_iterator I, const PartitionUse &PU) {
238     Uses[I - begin()].push_back(PU);
239   }
240   /// @}
241
242   /// \brief Allow iterating the dead users for this alloca.
243   ///
244   /// These are instructions which will never actually use the alloca as they
245   /// are outside the allocated range. They are safe to replace with undef and
246   /// delete.
247   /// @{
248   typedef SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator dead_user_iterator;
249   dead_user_iterator dead_user_begin() const { return DeadUsers.begin(); }
250   dead_user_iterator dead_user_end() const { return DeadUsers.end(); }
251   /// @}
252
253   /// \brief Allow iterating the dead expressions referring to this alloca.
254   ///
255   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
256   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
257   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
258   /// need to replace with undef.
259   /// @{
260   typedef SmallVectorImpl<Use *>::const_iterator dead_op_iterator;
261   dead_op_iterator dead_op_begin() const { return DeadOperands.begin(); }
262   dead_op_iterator dead_op_end() const { return DeadOperands.end(); }
263   /// @}
264
265   /// \brief MemTransferInst auxiliary data.
266   /// This struct provides some auxiliary data about memory transfer
267   /// intrinsics such as memcpy and memmove. These intrinsics can use two
268   /// different ranges within the same alloca, and provide other challenges to
269   /// correctly represent. We stash extra data to help us untangle this
270   /// after the partitioning is complete.
271   struct MemTransferOffsets {
272     /// The destination begin and end offsets when the destination is within
273     /// this alloca. If the end offset is zero the destination is not within
274     /// this alloca.
275     uint64_t DestBegin, DestEnd;
276
277     /// The source begin and end offsets when the source is within this alloca.
278     /// If the end offset is zero, the source is not within this alloca.
279     uint64_t SourceBegin, SourceEnd;
280
281     /// Flag for whether an alloca is splittable.
282     bool IsSplittable;
283   };
284   MemTransferOffsets getMemTransferOffsets(MemTransferInst &II) const {
285     return MemTransferInstData.lookup(&II);
286   }
287
288   /// \brief Map from a PHI or select operand back to a partition.
289   ///
290   /// When manipulating PHI nodes or selects, they can use more than one
291   /// partition of an alloca. We store a special mapping to allow finding the
292   /// partition referenced by each of these operands, if any.
293   iterator findPartitionForPHIOrSelectOperand(Use *U) {
294     SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned> >::const_iterator MapIt
295       = PHIOrSelectOpMap.find(U);
296     if (MapIt == PHIOrSelectOpMap.end())
297       return end();
298
299     return begin() + MapIt->second.first;
300   }
301
302   /// \brief Map from a PHI or select operand back to the specific use of
303   /// a partition.
304   ///
305   /// Similar to mapping these operands back to the partitions, this maps
306   /// directly to the use structure of that partition.
307   use_iterator findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Use *U) {
308     SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned> >::const_iterator MapIt
309       = PHIOrSelectOpMap.find(U);
310     assert(MapIt != PHIOrSelectOpMap.end());
311     return Uses[MapIt->second.first].begin() + MapIt->second.second;
312   }
313
314   /// \brief Compute a common type among the uses of a particular partition.
315   ///
316   /// This routines walks all of the uses of a particular partition and tries
317   /// to find a common type between them. Untyped operations such as memset and
318   /// memcpy are ignored.
319   Type *getCommonType(iterator I) const;
320
321 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
322   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
323   void printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
324                   StringRef Indent = "  ") const;
325   void print(raw_ostream &OS) const;
326   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump(const_iterator I) const;
327   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump() const;
328 #endif
329
330 private:
331   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
332   class PartitionBuilder;
333   friend class AllocaPartitioning::PartitionBuilder;
334   class UseBuilder;
335   friend class AllocaPartitioning::UseBuilder;
336
337 #ifndef NDEBUG
338   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
339   AllocaInst &AI;
340 #endif
341
342   /// \brief The instruction responsible for this alloca having no partitioning.
343   ///
344   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
345   /// store a pointer to that here and abort trying to partition the alloca.
346   /// This will be null if the alloca is partitioned successfully.
347   Instruction *PointerEscapingInstr;
348
349   /// \brief The partitions of the alloca.
350   ///
351   /// We store a vector of the partitions over the alloca here. This vector is
352   /// sorted by increasing begin offset, and then by decreasing end offset. See
353   /// the Partition inner class for more details. Initially (during
354   /// construction) there are overlaps, but we form a disjoint sequence of
355   /// partitions while finishing construction and a fully constructed object is
356   /// expected to always have this as a disjoint space.
357   SmallVector<Partition, 8> Partitions;
358
359   /// \brief The uses of the partitions.
360   ///
361   /// This is essentially a mapping from each partition to a list of uses of
362   /// that partition. The mapping is done with a Uses vector that has the exact
363   /// same number of entries as the partition vector. Each entry is itself
364   /// a vector of the uses.
365   SmallVector<SmallVector<PartitionUse, 2>, 8> Uses;
366
367   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
368   ///
369   /// Note that these are not separated by partition. This is because we expect
370   /// a partitioned alloca to be completely rewritten or not rewritten at all.
371   /// If rewritten, all these instructions can simply be removed and replaced
372   /// with undef as they come from outside of the allocated space.
373   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
374
375   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
376   ///
377   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
378   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
379   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
380   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
381   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
382   /// the alloca.
383   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
384
385   /// \brief The underlying storage for auxiliary memcpy and memset info.
386   SmallDenseMap<MemTransferInst *, MemTransferOffsets, 4> MemTransferInstData;
387
388   /// \brief A side datastructure used when building up the partitions and uses.
389   ///
390   /// This mapping is only really used during the initial building of the
391   /// partitioning so that we can retain information about PHI and select nodes
392   /// processed.
393   SmallDenseMap<Instruction *, std::pair<uint64_t, bool> > PHIOrSelectSizes;
394
395   /// \brief Auxiliary information for particular PHI or select operands.
396   SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned>, 4> PHIOrSelectOpMap;
397
398   /// \brief A utility routine called from the constructor.
399   ///
400   /// This does what it says on the tin. It is the key of the alloca partition
401   /// splitting and merging. After it is called we have the desired disjoint
402   /// collection of partitions.
403   void splitAndMergePartitions();
404 };
405 }
406
407 template <typename DerivedT, typename RetT>
408 class AllocaPartitioning::BuilderBase
409     : public InstVisitor<DerivedT, RetT> {
410 public:
411   BuilderBase(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
412       : TD(TD),
413         AllocSize(TD.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())),
414         P(P) {
415     enqueueUsers(AI, 0);
416   }
417
418 protected:
419   const DataLayout &TD;
420   const uint64_t AllocSize;
421   AllocaPartitioning &P;
422
423   SmallPtrSet<Use *, 8> VisitedUses;
424
425   struct OffsetUse {
426     Use *U;
427     int64_t Offset;
428   };
429   SmallVector<OffsetUse, 8> Queue;
430
431   // The active offset and use while visiting.
432   Use *U;
433   int64_t Offset;
434
435   void enqueueUsers(Instruction &I, int64_t UserOffset) {
436     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end();
437          UI != UE; ++UI) {
438       if (VisitedUses.insert(&UI.getUse())) {
439         OffsetUse OU = { &UI.getUse(), UserOffset };
440         Queue.push_back(OU);
441       }
442     }
443   }
444
445   bool computeConstantGEPOffset(GetElementPtrInst &GEPI, int64_t &GEPOffset) {
446     GEPOffset = Offset;
447     unsigned int AS = GEPI.getPointerAddressSpace();
448     for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI), GTE = gep_type_end(GEPI);
449          GTI != GTE; ++GTI) {
450       ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
451       if (!OpC)
452         return false;
453       if (OpC->isZero())
454         continue;
455
456       // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
457       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
458         unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
459         const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
460         uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
461         // Check that we can continue to model this GEP in a signed 64-bit offset.
462         if (ElementOffset > INT64_MAX ||
463             (GEPOffset >= 0 &&
464              ((uint64_t)GEPOffset + ElementOffset) > INT64_MAX)) {
465           DEBUG(dbgs() << "WARNING: Encountered a cumulative offset exceeding "
466                        << "what can be represented in an int64_t!\n"
467                        << "  alloca: " << P.AI << "\n");
468           return false;
469         }
470         if (GEPOffset < 0)
471           GEPOffset = ElementOffset + (uint64_t)-GEPOffset;
472         else
473           GEPOffset += ElementOffset;
474         continue;
475       }
476
477       APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(TD.getPointerSizeInBits(AS));
478       Index *= APInt(Index.getBitWidth(),
479                      TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
480       Index += APInt(Index.getBitWidth(), (uint64_t)GEPOffset,
481                      /*isSigned*/true);
482       // Check if the result can be stored in our int64_t offset.
483       if (!Index.isSignedIntN(sizeof(GEPOffset) * 8)) {
484         DEBUG(dbgs() << "WARNING: Encountered a cumulative offset exceeding "
485                      << "what can be represented in an int64_t!\n"
486                      << "  alloca: " << P.AI << "\n");
487         return false;
488       }
489
490       GEPOffset = Index.getSExtValue();
491     }
492     return true;
493   }
494
495   Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
496     // If the condition being selected on is a constant or the same value is
497     // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
498     // early on.
499     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
500       return SI.getOperand(1+CI->isZero());
501     if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2)) {
502       assert(*U == SI.getOperand(1));
503       return SI.getOperand(1);
504     }
505     return 0;
506   }
507 };
508
509 /// \brief Builder for the alloca partitioning.
510 ///
511 /// This class builds an alloca partitioning by recursively visiting the uses
512 /// of an alloca and splitting the partitions for each load and store at each
513 /// offset.
514 class AllocaPartitioning::PartitionBuilder
515     : public BuilderBase<PartitionBuilder, bool> {
516   friend class InstVisitor<PartitionBuilder, bool>;
517
518   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferPartitionMap;
519
520 public:
521   PartitionBuilder(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
522       : BuilderBase<PartitionBuilder, bool>(TD, AI, P) {}
523
524   /// \brief Run the builder over the allocation.
525   bool operator()() {
526     // Note that we have to re-evaluate size on each trip through the loop as
527     // the queue grows at the tail.
528     for (unsigned Idx = 0; Idx < Queue.size(); ++Idx) {
529       U = Queue[Idx].U;
530       Offset = Queue[Idx].Offset;
531       if (!visit(cast<Instruction>(U->getUser())))
532         return false;
533     }
534     return true;
535   }
536
537 private:
538   bool markAsEscaping(Instruction &I) {
539     P.PointerEscapingInstr = &I;
540     return false;
541   }
542
543   void insertUse(Instruction &I, int64_t Offset, uint64_t Size,
544                  bool IsSplittable = false) {
545     // Completely skip uses which have a zero size or don't overlap the
546     // allocation.
547     if (Size == 0 ||
548         (Offset >= 0 && (uint64_t)Offset >= AllocSize) ||
549         (Offset < 0 && (uint64_t)-Offset >= Size)) {
550       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
551                    << " which starts past the end of the " << AllocSize
552                    << " byte alloca:\n"
553                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
554                    << "       use: " << I << "\n");
555       return;
556     }
557
558     // Clamp the start to the beginning of the allocation.
559     if (Offset < 0) {
560       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
561                    << " to start at the beginning of the alloca:\n"
562                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
563                    << "       use: " << I << "\n");
564       Size -= (uint64_t)-Offset;
565       Offset = 0;
566     }
567
568     uint64_t BeginOffset = Offset, EndOffset = BeginOffset + Size;
569
570     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
571     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
572     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
573     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
574       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
575                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
576                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
577                    << "       use: " << I << "\n");
578       EndOffset = AllocSize;
579     }
580
581     Partition New(BeginOffset, EndOffset, IsSplittable);
582     P.Partitions.push_back(New);
583   }
584
585   bool handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, int64_t Offset) {
586     uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(Ty);
587
588     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
589     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
590     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
591     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
592     // risk of overflow.
