Use LLVM_ENABLE_DUMP for the variables used in printing as well as the
[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 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
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     for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI), GTE = gep_type_end(GEPI);
448          GTI != GTE; ++GTI) {
449       ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
450       if (!OpC)
451         return false;
452       if (OpC->isZero())
453         continue;
454
455       // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
456       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
457         unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
458         const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
459         uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
460         // Check that we can continue to model this GEP in a signed 64-bit offset.
461         if (ElementOffset > INT64_MAX ||
462             (GEPOffset >= 0 &&
463              ((uint64_t)GEPOffset + ElementOffset) > INT64_MAX)) {
464           DEBUG(dbgs() << "WARNING: Encountered a cumulative offset exceeding "
465                        << "what can be represented in an int64_t!\n"
466                        << "  alloca: " << P.AI << "\n");
467           return false;
468         }
469         if (GEPOffset < 0)
470           GEPOffset = ElementOffset + (uint64_t)-GEPOffset;
471         else
472           GEPOffset += ElementOffset;
473         continue;
474       }
475
476       APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(TD.getPointerSizeInBits());
477       Index *= APInt(Index.getBitWidth(),
478                      TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
479       Index += APInt(Index.getBitWidth(), (uint64_t)GEPOffset,
480                      /*isSigned*/true);
481       // Check if the result can be stored in our int64_t offset.
482       if (!Index.isSignedIntN(sizeof(GEPOffset) * 8)) {
483         DEBUG(dbgs() << "WARNING: Encountered a cumulative offset exceeding "
484                      << "what can be represented in an int64_t!\n"
485                      << "  alloca: " << P.AI << "\n");
486         return false;
487       }
488
489       GEPOffset = Index.getSExtValue();
490     }
491     return true;
492   }
493
494   Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
495     // If the condition being selected on is a constant or the same value is
496     // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
497     // early on.
498     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
499       return SI.getOperand(1+CI->isZero());
500     if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2)) {
501       assert(*U == SI.getOperand(1));
502       return SI.getOperand(1);
503     }
504     return 0;
505   }
506 };
507
508 /// \brief Builder for the alloca partitioning.
509 ///
510 /// This class builds an alloca partitioning by recursively visiting the uses
511 /// of an alloca and splitting the partitions for each load and store at each
512 /// offset.
513 class AllocaPartitioning::PartitionBuilder
514     : public BuilderBase<PartitionBuilder, bool> {
515   friend class InstVisitor<PartitionBuilder, bool>;
516
517   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferPartitionMap;
518
519 public:
520   PartitionBuilder(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