593     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
594     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
595     if (Offset < 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
596         Size > (AllocSize - (uint64_t)Offset)) {
597       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte "
598                    << (isa<LoadInst>(I) ? "load" : "store") << " @" << Offset
599                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
600                    << " byte alloca:\n"
601                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
602                    << "       use: " << I << "\n");
603       return true;
604     }
605
606     insertUse(I, Offset, Size);
607     return true;
608   }
609
610   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
611     enqueueUsers(BC, Offset);
612     return true;
613   }
614
615   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
616     int64_t GEPOffset;
617     if (!computeConstantGEPOffset(GEPI, GEPOffset))
618       return markAsEscaping(GEPI);
619
620     enqueueUsers(GEPI, GEPOffset);
621     return true;
622   }
623
624   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
625     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
626            "All simple FCA loads should have been pre-split");
627     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset);
628   }
629
630   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
631     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
632     if (ValOp == *U)
633       return markAsEscaping(SI);
634
635     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
636            "All simple FCA stores should have been pre-split");
637     return handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset);
638   }
639
640
641   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
642     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
643     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
644     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
645     insertUse(II, Offset, Size, Length);
646     return true;
647   }
648
649   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
650     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
651     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
652     if (!Size)
653       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
654       return true;
655
656     MemTransferOffsets &Offsets = P.MemTransferInstData[&II];
657
658     // Only intrinsics with a constant length can be split.
659     Offsets.IsSplittable = Length;
660
661     if (*U == II.getRawDest()) {
662       Offsets.DestBegin = Offset;
663       Offsets.DestEnd = Offset + Size;
664     }
665     if (*U == II.getRawSource()) {
666       Offsets.SourceBegin = Offset;
667       Offsets.SourceEnd = Offset + Size;
668     }
669
670     // If we have set up end offsets for both the source and the destination,
671     // we have found both sides of this transfer pointing at the same alloca.
672     bool SeenBothEnds = Offsets.SourceEnd && Offsets.DestEnd;
673     if (SeenBothEnds && II.getRawDest() != II.getRawSource()) {
674       unsigned PrevIdx = MemTransferPartitionMap[&II];
675
676       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
677       // In that case, we can completely elide the transfer.
678       if (!II.isVolatile() && Offsets.SourceBegin == Offsets.DestBegin) {
679         P.Partitions[PrevIdx].kill();
680         return true;
681       }
682
683       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
684       // split those.
685       P.Partitions[PrevIdx].IsSplittable = Offsets.IsSplittable = false;
686     } else if (SeenBothEnds) {
687       // Handle the case where this exact use provides both ends of the
688       // operation.
689       assert(II.getRawDest() == II.getRawSource());
690
691       // For non-volatile transfers this is a no-op.
692       if (!II.isVolatile())
693         return true;
694
695       // Otherwise just suppress splitting.
696       Offsets.IsSplittable = false;
697     }
698
699
700     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
701     insertUse(II, Offset, Size, Offsets.IsSplittable);
702
703     // Setup the mapping from intrinsic to partition of we've not seen both
704     // ends of this transfer.
705     if (!SeenBothEnds) {
706       unsigned NewIdx = P.Partitions.size() - 1;
707       bool Inserted
708         = MemTransferPartitionMap.insert(std::make_pair(&II, NewIdx)).second;
709       assert(Inserted &&
710              "Already have intrinsic in map but haven't seen both ends");
711       (void)Inserted;
712     }
713
714     return true;
715   }
716
717   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
718   // FIXME: What about debug instrinsics? This matches old behavior, but
719   // doesn't make sense.
720   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
721     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
722         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
723       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
724       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset, Length->getLimitedValue());
725       insertUse(II, Offset, Size, true);
726       return true;
727     }
728
729     return markAsEscaping(II);
730   }
731
732   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
733     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
734     // the same offset to be a viable use for partitioning purposes. These uses
735     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
736     // size.
737     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
738     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
739     Visited.insert(Root);
740     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
741     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
742     // a size zero access.
743     Size = 0;
744     do {
745       Instruction *I, *UsedI;
746       llvm::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
747
748       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
749         Size = std::max(Size, TD.getTypeStoreSize(LI->getType()));
750         continue;
751       }
752       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
753         Value *Op = SI->getOperand(0);
754         if (Op == UsedI)
755           return SI;
756         Size = std::max(Size, TD.getTypeStoreSize(Op->getType()));
757         continue;
758       }
759
760       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
761         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
762           return GEP;
763       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
764                  !isa<SelectInst>(I)) {
765         return I;
766       }
767
768       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end(); UI != UE;
769            ++UI)
770         if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
771           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(*UI)));
772     } while (!Uses.empty());
773
774     return 0;
775   }
776
777   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
778     // See if we already have computed info on this node.
779     std::pair<uint64_t, bool> &PHIInfo = P.PHIOrSelectSizes[&PN];
780     if (PHIInfo.first) {
781       PHIInfo.second = true;
782       insertUse(PN, Offset, PHIInfo.first);
783       return true;
784     }
785
786     // Check for an unsafe use of the PHI node.
787     if (Instruction *EscapingI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&PN, PHIInfo.first))
788       return markAsEscaping(*EscapingI);
789
790     insertUse(PN, Offset, PHIInfo.first);
791     return true;
792   }
793
794   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
795     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
796       if (Result == *U)
797         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
798         // through the select as if we had RAUW'ed it.
799         enqueueUsers(SI, Offset);
800
801       return true;
802     }
803
804     // See if we already have computed info on this node.
805     std::pair<uint64_t, bool> &SelectInfo = P.PHIOrSelectSizes[&SI];
806     if (SelectInfo.first) {
807       SelectInfo.second = true;
808       insertUse(SI, Offset, SelectInfo.first);
809       return true;
810     }
811
812     // Check for an unsafe use of the PHI node.
813     if (Instruction *EscapingI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&SI, SelectInfo.first))
814       return markAsEscaping(*EscapingI);
815
816     insertUse(SI, Offset, SelectInfo.first);
817     return true;
818   }
819
820   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
821   bool visitInstruction(Instruction &I) { return markAsEscaping(I); }
822 };
823
824
825 /// \brief Use adder for the alloca partitioning.
826 ///
827 /// This class adds the uses of an alloca to all of the partitions which they
828 /// use. For splittable partitions, this can end up doing essentially a linear
829 /// walk of the partitions, but the number of steps remains bounded by the
830 /// total result instruction size:
831 /// - The number of partitions is a result of the number unsplittable
832 ///   instructions using the alloca.
833 /// - The number of users of each partition is at worst the total number of
834 ///   splittable instructions using the alloca.
835 /// Thus we will produce N * M instructions in the end, where N are the number
836 /// of unsplittable uses and M are the number of splittable. This visitor does
837 /// the exact same number of updates to the partitioning.
838 ///
839 /// In the more common case, this visitor will leverage the fact that the
840 /// partition space is pre-sorted, and do a logarithmic search for the
841 /// partition needed, making the total visit a classical ((N + M) * log(N))
842 /// complexity operation.
843 class AllocaPartitioning::UseBuilder : public BuilderBase<UseBuilder> {
844   friend class InstVisitor<UseBuilder>;
845
846   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
847   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
848
849 public:
850   UseBuilder(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
851       : BuilderBase<UseBuilder>(TD, AI, P) {}
852
853   /// \brief Run the builder over the allocation.
854   void operator()() {
855     // Note that we have to re-evaluate size on each trip through the loop as
856     // the queue grows at the tail.
857     for (unsigned Idx = 0; Idx < Queue.size(); ++Idx) {
858       U = Queue[Idx].U;
859       Offset = Queue[Idx].Offset;
860       this->visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
861     }
862   }
863
864 private:
865   void markAsDead(Instruction &I) {
866     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
867       P.DeadUsers.push_back(&I);
868   }
869
870   void insertUse(Instruction &User, int64_t Offset, uint64_t Size) {
871     // If the use has a zero size or extends outside of the allocation, record
872     // it as a dead use for elimination later.
873     if (Size == 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
874         (Offset < 0 && (uint64_t)-Offset >= Size))
875       return markAsDead(User);
876
877     // Clamp the start to the beginning of the allocation.
878     if (Offset < 0) {
879       Size -= (uint64_t)-Offset;
880       Offset = 0;
881     }
882
883     uint64_t BeginOffset = Offset, EndOffset = BeginOffset + Size;
884
885     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
886     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
887     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
888     if (Size > AllocSize - BeginOffset)
889       EndOffset = AllocSize;
890
891     // NB: This only works if we have zero overlapping partitions.
892     iterator B = std::lower_bound(P.begin(), P.end(), BeginOffset);
893     if (B != P.begin() && llvm::prior(B)->EndOffset > BeginOffset)
894       B = llvm::prior(B);
895     for (iterator I = B, E = P.end(); I != E && I->BeginOffset < EndOffset;
896          ++I) {
897       PartitionUse NewPU(std::max(I->BeginOffset, BeginOffset),
898                          std::min(I->EndOffset, EndOffset), U);
899       P.use_push_back(I, NewPU);
900       if (isa<PHINode>(U->getUser()) || isa<SelectInst>(U->getUser()))
901         P.PHIOrSelectOpMap[U]
902           = std::make_pair(I - P.begin(), P.Uses[I - P.begin()].size() - 1);
903     }
904   }
905
906   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, int64_t Offset) {
907     uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(Ty);
908
909     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
910     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
911     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
912     // behavior of insertUse.
913     if (Offset < 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
914         Size > (AllocSize - (uint64_t)Offset))
915       return markAsDead(I);
916
917     insertUse(I, Offset, Size);
918   }
919
920   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
921     if (BC.use_empty())
922       return markAsDead(BC);
923
924     enqueueUsers(BC, Offset);
925   }
926
927   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
928     if (GEPI.use_empty())
929       return markAsDead(GEPI);
930
931     int64_t GEPOffset;
932     if (!computeConstantGEPOffset(GEPI, GEPOffset))
933       llvm_unreachable("Unable to compute constant offset for use");
934
935     enqueueUsers(GEPI, GEPOffset);
936   }
937
938   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
939     handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset);
940   }
941
942   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
943     handleLoadOrStore(SI.getOperand(0)->getType(), SI, Offset);
944   }
945
946   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
947     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
948     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
949     insertUse(II, Offset, Size);
950   }
951
952   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
953     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
954     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
955     if (!Size)
956       return markAsDead(II);
957
958     MemTransferOffsets &Offsets = P.MemTransferInstData[&II];
959     if (!II.isVolatile() && Offsets.DestEnd && Offsets.SourceEnd &&
960         Offsets.DestBegin == Offsets.SourceBegin)
961       return markAsDead(II); // Skip identity transfers without side-effects.
962
963     insertUse(II, Offset, Size);
964   }
965
966   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
967     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
968            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
969
970     ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
971     insertUse(II, Offset,
972               std::min(AllocSize - Offset, Length->getLimitedValue()));
973   }
974
975   void insertPHIOrSelect(Instruction &User, uint64_t Offset) {
976     uint64_t Size = P.PHIOrSelectSizes.lookup(&User).first;
977
978     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
979     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
980     // case them here and use a separate structure to track the operands
981     // themselves which should be replaced with undef.
982     if (Offset >= AllocSize) {
983       P.DeadOperands.push_back(U);
984       return;
985     }
986
987     insertUse(User, Offset, Size);
988   }
989   void visitPHINode(PHINode &PN) {
990     if (PN.use_empty())
991       return markAsDead(PN);
992
993     insertPHIOrSelect(PN, Offset);
994   }
995   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
996     if (SI.use_empty())
997       return markAsDead(SI);
998
999     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
1000       if (Result == *U)
1001         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
1002         // through the select as if we had RAUW'ed it.
1003         enqueueUsers(SI, Offset);
1004       else
1005         // Otherwise the operand to the select is dead, and we can replace it
1006         // with undef.
1007         P.DeadOperands.push_back(U);
1008
1009       return;
1010     }
1011
1012     insertPHIOrSelect(SI, Offset);
1013   }
1014
1015   /// \brief Unreachable, we've already visited the alloca once.
1016   void visitInstruction(Instruction &I) {
1017     llvm_unreachable("Unhandled instruction in use builder.");
1018   }
1019 };
1020
1021 void AllocaPartitioning::splitAndMergePartitions() {
1022   size_t NumDeadPartitions = 0;
1023
1024   // Track the range of splittable partitions that we pass when accumulating
1025   // overlapping unsplittable partitions.
1026   uint64_t SplitEndOffset = 0ull;
1027
1028   Partition New(0ull, 0ull, false);
1029
1030   for (unsigned i = 0, j = i, e = Partitions.size(); i != e; i = j) {
1031     ++j;
1032
1033     if (!Partitions[i].IsSplittable || New.BeginOffset == New.EndOffset) {
1034       assert(New.BeginOffset == New.EndOffset);
1035       New = Partitions[i];
1036     } else {
1037       assert(New.IsSplittable);
1038       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[i].EndOffset);
1039     }
1040     assert(New.BeginOffset != New.EndOffset);
1041
1042     // Scan the overlapping partitions.
1043     while (j != e && New.EndOffset > Partitions[j].BeginOffset) {
1044       // If the new partition we are forming is splittable, stop at the first
1045       // unsplittable partition.
1046       if (New.IsSplittable && !Partitions[j].IsSplittable)
1047         break;
1048
1049       // Grow the new partition to include any equally splittable range. 'j' is
1050       // always equally splittable when New is splittable, but when New is not
1051       // splittable, we may subsume some (or part of some) splitable partition
1052       // without growing the new one.
1053       if (New.IsSplittable == Partitions[j].IsSplittable) {
1054         New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[j].EndOffset);
1055       } else {
1056         assert(!New.IsSplittable);
1057         assert(Partitions[j].IsSplittable);
1058         SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, Partitions[j].EndOffset);
1059       }
1060
1061       Partitions[j].kill();
1062       ++NumDeadPartitions;
1063       ++j;
1064     }
1065
1066     // If the new partition is splittable, chop off the end as soon as the
1067     // unsplittable subsequent partition starts and ensure we eventually cover
1068     // the splittable area.
1069     if (j != e && New.IsSplittable) {
1070       SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, New.EndOffset);
1071       New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
1072     }
1073
1074     // Add the new partition if it differs from the original one and is
1075     // non-empty. We can end up with an empty partition here if it was
1076     // splittable but there is an unsplittable one that starts at the same
1077     // offset.
1078     if (New != Partitions[i]) {
1079       if (New.BeginOffset != New.EndOffset)
1080         Partitions.push_back(New);
1081       // Mark the old one for removal.
1082       Partitions[i].kill();
1083       ++NumDeadPartitions;
1084     }
1085
1086     New.BeginOffset = New.EndOffset;
1087     if (!New.IsSplittable) {
1088       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, SplitEndOffset);
1089       if (j != e && !Partitions[j].IsSplittable)
1090         New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
1091       New.IsSplittable = true;
1092       // If there is a trailing splittable partition which won't be fused into
1093       // the next splittable partition go ahead and add it onto the partitions
1094       // list.
1095       if (New.BeginOffset < New.EndOffset &&
1096           (j == e || !Partitions[j].IsSplittable ||
1097            New.EndOffset < Partitions[j].BeginOffset)) {
1098         Partitions.push_back(New);
1099         New.BeginOffset = New.EndOffset = 0ull;
1100       }
1101     }
1102   }
1103
1104   // Re-sort the partitions now that they have been split and merged into
1105   // disjoint set of partitions. Also remove any of the dead partitions we've
1106   // replaced in the process.
1107   std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1108   if (NumDeadPartitions) {
1109     assert(Partitions.back().isDead());
1110     assert((ptrdiff_t)NumDeadPartitions ==
1111            std::count(Partitions.begin(), Partitions.end(), Partitions.back()));
1112   }
1113   Partitions.erase(Partitions.end() - NumDeadPartitions, Partitions.end());
1114 }
1115
1116 AllocaPartitioning::AllocaPartitioning(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI)
1117     :
1118 #ifndef NDEBUG
1119       AI(AI),
1120 #endif
1121       PointerEscapingInstr(0) {
1122   PartitionBuilder PB(TD, AI, *this);
1123   if (!PB())
1124     return;
1125
1126   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
1127   // and the sizes to be in descending order.
1128   std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1129
1130   // Remove any partitions from the back which are marked as dead.
1131   while (!Partitions.empty() && Partitions.back().isDead())
1132     Partitions.pop_back();
1133
1134   if (Partitions.size() > 1) {
1135     // Intersect splittability for all partitions with equal offsets and sizes.
1136     // Then remove all but the first so that we have a sequence of non-equal but
1137     // potentially overlapping partitions.
1138     for (iterator I = Partitions.begin(), J = I, E = Partitions.end(); I != E;
1139          I = J) {
1140       ++J;
1141       while (J != E && *I == *J) {
1142         I->IsSplittable &= J->IsSplittable;
1143         ++J;
1144       }
1145     }
1146     Partitions.erase(std::unique(Partitions.begin(), Partitions.end()),
1147                      Partitions.end());
1148
1149     // Split splittable and merge unsplittable partitions into a disjoint set
1150     // of partitions over the used space of the allocation.
1151     splitAndMergePartitions();
1152   }
1153
1154   // Now build up the user lists for each of these disjoint partitions by
1155   // re-walking the recursive users of the alloca.
1156   Uses.resize(Partitions.size());
1157   UseBuilder UB(TD, AI, *this);
1158   UB();
1159 }
1160
1161 Type *AllocaPartitioning::getCommonType(iterator I) const {
1162   Type *Ty = 0;
1163   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I); UI != UE; ++UI) {
1164     if (!UI->U)
1165       continue; // Skip dead uses.
1166     if (isa<IntrinsicInst>(*UI->U->getUser()))
1167       continue;
1168     if (UI->BeginOffset != I->BeginOffset || UI->EndOffset != I->EndOffset)
1169       continue;
1170
1171     Type *UserTy = 0;
1172     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UI->U->getUser())) {
1173       UserTy = LI->getType();
1174     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI->U->getUser())) {
1175       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1176     }
1177
1178     if (Ty && Ty != UserTy)
1179       return 0;
1180
1181     Ty = UserTy;
1182   }
1183   return Ty;
1184 }
1185
1186 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1187
1188 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1189                                StringRef Indent) const {
1190   OS << Indent << "partition #" << (I - begin())
1191      << " [" << I->BeginOffset << "," << I->EndOffset << ")"
1192      << (I->IsSplittable ? " (splittable)" : "")
1193      << (Uses[I - begin()].empty() ? " (zero uses)" : "")
1194      << "\n";
1195 }
1196
1197 void AllocaPartitioning::printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1198                                     StringRef Indent) const {
1199   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I);
1200        UI != UE; ++UI) {
1201     if (!UI->U)
1202       continue; // Skip dead uses.
1203     OS << Indent << "  [" << UI->BeginOffset << "," << UI->EndOffset << ") "
1204        << "used by: " << *UI->U->getUser() << "\n";
1205     if (MemTransferInst *II = dyn_cast<MemTransferInst>(UI->U->getUser())) {
1206       const MemTransferOffsets &MTO = MemTransferInstData.lookup(II);
1207       bool IsDest;
1208       if (!MTO.IsSplittable)
1209         IsDest = UI->BeginOffset == MTO.DestBegin;
1210       else
1211         IsDest = MTO.DestBegin != 0u;
1212       OS << Indent << "    (original " << (IsDest ? "dest" : "source") << ": "
1213          << "[" << (IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin)
1214          << "," << (IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd) << ")\n";
1215     }
1216   }
1217 }
1218
1219 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS) const {
1220   if (PointerEscapingInstr) {
1221     OS << "No partitioning for alloca: " << AI << "\n"
1222        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
1223        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
1224     return;
1225   }
1226
1227   OS << "Partitioning of alloca: " << AI << "\n";
1228   unsigned Num = 0;
1229   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I, ++Num) {
1230     print(OS, I);
1231     printUsers(OS, I);
1232   }
1233 }
1234
1235 void AllocaPartitioning::dump(const_iterator I) const { print(dbgs(), I); }
1236 void AllocaPartitioning::dump() const { print(dbgs()); }
1237
1238 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1239
1240
1241 namespace {
1242 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
1243 ///
1244 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
1245 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
1246 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
1247 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
1248 /// scalar values.
1249 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1250   AllocaInst &AI;
1251   DIBuilder &DIB;
1252
1253   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
1254   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
1255
1256 public:
1257   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
1258                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
1259     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
1260
1261   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
1262     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
1263     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
1264       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
1265                                UE = DebugNode->use_end();
1266            UI != UE; ++UI)
1267         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
1268           DDIs.push_back(DDI);
1269         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
1270           DVIs.push_back(DVI);
1271     }
1272
1273     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1274     AI.eraseFromParent();
1275     while (!DDIs.empty())
1276       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1277     while (!DVIs.empty())
1278       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1279   }
1280
1281   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
1282                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
1283     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1284       return LI->getOperand(0) == &AI;
1285     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == &AI;
1286   }
1287
1288   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
1289     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::const_iterator I = DDIs.begin(),
1290            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1291       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1292       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1293         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
1294       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
1295         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
1296     }
1297     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::const_iterator I = DVIs.begin(),
1298            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1299       DbgValueInst *DVI = *I;
1300       Value *Arg = NULL;
1301       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1302         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
1303         // may be zapped by an optimization pass in future.
1304         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
1305           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
1306         if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
1307           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
1308         if (!Arg)
1309           Arg = SI->getOperand(0);
1310       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
1311         Arg = LI->getOperand(0);
1312       } else {
1313         continue;
1314       }
1315       Instruction *DbgVal =
1316         DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
1317                                      Inst);
1318       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1319     }
1320   }
1321 };
1322 } // end anon namespace
1323
1324
1325 namespace {
1326 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
1327 ///
1328 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
1329 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
1330 /// a few steps to this process.
1331 ///
1332 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
1333 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
1334 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
1335 ///    as necessary and try to isolate invidual scalar accesses.
1336 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
1337 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
1338 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
1339 ///    select to be a PHI or select of the results.
1340 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
1341 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
1342 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
1343 ///    SSA vector values.
1344 class SROA : public FunctionPass {
1345   const bool RequiresDomTree;
1346
1347   LLVMContext *C;
1348   const DataLayout *TD;
1349   DominatorTree *DT;
1350
1351   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
1352   ///
1353   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
1354   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
1355   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
1356   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
1357   /// already present to ensure it is re-visited.
1358   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
1359
1360   /// \brief A collection of instructions to delete.
1361   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
1362   /// efficient.
1363   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
1364
1365   /// \brief A set to prevent repeatedly marking an instruction split into many
1366   /// uses as dead. Only used to guard insertion into DeadInsts.
1367   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DeadSplitInsts;
1368
1369   /// \brief Post-promotion worklist.
1370   ///
1371   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
1372   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
1373   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
1374   ///
1375   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
1376   /// the event they are deleted.
1377   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
1378
1379   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
1380   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
1381
1382 public:
1383   SROA(bool RequiresDomTree = true)
1384       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
1385         C(0), TD(0), DT(0) {
1386     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1387   }
1388   bool runOnFunction(Function &F);
1389   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1390
1391   const char *getPassName() const { return "SROA"; }
1392   static char ID;
1393
1394 private:
1395   friend class PHIOrSelectSpeculator;
1396   friend class AllocaPartitionRewriter;
1397   friend class AllocaPartitionVectorRewriter;
1398
1399   bool rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
1400                               AllocaPartitioning &P,
1401                               AllocaPartitioning::iterator PI);
1402   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P);
1403   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
1404   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> &DeletedAllocas);
1405   bool promoteAllocas(Function &F);
1406 };
1407 }
1408
1409 char SROA::ID = 0;
1410
1411 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
1412   return new SROA(RequiresDomTree);
1413 }
1414
1415 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1416                       false, false)
1417 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
1418 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1419                     false, false)
1420
1421 namespace {
1422 /// \brief Visitor to speculate PHIs and Selects where possible.
1423 class PHIOrSelectSpeculator : public InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator> {
1424   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1425   friend class llvm::InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator>;
1426
1427   const DataLayout &TD;
1428   AllocaPartitioning &P;
1429   SROA &Pass;
1430
1431 public:
1432   PHIOrSelectSpeculator(const DataLayout &TD, AllocaPartitioning &P, SROA &Pass)
1433     : TD(TD), P(P), Pass(Pass) {}
1434
1435   /// \brief Visit the users of an alloca partition and rewrite them.
1436   void visitUsers(AllocaPartitioning::const_iterator PI) {
1437     // Note that we need to use an index here as the underlying vector of uses
1438     // may be grown during speculation. However, we never need to re-visit the
1439     // new uses, and so we can use the initial size bound.
1440     for (unsigned Idx = 0, Size = P.use_size(PI); Idx != Size; ++Idx) {
1441       const AllocaPartitioning::PartitionUse &PU = P.getUse(PI, Idx);
1442       if (!PU.U)
1443         continue; // Skip dead use.
1444
1445       visit(cast<Instruction>(PU.U->getUser()));
1446     }
1447   }
1448
1449 private:
1450   // By default, skip this instruction.
1451   void visitInstruction(Instruction &I) {}
1452
1453   /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1454   /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1455   /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1456   /// From this:
1457   ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1458   ///   %V = load i32* %P2
1459   /// to:
1460   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1461   ///   ...
1462   ///   %V2 = load i32* %Other
1463   ///   ...
1464   ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1465   ///
1466   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1467   /// to the select can be loaded unconditionally.
1468   ///
1469   /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1470   /// Transforms/Util/Local.h
1471   bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN, SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
1472     // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1473     // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1474     // TODO: Allow recursive phi users.
1475     // TODO: Allow stores.
1476     BasicBlock *BB = PN.getParent();
1477     unsigned MaxAlign = 0;
1478     for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end();
1479          UI != UE; ++UI) {
1480       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1481       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1482
1483       // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1484       // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1485       // a PHI.
1486       if (LI->getParent() != BB) return false;
1487
1488       // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1489       // could store.
1490       for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1491         if (BBI->mayWriteToMemory())
1492           return false;
1493
1494       MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1495       Loads.push_back(LI);
1496     }
1497
1498     // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1499     // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1500     // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1501     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num;
1502          ++Idx) {
1503       TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1504       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1505
1506       // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1507       // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1508       // in the predecessor.
1509       if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1510         return false;
1511
1512       // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1513       // critical.
1514       if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1515         continue;
1516
1517       // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1518       // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1519       // block.
1520       if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1521           isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, &TD))
1522         continue;
1523
1524       return false;
1525     }
1526
1527     return true;
1528   }
1529
1530   void visitPHINode(PHINode &PN) {
1531     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1532
1533     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
1534     if (!isSafePHIToSpeculate(PN, Loads))
1535       return;
1536
1537     assert(!Loads.empty());
1538
1539     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1540     IRBuilder<> PHIBuilder(&PN);
1541     PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1542                                           PN.getName() + ".sroa.speculated");
1543
1544     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1545     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1546     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(Loads.back());
1547     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1548     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1549
1550     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1551     do {
1552       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
1553       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1554       Pass.DeadInsts.push_back(LI);
1555     } while (!Loads.empty());
1556
1557     // Inject loads into all of the pred blocks.
1558     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1559       BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1560       TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1561       Use *InUse = &PN.getOperandUse(PN.getOperandNumForIncomingValue(Idx));
1562       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1563       IRBuilder<> PredBuilder(TI);
1564
1565       LoadInst *Load
1566         = PredBuilder.CreateLoad(InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." +
1567                                          Pred->getName()));
1568       ++NumLoadsSpeculated;
1569       Load->setAlignment(Align);
1570       if (TBAATag)
1571         Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1572       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1573
1574       Instruction *Ptr = dyn_cast<Instruction>(InVal);
1575       if (!Ptr)
1576         // No uses to rewrite.
1577         continue;
1578
1579       // Try to lookup and rewrite any partition uses corresponding to this phi
1580       // input.
1581       AllocaPartitioning::iterator PI
1582         = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(InUse);
1583       if (PI == P.end())
1584         continue;
1585
1586       // Replace the Use in the PartitionUse for this operand with the Use
1587       // inside the load.
1588       AllocaPartitioning::use_iterator UI
1589         = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(InUse);
1590       assert(isa<PHINode>(*UI->U->getUser()));
1591       UI->U = &Load->getOperandUse(Load->getPointerOperandIndex());
1592     }
1593     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1594   }
1595
1596   /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1597   /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1598   /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1599   /// From this:
1600   ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1601   ///   %V = load i32* %P2
1602   /// to:
1603   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1604   ///   %V2 = load i32* %Other
1605   ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1606   ///
1607   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1608   /// to the select can be loaded unconditionally.
1609   bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
1610                                SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
1611     Value *TValue = SI.getTrueValue();
1612     Value *FValue = SI.getFalseValue();
1613     bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
1614     bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
1615
1616     for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end();
1617          UI != UE; ++UI) {
1618       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1619       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1620
1621       // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1622       // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1623       // accesses to it.
1624       if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI,
1625                                                       LI->getAlignment(), &TD))
1626         return false;
1627       if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI,
1628                                                       LI->getAlignment(), &TD))
1629         return false;
1630       Loads.push_back(LI);
1631     }
1632
1633     return true;
1634   }
1635
1636   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
1637     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1638     IRBuilder<> IRB(&SI);
1639
1640     // If the select isn't safe to speculate, just use simple logic to emit it.
1641     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
1642     if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, Loads))
1643       return;
1644
1645     Use *Ops[2] = { &SI.getOperandUse(1), &SI.getOperandUse(2) };
1646     AllocaPartitioning::iterator PIs[2];
1647     AllocaPartitioning::PartitionUse PUs[2];
1648     for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
1649       PIs[i] = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
1650       if (PIs[i] != P.end()) {
1651         // If the pointer is within the partitioning, remove the select from
1652         // its uses. We'll add in the new loads below.
1653         AllocaPartitioning::use_iterator UI
1654           = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
1655         PUs[i] = *UI;
1656         // Clear out the use here so that the offsets into the use list remain
1657         // stable but this use is ignored when rewriting.
1658         UI->U = 0;
1659       }
1660     }
1661
1662     Value *TV = SI.getTrueValue();
1663     Value *FV = SI.getFalseValue();
1664     // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1665     while (!Loads.empty()) {
1666       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
1667
1668       IRB.SetInsertPoint(LI);
1669       LoadInst *TL =
1670         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1671       LoadInst *FL =
1672         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1673       NumLoadsSpeculated += 2;
1674
1675       // Transfer alignment and TBAA info if present.
1676       TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1677       FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1678       if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1679         TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1680         FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1681       }
1682
1683       Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1684                                   LI->getName() + ".sroa.speculated");
1685
1686       LoadInst *Loads[2] = { TL, FL };
1687       for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
1688         if (PIs[i] != P.end()) {
1689           Use *LoadUse = &Loads[i]->getOperandUse(0);
1690           assert(PUs[i].U->get() == LoadUse->get());
1691           PUs[i].U = LoadUse;
1692           P.use_push_back(PIs[i], PUs[i]);
1693         }
1694       }
1695
1696       DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1697       LI->replaceAllUsesWith(V);
1698       Pass.DeadInsts.push_back(LI);
1699     }
1700   }
1701 };
1702 }
1703
1704 /// \brief Accumulate the constant offsets in a GEP into a single APInt offset.
1705 ///
1706 /// If the provided GEP is all-constant, the total byte offset formed by the
1707 /// GEP is computed and Offset is set to it. If the GEP has any non-constant
1708 /// operands, the function returns false and the value of Offset is unmodified.
1709 static bool accumulateGEPOffsets(const DataLayout &TD, GEPOperator &GEP,
1710                                  APInt &Offset) {
1711   APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1712   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1713        GTI != GTE; ++GTI) {
1714     ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1715     if (!OpC)
1716       return false;
1717     if (OpC->isZero()) continue;
1718
1719     // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
1720     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1721       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1722       const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1723       GEPOffset += APInt(Offset.getBitWidth(),
1724                          SL->getElementOffset(ElementIdx));
1725       continue;
1726     }
1727
1728     APInt TypeSize(Offset.getBitWidth(),
1729                    TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
1730     if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(*GTI)) {
1731       assert((VTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
1732              "vector element size is not a multiple of 8, cannot GEP over it");
1733       TypeSize = VTy->getScalarSizeInBits() / 8;
1734     }
1735
1736     GEPOffset += OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth()) * TypeSize;
1737   }
1738   Offset = GEPOffset;
1739   return true;
1740 }
1741
1742 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1743 ///
1744 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1745 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1746 static Value *buildGEP(IRBuilder<> &IRB, Value *BasePtr,
1747                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1748                        const Twine &Prefix) {
1749   if (Indices.empty())
1750     return BasePtr;
1751
1752   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1753   // in that case.
1754   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1755     return BasePtr;
1756
1757   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, Prefix + ".idx");
1758 }
1759
1760 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1761 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1762 ///
1763 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1764 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1765 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1766 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1767 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1768 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1769 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1770                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1771                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1772                                     const Twine &Prefix) {
1773   if (Ty == TargetTy)
1774     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1775
1776   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1777   // type.
1778   unsigned NumLayers = 0;
1779   Type *ElementTy = Ty;
1780   do {
1781     if (ElementTy->isPointerTy())
1782       break;
1783     if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
1784       ElementTy = SeqTy->getElementType();
1785       // Note that we use the default address space as this index is over an
1786       // array or a vector, not a pointer.
1787       Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(TD.getPointerSizeInBits(0), 0)));
1788     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1789       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1790         break; // Nothing left to descend into.
1791       ElementTy = *STy->element_begin();
1792       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1793     } else {
1794       break;
1795     }
1796     ++NumLayers;
1797   } while (ElementTy != TargetTy);
1798   if (ElementTy != TargetTy)
1799     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1800
1801   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1802 }
1803
1804 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1805 ///
1806 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1807 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1808 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1809                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1810                                        Type *TargetTy,
1811                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1812                                        const Twine &Prefix) {
1813   if (Offset == 0)
1814     return getNaturalGEPWithType(IRB, TD, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, Prefix);
1815
1816   // We can't recurse through pointer types.
1817   if (Ty->isPointerTy())
1818     return 0;
1819
1820   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1821   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1822   // over a vector from the IR completely.
1823   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1824     unsigned ElementSizeInBits = VecTy->getScalarSizeInBits();
1825     if (ElementSizeInBits % 8)
1826       return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1827     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1828     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1829     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1830       return 0;
1831     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1832     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1833     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, VecTy->getElementType(),
1834                                     Offset, TargetTy, Indices, Prefix);
1835   }
1836
1837   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1838     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1839     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1840     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1841     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1842       return 0;
1843
1844     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1845     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1846     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1847                                     Indices, Prefix);
1848   }
1849
1850   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1851   if (!STy)
1852     return 0;
1853
1854   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1855   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1856   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1857     return 0;
1858   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1859   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1860   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1861   if (Offset.uge(TD.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1862     return 0; // The offset points into alignment padding.
1863
1864   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1865   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1866                                   Indices, Prefix);
1867 }
1868
1869 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1870 /// resulting in a particular type.
1871 ///
1872 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1873 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1874 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1875 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1876 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1877 ///
1878 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1879 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1880                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1881                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1882                                       const Twine &Prefix) {
1883   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1884
1885   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1886   // an i8.
1887   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
1888     return 0;
1889
1890   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1891   if (!ElementTy->isSized())
1892     return 0; // We can't GEP through an unsized element.
1893   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1894   if (ElementSize == 0)
1895     return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1896   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1897
1898   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1899   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1900   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1901                                   Indices, Prefix);
1902 }
1903
1904 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1905 /// resulting pointer has PointerTy.
1906 ///
1907 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1908 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1909 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1910 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1911 /// bitcast to the type.
1912 ///
1913 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1914 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1915 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1916 /// properities. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1917 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1918 /// surrounding code.
1919 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1920                              Value *Ptr, APInt Offset, Type *PointerTy,
1921                              const Twine &Prefix) {
1922   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1923   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1924   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1925   Visited.insert(Ptr);
1926   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1927
1928   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1929   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1930   // fall back to it, so keep it around here.
1931   Value *OffsetPtr = 0;
1932
1933   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1934   // byte offset.
1935   Value *Int8Ptr = 0;
1936   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1937
1938   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1939
1940   do {
1941     // First fold any existing GEPs into the offset.
1942     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1943       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1944       if (!accumulateGEPOffsets(TD, *GEP, GEPOffset))
1945         break;
1946       Offset += GEPOffset;
1947       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1948       if (!Visited.insert(Ptr))
1949         break;
1950     }
1951
1952     // See if we can perform a natural GEP here.
1953     Indices.clear();
1954     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, TD, Ptr, Offset, TargetTy,
1955                                            Indices, Prefix)) {
1956       if (P->getType() == PointerTy) {
1957         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1958         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1959           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1960             I->eraseFromParent();
1961         return P;
1962       }
1963       if (!OffsetPtr) {
1964         OffsetPtr = P;
1965       }
1966     }
1967
1968     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1969     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1970       Int8Ptr = Ptr;
1971       Int8PtrOffset = Offset;
1972     }
1973
1974     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1975     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1976       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1977     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1978       if (GA->mayBeOverridden())
1979         break;
1980       Ptr = GA->getAliasee();
1981     } else {
1982       break;
1983     }
1984     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1985   } while (Visited.insert(Ptr));
1986
1987   if (!OffsetPtr) {
1988     if (!Int8Ptr) {
1989       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
1990                                   Prefix + ".raw_cast");
1991       Int8PtrOffset = Offset;
1992     }
1993
1994     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1995       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1996                             Prefix + ".raw_idx");
1997   }
1998   Ptr = OffsetPtr;
1999
2000   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
2001   if (Ptr->getType() != PointerTy)
2002     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, Prefix + ".cast");
2003
2004   return Ptr;
2005 }
2006
2007 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
2008 ///
2009 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
2010 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
2011 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
2012 /// underlying value, and convert that value.
2013 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
2014   if (OldTy == NewTy)
2015     return true;
2016   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
2017     return false;
2018   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
2019     return false;
2020
2021   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
2022     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
2023       return true;
2024     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
2025       return true;
2026     return false;
2027   }
2028
2029   return true;
2030 }
2031
2032 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
2033 /// type.
2034 ///
2035 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
2036 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
2037 /// two types for viability with this routine.
2038 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilder<> &IRB, Value *V,
2039                            Type *Ty) {
2040   assert(canConvertValue(DL, V->getType(), Ty) &&
2041          "Value not convertable to type");
2042   if (V->getType() == Ty)
2043     return V;
2044   if (V->getType()->isIntegerTy() && Ty->isPointerTy())
2045     return IRB.CreateIntToPtr(V, Ty);
2046   if (V->getType()->isPointerTy() && Ty->isIntegerTy())
2047     return IRB.CreatePtrToInt(V, Ty);
2048
2049   return IRB.CreateBitCast(V, Ty);
2050 }
2051
2052 /// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to a vector.
2053 ///
2054 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
2055 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
2056 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
2057 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
2058 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
2059 /// be promotable, so we have an early test here.
2060 static bool isVectorPromotionViable(const DataLayout &TD,
2061                                     Type *AllocaTy,
2062                                     AllocaPartitioning &P,
2063                                     uint64_t PartitionBeginOffset,
2064                                     uint64_t PartitionEndOffset,
2065                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2066                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2067   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
2068   if (!Ty)
2069     return false;
2070
2071   uint64_t VecSize = TD.getTypeSizeInBits(Ty);
2072   uint64_t ElementSize = Ty->getScalarSizeInBits();
2073
2074   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
2075   // that aren't byte sized.
2076   if (ElementSize % 8)
2077     return false;
2078   assert((VecSize % 8) == 0 && "vector size not a multiple of element size?");
2079   VecSize /= 8;
2080   ElementSize /= 8;
2081
2082   for (; I != E; ++I) {
2083     if (!I->U)
2084       continue; // Skip dead use.
2085
2086     uint64_t BeginOffset = I->BeginOffset - PartitionBeginOffset;
2087     uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
2088     if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
2089         BeginIndex >= Ty->getNumElements())
2090       return false;
2091     uint64_t EndOffset = I->EndOffset - PartitionBeginOffset;
2092     uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
2093     if (EndIndex * ElementSize != EndOffset ||
2094         EndIndex > Ty->getNumElements())
2095       return false;
2096
2097     // FIXME: We should build shuffle vector instructions to handle
2098     // non-element-sized accesses.
2099     if ((EndOffset - BeginOffset) != ElementSize &&
2100         (EndOffset - BeginOffset) != VecSize)
2101       return false;
2102
2103     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
2104       if (MI->isVolatile())
2105         return false;
2106       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
2107         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2108           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
2109         if (!MTO.IsSplittable)
2110           return false;
2111       }
2112     } else if (I->U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
2113       // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
2114       return false;
2115     } else if (!isa<LoadInst>(I->U->getUser()) &&
2116                !isa<StoreInst>(I->U->getUser())) {
2117       return false;
2118     }
2119   }
2120   return true;
2121 }
2122
2123 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
2124 /// widened to promotable ones.
2125 ///
2126 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
2127 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
2128 /// promote the resulting alloca.
2129 static bool isIntegerWideningViable(const DataLayout &TD,
2130                                     Type *AllocaTy,
2131                                     uint64_t AllocBeginOffset,
2132                                     AllocaPartitioning &P,
2133                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2134                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2135   uint64_t SizeInBits = TD.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
2136
2137   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
2138   if (SizeInBits != TD.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
2139     return false;
2140
2141   uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(AllocaTy);
2142
2143   // Check the uses to ensure the uses are (likely) promoteable integer uses.
2144   // Also ensure that the alloca has a covering load or store. We don't want
2145   // to widen the integer operotains only to fail to promote due to some other
2146   // unsplittable entry (which we may make splittable later).
2147   bool WholeAllocaOp = false;
2148   for (; I != E; ++I) {
2149     if (!I->U)
2150       continue; // Skip dead use.
2151
2152     uint64_t RelBegin = I->BeginOffset - AllocBeginOffset;
2153     uint64_t RelEnd = I->EndOffset - AllocBeginOffset;
2154
2155     // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
2156     // the end of the aloca's type and into its padding.
2157     if (RelEnd > Size)
2158       return false;
2159
2160     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->U->getUser())) {
2161       if (LI->isVolatile())
2162         return false;
2163       if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2164         WholeAllocaOp = true;
2165       if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
2166         if (ITy->getBitWidth() < TD.getTypeStoreSize(ITy))
2167           return false;
2168         continue;
2169       }
2170       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
2171       // they are promotable.
2172       if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2173           !canConvertValue(TD, AllocaTy, LI->getType()))
2174         return false;
2175     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I->U->getUser())) {
2176       Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
2177       if (SI->isVolatile())
2178         return false;
2179       if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2180         WholeAllocaOp = true;
2181       if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
2182         if (ITy->getBitWidth() < TD.getTypeStoreSize(ITy))
2183           return false;
2184         continue;
2185       }
2186       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
2187       // they are promotable.
2188       if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2189           !canConvertValue(TD, ValueTy, AllocaTy))
2190         return false;
2191     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
2192       if (MI->isVolatile())
2193         return false;
2194       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
2195         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2196           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
2197         if (!MTO.IsSplittable)
2198           return false;
2199       }
2200     } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->U->getUser())) {
2201       if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
2202           II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
2203         return false;
2204     } else {
2205       return false;
2206     }
2207   }
2208   return WholeAllocaOp;
2209 }
2210
2211 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilder<> &IRB, Value *V,
2212                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
2213                              const Twine &Name) {
2214   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2215   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2216          "Element extends past full value");
2217   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
2218   if (DL.isBigEndian())
2219     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2220   if (ShAmt)
2221     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
2222   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2223          "Cannot extract to a larger integer!");
2224   if (Ty != IntTy)
2225     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
2226   return V;
2227 }
2228
2229 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilder<> &IRB, Value *Old,
2230                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
2231   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
2232   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
2233   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2234          "Cannot insert a larger integer!");
2235   if (Ty != IntTy)
2236     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
2237   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2238          "Element store outside of alloca store");
2239   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
2240   if (DL.isBigEndian())
2241     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2242   if (ShAmt)
2243     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
2244
2245   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
2246     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
2247     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
2248     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
2249   }
2250   return V;
2251 }
2252
2253 namespace {
2254 /// \brief Visitor to rewrite instructions using a partition of an alloca to
2255 /// use a new alloca.
2256 ///
2257 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
2258 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
2259 /// lives here.
2260 class AllocaPartitionRewriter : public InstVisitor<AllocaPartitionRewriter,
2261                                                    bool> {
2262   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2263   friend class llvm::InstVisitor<AllocaPartitionRewriter, bool>;
2264
2265   const DataLayout &TD;
2266   AllocaPartitioning &P;
2267   SROA &Pass;
2268   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2269   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2270   Type *NewAllocaTy;
2271
2272   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2273   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2274   // non-null, we have some strict guarantees about the rewriten alloca:
2275   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2276   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2277   //     element.
2278   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2279   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2280   //     which are promotable via mem2reg.
2281   VectorType *VecTy;
2282   Type *ElementTy;
2283   uint64_t ElementSize;
2284
2285   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2286   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
2287   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
2288   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2289   IntegerType *IntTy;
2290
2291   // The offset of the partition user currently being rewritten.
2292   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
2293   Use *OldUse;
2294   Instruction *OldPtr;
2295
2296   // The name prefix to use when rewriting instructions for this alloca.
2297   std::string NamePrefix;
2298
2299 public:
2300   AllocaPartitionRewriter(const DataLayout &TD, AllocaPartitioning &P,
2301                           AllocaPartitioning::iterator PI,
2302                           SROA &Pass, AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2303                           uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset)
2304     : TD(TD), P(P), Pass(Pass),
2305       OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2306       NewAllocaBeginOffset(NewBeginOffset),
2307       NewAllocaEndOffset(NewEndOffset),
2308       NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
2309       VecTy(), ElementTy(), ElementSize(), IntTy(),
2310       BeginOffset(), EndOffset() {
2311   }
2312
2313   /// \brief Visit the users of the alloca partition and rewrite them.
2314   bool visitUsers(AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2315                   AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2316     if (isVectorPromotionViable(TD, NewAI.getAllocatedType(), P,
2317                                 NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset,
2318                                 I, E)) {
2319       ++NumVectorized;
2320       VecTy = cast<VectorType>(NewAI.getAllocatedType());
2321       ElementTy = VecTy->getElementType();
2322       assert((VecTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
2323              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2324       ElementSize = VecTy->getScalarSizeInBits() / 8;
2325     } else if (isIntegerWideningViable(TD, NewAI.getAllocatedType(),
2326                                        NewAllocaBeginOffset, P, I, E)) {
2327       IntTy = Type::getIntNTy(NewAI.getContext(),
2328                               TD.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()));
2329     }
2330     bool CanSROA = true;
2331     for (; I != E; ++I) {
2332       if (!I->U)
2333         continue; // Skip dead uses.
2334       BeginOffset = I->BeginOffset;
2335       EndOffset = I->EndOffset;
2336       OldUse = I->U;
2337       OldPtr = cast<Instruction>(I->U->get());
2338       NamePrefix = (Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset)).str();
2339       CanSROA &= visit(cast<Instruction>(I->U->getUser()));
2340     }
2341     if (VecTy) {
2342       assert(CanSROA);
2343       VecTy = 0;
2344       ElementTy = 0;
2345       ElementSize = 0;
2346     }
2347     if (IntTy) {
2348       assert(CanSROA);
2349       IntTy = 0;
2350     }
2351     return CanSROA;
2352   }
2353
2354 private:
2355   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2356   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2357     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2358     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2359   }
2360
2361   Twine getName(const Twine &Suffix) {
2362     return NamePrefix + Suffix;
2363   }
2364
2365   Value *getAdjustedAllocaPtr(IRBuilder<> &IRB, Type *PointerTy) {
2366     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset);
2367     unsigned AS = cast<PointerType>(PointerTy)->getAddressSpace();
2368     APInt Offset(TD.getPointerSizeInBits(AS), BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2369     return getAdjustedPtr(IRB, TD, &NewAI, Offset, PointerTy, getName(""));
2370   }
2371
2372   /// \brief Compute suitable alignment to access an offset into the new alloca.
2373   unsigned getOffsetAlign(uint64_t Offset) {
2374     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2375     if (!NewAIAlign)
2376       NewAIAlign = TD.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2377     return MinAlign(NewAIAlign, Offset);
2378   }
2379
2380   /// \brief Compute suitable alignment to access this partition of the new
2381   /// alloca.
2382   unsigned getPartitionAlign() {
2383     return getOffsetAlign(BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2384   }
2385
2386   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at an offset of the
2387   /// new alloca.
2388   ///
2389   /// \returns zero if the type's ABI alignment is a suitable alignment,
2390   /// otherwise returns the maximal suitable alignment.
2391   unsigned getOffsetTypeAlign(Type *Ty, uint64_t Offset) {
2392     unsigned Align = getOffsetAlign(Offset);
2393     return Align == TD.getABITypeAlignment(Ty) ? 0 : Align;
2394   }
2395
2396   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at the beginning of
2397   /// this partition of the new alloca.
2398   ///
2399   /// See \c getOffsetTypeAlign for details; this routine delegates to it.
2400   unsigned getPartitionTypeAlign(Type *Ty) {
2401     return getOffsetTypeAlign(Ty, BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2402   }
2403
2404   ConstantInt *getIndex(IRBuilder<> &IRB, uint64_t Offset) {
2405     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2406     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2407     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2408     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2409     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2410     return IRB.getInt32(Index);
2411   }
2412
2413   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2414     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2415     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2416       Pass.DeadInsts.push_back(I);
2417   }
2418
2419   bool rewriteVectorizedLoadInst(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI, Value *OldOp) {
2420     Value *Result;
2421     if (LI.getType() == VecTy->getElementType() ||
2422         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2423       Result = IRB.CreateExtractElement(
2424         IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), getName(".load")),
2425         getIndex(IRB, BeginOffset), getName(".extract"));
2426     } else {
2427       Result = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2428                                      getName(".load"));
2429     }
2430     if (Result->getType() != LI.getType())
2431       Result = convertValue(TD, IRB, Result, LI.getType());
2432     LI.replaceAllUsesWith(Result);
2433     Pass.DeadInsts.push_back(&LI);
2434
2435     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Result << "\n");
2436     return true;
2437   }
2438
2439   bool rewriteIntegerLoad(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI) {
2440     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2441     assert(!LI.isVolatile());
2442     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2443                                      getName(".load"));
2444     V = convertValue(TD, IRB, V, IntTy);
2445     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2446     uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2447     V = extractInteger(TD, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2448                        getName(".extract"));
2449     LI.replaceAllUsesWith(V);
2450     Pass.DeadInsts.push_back(&LI);
2451     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2452     return true;
2453   }
2454
2455   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2456     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2457     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2458     assert(OldOp == OldPtr);
2459     IRBuilder<> IRB(&LI);
2460
2461     if (VecTy)
2462       return rewriteVectorizedLoadInst(IRB, LI, OldOp);
2463     if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy())
2464       return rewriteIntegerLoad(IRB, LI);
2465
2466     if (BeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2467         canConvertValue(TD, NewAllocaTy, LI.getType())) {
2468       Value *NewLI = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2469                                            LI.isVolatile(), getName(".load"));
2470       Value *NewV = convertValue(TD, IRB, NewLI, LI.getType());
2471       LI.replaceAllUsesWith(NewV);
2472       Pass.DeadInsts.push_back(&LI);
2473
2474       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewLI << "\n");
2475       return !LI.isVolatile();
2476     }
2477
2478     assert(!IntTy && "Invalid load found with int-op widening enabled");
2479
2480     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2481                                          LI.getPointerOperand()->getType());
2482     LI.setOperand(0, NewPtr);
2483     LI.setAlignment(getPartitionTypeAlign(LI.getType()));
2484     DEBUG(dbgs() << "          to: " << LI << "\n");
2485
2486     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2487     return NewPtr == &NewAI && !LI.isVolatile();
2488   }
2489
2490   bool rewriteVectorizedStoreInst(IRBuilder<> &IRB, StoreInst &SI,
2491                                   Value *OldOp) {
2492     Value *V = SI.getValueOperand();
2493     if (V->getType() == ElementTy ||
2494         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2495       if (V->getType() != ElementTy)
2496         V = convertValue(TD, IRB, V, ElementTy);
2497       LoadInst *LI = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2498                                            getName(".load"));
2499       V = IRB.CreateInsertElement(LI, V, getIndex(IRB, BeginOffset),
2500                                   getName(".insert"));
2501     } else if (V->getType() != VecTy) {
2502       V = convertValue(TD, IRB, V, VecTy);
2503     }
2504     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2505     Pass.DeadInsts.push_back(&SI);
2506
2507     (void)Store;
2508     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2509     return true;
2510   }
2511
2512   bool rewriteIntegerStore(IRBuilder<> &IRB, StoreInst &SI) {
2513     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2514     assert(!SI.isVolatile());
2515     Value *V = SI.getValueOperand();
2516     if (TD.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2517       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2518                                          getName(".oldload"));
2519       Old = convertValue(TD, IRB, Old, IntTy);
2520       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2521       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2522       V = insertInteger(TD, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset,
2523                         getName(".insert"));
2524     }
2525     V = convertValue(TD, IRB, V, NewAllocaTy);
2526     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2527     Pass.DeadInsts.push_back(&SI);
2528     (void)Store;
2529     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2530     return true;
2531   }
2532
2533   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2534     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2535     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2536     assert(OldOp == OldPtr);
2537     IRBuilder<> IRB(&SI);
2538
2539     if (VecTy)
2540       return rewriteVectorizedStoreInst(IRB, SI, OldOp);
2541     Type *ValueTy = SI.getValueOperand()->getType();
2542     if (IntTy && ValueTy->isIntegerTy())
2543       return rewriteIntegerStore(IRB, SI);
2544
2545     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2546     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2547     if (ValueTy->isPointerTy())
2548       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(SI.getValueOperand()
2549                                                   ->stripInBoundsOffsets()))
2550         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2551
2552     if (BeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2553         canConvertValue(TD, ValueTy, NewAllocaTy)) {
2554       Value *NewV = convertValue(TD, IRB, SI.getValueOperand(), NewAllocaTy);
2555       StoreInst *NewSI = IRB.CreateAlignedStore(NewV, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2556                                                 SI.isVolatile());
2557       (void)NewSI;
2558       Pass.DeadInsts.push_back(&SI);
2559
2560       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2561       return !SI.isVolatile();
2562     }
2563
2564     assert(!IntTy && "Invalid store found with int-op widening enabled");
2565
2566     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2567                                          SI.getPointerOperand()->getType());
2568     SI.setOperand(1, NewPtr);
2569     SI.setAlignment(getPartitionTypeAlign(SI.getValueOperand()->getType()));
2570     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2571
2572     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2573     return NewPtr == &NewAI && !SI.isVolatile();
2574   }
2575
2576   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2577     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2578     IRBuilder<> IRB(&II);
2579     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2580
2581     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2582     // pointer to the new alloca.
2583     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2584       II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
2585       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2586       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getPartitionAlign()));
2587
2588       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2589       return false;
2590     }
2591
2592     // Record this instruction for deletion.
2593     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2594       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2595
2596     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2597     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2598
2599     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2600     // a single value type, just emit a memset.
2601     if (!VecTy && !IntTy &&
2602         (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2603          EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2604          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2605          !TD.isLegalInteger(TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy)))) {
2606       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2607       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2608       CallInst *New
2609         = IRB.CreateMemSet(getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2610                                                 II.getRawDest()->getType()),
2611                            II.getValue(), Size, getPartitionAlign(),
2612                            II.isVolatile());
2613       (void)New;
2614       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2615       return false;
2616     }
2617
2618     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2619     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2620     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2621     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, bitcasting to the
2622     // desired scalar type, and splatting it across any desired vector type.
2623     uint64_t Size = EndOffset - BeginOffset;
2624     Value *V = II.getValue();
2625     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2626     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size*8);
2627     if (Size*8 > VTy->getBitWidth())
2628       V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, getName(".zext")),
2629                         ConstantExpr::getUDiv(
2630                           Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2631                           ConstantExpr::getZExt(
2632                             Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2633                             SplatIntTy)),
2634                         getName(".isplat"));
2635
2636     // If this is an element-wide memset of a vectorizable alloca, insert it.
2637     if (VecTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2638                   EndOffset < NewAllocaEndOffset)) {
2639       if (V->getType() != ScalarTy)
2640         V = convertValue(TD, IRB, V, ScalarTy);
2641       StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(
2642         IRB.CreateInsertElement(IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI,
2643                                                       NewAI.getAlignment(),
2644                                                       getName(".load")),
2645                                 V, getIndex(IRB, BeginOffset),
2646                                 getName(".insert")),
2647         &NewAI, NewAI.getAlignment());
2648       (void)Store;
2649       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2650       return true;
2651     }
2652
2653     // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2654     // set integer.
2655     if (IntTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2656                   EndOffset < NewAllocaEndOffset)) {
2657       assert(!II.isVolatile());
2658       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2659                                          getName(".oldload"));
2660       Old = convertValue(TD, IRB, Old, IntTy);
2661       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2662       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2663       V = insertInteger(TD, IRB, Old, V, Offset, getName(".insert"));
2664     }
2665
2666     if (V->getType() != AllocaTy)
2667       V = convertValue(TD, IRB, V, AllocaTy);
2668
2669     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2670                                         II.isVolatile());
2671     (void)New;
2672     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2673     return !II.isVolatile();
2674   }
2675
2676   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2677     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2678     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2679
2680     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2681     IRBuilder<> IRB(&II);
2682
2683     assert(II.getRawSource() == OldPtr || II.getRawDest() == OldPtr);
2684     bool IsDest = II.getRawDest() == OldPtr;
2685
2686     const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2687       = P.getMemTransferOffsets(II);
2688
2689     assert(OldPtr->getType()->isPointerTy() && "Must be a pointer type!");
2690     unsigned AS = cast<PointerType>(OldPtr->getType())->getAddressSpace();
2691     // Compute the relative offset within the transfer.
2692     unsigned IntPtrWidth = TD.getPointerSizeInBits(AS);
2693     APInt RelOffset(IntPtrWidth, BeginOffset - (IsDest ? MTO.DestBegin
2694                                                        : MTO.SourceBegin));
2695
2696     unsigned Align = II.getAlignment();
2697     if (Align > 1)
2698       Align = MinAlign(RelOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue(),
2699                        MinAlign(II.getAlignment(), getPartitionAlign()));
2700
2701     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2702     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2703     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2704     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2705     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2706     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2707     // update both source and dest of a single call.
2708     if (!MTO.IsSplittable) {
2709       Value *OldOp = IsDest ? II.getRawDest() : II.getRawSource();
2710       if (IsDest)
2711         II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
2712       else
2713         II.setSource(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawSource()->getType()));
2714
2715       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2716       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, Align));
2717
2718       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2719       deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2720       return false;
2721     }
2722     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2723     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2724     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2725     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2726     // downsides to splitting and transforming the operations.
2727
2728     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2729     // a single value type, just emit a memcpy.
2730     bool EmitMemCpy
2731       = !VecTy && !IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2732                              EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2733                              !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2734
2735     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2736     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2737     // a no-op.
2738     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2739       uint64_t OrigBegin = IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin;
2740       uint64_t OrigEnd = IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd;
2741       // Ensure the start lines up.
2742       assert(BeginOffset == OrigBegin);
2743       (void)OrigBegin;
2744
2745       // Rewrite the size as needed.
2746       if (EndOffset != OrigEnd)
2747         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2748                                       EndOffset - BeginOffset));
2749       return false;
2750     }
2751     // Record this instruction for deletion.
2752     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2753       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2754
2755     bool IsWholeAlloca = BeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2756                          EndOffset == NewAllocaEndOffset;
2757     bool IsVectorElement = VecTy && !IsWholeAlloca;
2758     uint64_t Size = EndOffset - BeginOffset;
2759     IntegerType *SubIntTy
2760       = IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size*8) : 0;
2761
2762     Type *OtherPtrTy = IsDest ? II.getRawSource()->getType()
2763                               : II.getRawDest()->getType();
2764     if (!EmitMemCpy) {
2765       if (IsVectorElement)
2766         OtherPtrTy = VecTy->getElementType()->getPointerTo();
2767       else if (IntTy && !IsWholeAlloca)
2768         OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo();
2769       else
2770         OtherPtrTy = NewAI.getType();
2771     }
2772
2773     // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2774     // a single, simple GEP in most cases.
2775     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2776     OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, TD, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy,
2777                               getName("." + OtherPtr->getName()));
2778
2779     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2780     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2781     if (AllocaInst *AI
2782           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets()))
2783       Pass.Worklist.insert(AI);
2784
2785     if (EmitMemCpy) {
2786       Value *OurPtr
2787         = getAdjustedAllocaPtr(IRB, IsDest ? II.getRawDest()->getType()
2788                                            : II.getRawSource()->getType());
2789       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2790       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2791
2792       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(IsDest ? OurPtr : OtherPtr,
2793                                        IsDest ? OtherPtr : OurPtr,
2794                                        Size, Align, II.isVolatile());
2795       (void)New;
2796       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2797       return false;
2798     }
2799
2800     // Note that we clamp the alignment to 1 here as a 0 alignment for a memcpy
2801     // is equivalent to 1, but that isn't true if we end up rewriting this as
2802     // a load or store.
2803     if (!Align)
2804       Align = 1;
2805
2806     Value *SrcPtr = OtherPtr;
2807     Value *DstPtr = &NewAI;
2808     if (!IsDest)
2809       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2810
2811     Value *Src;
2812     if (IsVectorElement && !IsDest) {
2813       // We have to extract rather than load.
2814       Src = IRB.CreateExtractElement(
2815         IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, getName(".copyload")),
2816         getIndex(IRB, BeginOffset),
2817         getName(".copyextract"));
2818     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2819       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2820                                   getName(".load"));
2821       Src = convertValue(TD, IRB, Src, IntTy);
2822       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2823       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2824       Src = extractInteger(TD, IRB, Src, SubIntTy, Offset, getName(".extract"));
2825     } else {
2826       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, II.isVolatile(),
2827                                   getName(".copyload"));
2828     }
2829
2830     if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2831       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2832                                          getName(".oldload"));
2833       Old = convertValue(TD, IRB, Old, IntTy);
2834       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2835       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2836       Src = insertInteger(TD, IRB, Old, Src, Offset, getName(".insert"));
2837       Src = convertValue(TD, IRB, Src, NewAllocaTy);
2838     }
2839
2840     if (IsVectorElement && IsDest) {
2841       // We have to insert into a loaded copy before storing.
2842       Src = IRB.CreateInsertElement(
2843         IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), getName(".load")),
2844         Src, getIndex(IRB, BeginOffset),
2845         getName(".insert"));
2846     }
2847
2848     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2849       IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, Align, II.isVolatile()));
2850     (void)Store;
2851     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2852     return !II.isVolatile();
2853   }
2854
2855   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2856     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2857            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2858     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2859     IRBuilder<> IRB(&II);
2860     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2861
2862     // Record this instruction for deletion.
2863     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2864       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2865
2866     ConstantInt *Size
2867       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2868                          EndOffset - BeginOffset);
2869     Value *Ptr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getArgOperand(1)->getType());
2870     Value *New;
2871     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2872       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2873     else
2874       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2875
2876     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2877     return true;
2878   }
2879
2880   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2881     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2882
2883     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2884     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2885     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2886     // dominate the PHI.
2887     IRBuilder<> PtrBuilder(cast<Instruction>(OldPtr));
2888
2889     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2890     // Replace the operands which were using the old pointer.
2891     User::op_iterator OI = PN.op_begin(), OE = PN.op_end();
2892     for (; OI != OE; ++OI)
2893       if (*OI == OldPtr)
2894         *OI = NewPtr;
2895
2896     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2897     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2898     return false;
2899   }
2900
2901   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2902     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2903     IRBuilder<> IRB(&SI);
2904
2905     // Find the operand we need to rewrite here.
2906     bool IsTrueVal = SI.getTrueValue() == OldPtr;
2907     if (IsTrueVal)
2908       assert(SI.getFalseValue() != OldPtr && "Pointer is both operands!");
2909     else
2910       assert(SI.getFalseValue() == OldPtr && "Pointer isn't an operand!");
2911
2912     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, OldPtr->getType());
2913     SI.setOperand(IsTrueVal ? 1 : 2, NewPtr);
2914     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2915     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2916     return false;
2917   }
2918
2919 };
2920 }
2921
2922 namespace {
2923 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2924 ///
2925 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2926 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2927 /// with scalar loads and stores.
2928 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2929   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2930   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2931
2932   const DataLayout &TD;
2933
2934   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2935   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2936
2937   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2938   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2939
2940   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2941   /// value (as opposed to the user).
2942   Use *U;
2943
2944 public:
2945   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &TD) : TD(TD) {}
2946
2947   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2948   /// it.
2949   bool rewrite(Instruction &I) {
2950     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2951     enqueueUsers(I);
2952     bool Changed = false;
2953     while (!Queue.empty()) {
2954       U = Queue.pop_back_val();
2955       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2956     }
2957     return Changed;
2958   }
2959
2960 private:
2961   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2962   /// This uses a set to de-duplicate users.
2963   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2964     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
2965          ++UI)
2966       if (Visited.insert(*UI))
2967         Queue.push_back(&UI.getUse());
2968   }
2969
2970   // Conservative default is to not rewrite anything.
2971   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2972
2973   /// \brief Generic recursive split emission class.
2974   template <typename Derived>
2975   class OpSplitter {
2976   protected:
2977     /// The builder used to form new instructions.
2978     IRBuilder<> IRB;
2979     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
2980     /// appropriate value within the aggregate.
2981     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2982     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
2983     /// within the aggregate.
2984     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2985     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
2986     /// split operations.
2987     Value *Ptr;
2988
2989     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
2990     /// single zero GEP index.
2991     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2992       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
2993
2994   public:
2995     /// \brief Generic recursive split emission routine.
2996     ///
2997     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2998     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2999     /// and emits that single value operation via the template argument.
3000     ///
3001     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
3002     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
3003     /// formatted differently (GEPs need actual values).
3004     ///
3005     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
3006     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
3007     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
3008     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3009       if (Ty->isSingleValueType())
3010         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
3011
3012       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3013         unsigned OldSize = Indices.size();
3014         (void)OldSize;
3015         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
3016              ++Idx) {
3017           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3018           Indices.push_back(Idx);
3019           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3020           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3021           GEPIndices.pop_back();
3022           Indices.pop_back();
3023         }
3024         return;
3025       }
3026
3027       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3028         unsigned OldSize = Indices.size();
3029         (void)OldSize;
3030         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
3031              ++Idx) {
3032           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3033           Indices.push_back(Idx);
3034           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3035           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3036           GEPIndices.pop_back();
3037           Indices.pop_back();
3038         }
3039         return;
3040       }
3041
3042       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
3043     }
3044   };
3045
3046   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
3047     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3048       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
3049
3050     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
3051     /// recursive emission to actually load values.
3052     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3053       assert(Ty->isSingleValueType());
3054       // Load the single value and insert it using the indices.
3055       Value *Load = IRB.CreateLoad(IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices,
3056                                                          Name + ".gep"),
3057                                    Name + ".load");
3058       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
3059       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
3060     }
3061   };
3062
3063   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
3064     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
3065     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
3066       return false;
3067
3068     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
3069     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
3070     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
3071     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
3072     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
3073     LI.replaceAllUsesWith(V);
3074     LI.eraseFromParent();
3075     return true;
3076   }
3077
3078   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
3079     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3080       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
3081
3082     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
3083     /// recursive emission to actually produce stores.
3084     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3085       assert(Ty->isSingleValueType());
3086       // Extract the single value and store it using the indices.
3087       Value *Store = IRB.CreateStore(
3088         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
3089         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
3090       (void)Store;
3091       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
3092     }
3093   };
3094
3095   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
3096     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
3097       return false;
3098     Value *V = SI.getValueOperand();
3099     if (V->getType()->isSingleValueType())
3100       return false;
3101
3102     // We have an aggregate being stored, split it apart.
3103     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
3104     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
3105     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
3106     SI.eraseFromParent();
3107     return true;
3108   }
3109
3110   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
3111     enqueueUsers(BC);
3112     return false;
3113   }
3114
3115   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
3116     enqueueUsers(GEPI);
3117     return false;
3118   }
3119
3120   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
3121     enqueueUsers(PN);
3122     return false;
3123   }
3124
3125   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
3126     enqueueUsers(SI);
3127     return false;
3128   }
3129 };
3130 }
3131
3132 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
3133 ///
3134 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
3135 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
3136 /// size or the allocated size.
3137 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
3138   if (Ty->isSingleValueType())
3139     return Ty;
3140
3141   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
3142   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
3143
3144   Type *InnerTy;
3145   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3146     InnerTy = ArrTy->getElementType();
3147   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3148     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3149     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
3150     InnerTy = STy->getElementType(Index);
3151   } else {
3152     return Ty;
3153   }
3154
3155   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
3156       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
3157     return Ty;
3158
3159   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
3160 }
3161
3162 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
3163 /// offset and size.
3164 ///
3165 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
3166 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
3167 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
3168 /// and the same for structs.
3169 ///
3170 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
3171 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
3172 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
3173 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
3174 /// return a type if necessary.
3175 static Type *getTypePartition(const DataLayout &TD, Type *Ty,
3176                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
3177   if (Offset == 0 && TD.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
3178     return stripAggregateTypeWrapping(TD, Ty);
3179
3180   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
3181     // We can't partition pointers...
3182     if (SeqTy->isPointerTy())
3183       return 0;
3184
3185     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
3186     uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
3187     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
3188     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy))
3189       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
3190         return 0;
3191     if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy))
3192       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
3193         return 0;
3194     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3195
3196     // First check if we need to recurse.
3197     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3198       // Bail if the partition ends in a different array element.
3199       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3200         return 0;
3201       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3202       return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
3203     }
3204     assert(Offset == 0);
3205
3206     if (Size == ElementSize)
3207       return stripAggregateTypeWrapping(TD, ElementTy);
3208     assert(Size > ElementSize);
3209     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3210     if (NumElements * ElementSize != Size)
3211       return 0;
3212     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3213   }
3214
3215   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3216   if (!STy)
3217     return 0;
3218
3219   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
3220   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3221     return 0;
3222   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3223   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3224     return 0;
3225
3226   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3227   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3228
3229   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3230   uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
3231   if (Offset >= ElementSize)
3232     return 0; // The offset points into alignment padding.
3233
3234   // See if any partition must be contained by the element.
3235   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3236     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3237       return 0;
3238     return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
3239   }
3240   assert(Offset == 0);
3241
3242   if (Size == ElementSize)
3243     return stripAggregateTypeWrapping(TD, ElementTy);
3244
3245   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3246                                EE = STy->element_end();
3247   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3248     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3249     if (Index == EndIndex)
3250       return 0; // Within a single element and its padding.
3251
3252     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3253     // expected size.
3254     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3255     // sub-struct to find a natural end point.
3256     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3257       return 0;
3258
3259     assert(Index < EndIndex);
3260     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3261   }
3262
3263   // Try to build up a sub-structure.
3264   SmallVector<Type *, 4> ElementTys;
3265   do {
3266     ElementTys.push_back(*EI++);
3267   } while (EI != EE);
3268   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), ElementTys,
3269                                       STy->isPacked());
3270   const StructLayout *SubSL = TD.getStructLayout(SubTy);
3271   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3272     return 0; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3273
3274   return SubTy;
3275 }
3276
3277 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3278 ///
3279 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3280 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3281 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3282 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3283 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3284 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3285 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3286 /// promoted.
3287 bool SROA::rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
3288                                   AllocaPartitioning &P,
3289                                   AllocaPartitioning::iterator PI) {
3290   uint64_t AllocaSize = PI->EndOffset - PI->BeginOffset;
3291   bool IsLive = false;
3292   for (AllocaPartitioning::use_iterator UI = P.use_begin(PI),
3293                                         UE = P.use_end(PI);
3294        UI != UE && !IsLive; ++UI)
3295     if (UI->U)
3296       IsLive = true;
3297   if (!IsLive)
3298     return false; // No live uses left of this partition.
3299
3300   DEBUG(dbgs() << "Speculating PHIs and selects in partition "
3301                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ")\n");
3302
3303   PHIOrSelectSpeculator Speculator(*TD, P, *this);
3304   DEBUG(dbgs() << "  speculating ");
3305   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
3306   Speculator.visitUsers(PI);
3307
3308   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3309   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3310   // or an i8 array of an appropriate size.
3311   Type *AllocaTy = 0;
3312   if (Type *PartitionTy = P.getCommonType(PI))
3313     if (TD->getTypeAllocSize(PartitionTy) >= AllocaSize)
3314       AllocaTy = PartitionTy;
3315   if (!AllocaTy)
3316     if (Type *PartitionTy = getTypePartition(*TD, AI.getAllocatedType(),
3317                                              PI->BeginOffset, AllocaSize))
3318       AllocaTy = PartitionTy;
3319   if ((!AllocaTy ||
3320        (AllocaTy->isArrayTy() &&
3321         AllocaTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3322       TD->isLegalInteger(AllocaSize * 8))
3323     AllocaTy = Type::getIntNTy(*C, AllocaSize * 8);
3324   if (!AllocaTy)
3325     AllocaTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), AllocaSize);
3326   assert(TD->getTypeAllocSize(AllocaTy) >= AllocaSize);
3327
3328   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3329   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3330   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3331   // performe phi and select speculation.
3332   AllocaInst *NewAI;
3333   if (AllocaTy == AI.getAllocatedType()) {
3334     assert(PI->BeginOffset == 0 &&
3335            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3336     assert(PI == P.begin() && "Begin offset is zero on later partition");
3337     NewAI = &AI;
3338   } else {
3339     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3340     if (!Alignment) {
3341       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3342       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3343       // type.
3344       Alignment = TD->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3345     }
3346     Alignment = MinAlign(Alignment, PI->BeginOffset);
3347     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3348     // the alloca's alignment unconstrained.
3349     if (Alignment <= TD->getABITypeAlignment(AllocaTy))
3350       Alignment = 0;
3351     NewAI = new AllocaInst(AllocaTy, 0, Alignment,
3352                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(PI - P.begin()),
3353                            &AI);
3354     ++NumNewAllocas;
3355   }
3356
3357   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3358                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ") to: "
3359                << *NewAI << "\n");
3360
3361   // Track the high watermark of the post-promotion worklist. We will reset it
3362   // to this point if the alloca is not in fact scheduled for promotion.
3363   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3364
3365   AllocaPartitionRewriter Rewriter(*TD, P, PI, *this, AI, *NewAI,
3366                                    PI->BeginOffset, PI->EndOffset);
3367   DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3368   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
3369   bool Promotable = Rewriter.visitUsers(P.use_begin(PI), P.use_end(PI));
3370   if (Promotable) {
3371     DEBUG(dbgs() << "  and queuing for promotion\n");
3372     PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3373   } else if (NewAI != &AI) {
3374     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3375     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3376     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3377     Worklist.insert(NewAI);
3378   }
3379
3380   // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3381   if (!Promotable)
3382     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3383       PostPromotionWorklist.pop_back();
3384
3385   return true;
3386 }
3387
3388 /// \brief Walks the partitioning of an alloca rewriting uses of each partition.
3389 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P) {
3390   bool Changed = false;
3391   for (AllocaPartitioning::iterator PI = P.begin(), PE = P.end(); PI != PE;
3392        ++PI)
3393     Changed |= rewriteAllocaPartition(AI, P, PI);
3394
3395   return Changed;
3396 }
3397
3398 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3399 ///
3400 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3401 /// a partitioning of the alloca, and then hands it off to be split and
3402 /// rewritten as needed.
3403 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3404   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3405   ++NumAllocasAnalyzed;
3406
3407   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3408   if (AI.use_empty()) {
3409     AI.eraseFromParent();
3410     return true;
3411   }
3412
3413   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3414   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3415       TD->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3416     return false;
3417
3418   bool Changed = false;
3419
3420   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3421   // better splitting and promotion opportunities.
3422   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*TD);
3423   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3424
3425   // Build the partition set using a recursive instruction-visiting builder.
3426   AllocaPartitioning P(*TD, AI);
3427   DEBUG(P.print(dbgs()));
3428   if (P.isEscaped())
3429     return Changed;
3430
3431   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3432   for (AllocaPartitioning::dead_user_iterator DI = P.dead_user_begin(),
3433                                               DE = P.dead_user_end();
3434        DI != DE; ++DI) {
3435     Changed = true;
3436     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
3437     DeadInsts.push_back(*DI);
3438   }
3439   for (AllocaPartitioning::dead_op_iterator DO = P.dead_op_begin(),
3440                                             DE = P.dead_op_end();
3441        DO != DE; ++DO) {
3442     Value *OldV = **DO;
3443     // Clobber the use with an undef value.
3444     **DO = UndefValue::get(OldV->getType());
3445     if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3446       if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3447         Changed = true;
3448         DeadInsts.push_back(OldI);
3449       }
3450   }
3451
3452   // No partitions to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3453   if (P.begin() == P.end())
3454     return Changed;
3455
3456   return splitAlloca(AI, P) || Changed;
3457 }
3458
3459 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3460 ///
3461 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3462 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3463 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3464 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3465 ///
3466 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3467 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3468 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst*, 4> &DeletedAllocas) {
3469   DeadSplitInsts.clear();
3470   while (!DeadInsts.empty()) {
3471     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3472     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3473
3474     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
3475       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
3476         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3477         *OI = 0;
3478         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3479           DeadInsts.push_back(U);
3480       }
3481
3482     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3483       DeletedAllocas.insert(AI);
3484
3485     ++NumDeleted;
3486     I->eraseFromParent();
3487   }
3488 }
3489
3490 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3491 ///
3492 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3493 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3494 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3495 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3496 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3497 /// promotion occured.
3498 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3499   if (PromotableAllocas.empty())
3500     return false;
3501
3502   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3503
3504   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3505     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3506     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT);
3507     PromotableAllocas.clear();
3508     return true;
3509   }
3510
3511   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3512   SSAUpdater SSA;
3513   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3514   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
3515
3516   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3517     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3518     for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
3519          UI != UE;) {
3520       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
3521       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3522       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3523       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3524       // scalar values produced.
3525       if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
3526         assert(onlyUsedByLifetimeMarkers(I) &&
3527                "Found a bitcast used outside of a lifetime marker.");
3528         while (!I->use_empty())
3529           cast<Instruction>(*I->use_begin())->eraseFromParent();
3530         I->eraseFromParent();
3531         continue;
3532       }
3533       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3534         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3535                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3536         II->eraseFromParent();
3537         continue;
3538       }
3539
3540       Insts.push_back(I);
3541     }
3542     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3543     Insts.clear();
3544   }
3545
3546   PromotableAllocas.clear();
3547   return true;
3548 }
3549
3550 namespace {
3551   /// \brief A predicate to test whether an alloca belongs to a set.
3552   class IsAllocaInSet {
3553     typedef SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> SetType;
3554     const SetType &Set;
3555
3556   public:
3557     typedef AllocaInst *argument_type;
3558
3559     IsAllocaInSet(const SetType &Set) : Set(Set) {}
3560     bool operator()(AllocaInst *AI) const { return Set.count(AI); }
3561   };
3562 }
3563
3564 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3565   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3566   C = &F.getContext();
3567   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
3568   if (!TD) {
3569     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3570     return false;
3571   }
3572   DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
3573
3574   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3575   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = llvm::prior(EntryBB.end());
3576        I != E; ++I)
3577     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3578       Worklist.insert(AI);
3579
3580   bool Changed = false;
3581   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3582   // the list of promotable allocas.
3583   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3584
3585   do {
3586     while (!Worklist.empty()) {
3587       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3588       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3589
3590       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3591       // continue processing them.
3592       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3593         Worklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3594         PostPromotionWorklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3595         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3596                                                PromotableAllocas.end(),
3597                                                IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
3598                                 PromotableAllocas.end());
3599         DeletedAllocas.clear();
3600       }
3601     }
3602
3603     Changed |= promoteAllocas(F);
3604
3605     Worklist = PostPromotionWorklist;
3606     PostPromotionWorklist.clear();
3607   } while (!Worklist.empty());
3608
3609   return Changed;
3610 }
3611
3612 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3613   if (RequiresDomTree)
3614     AU.addRequired<DominatorTree>();
3615   AU.setPreservesCFG();
3616 }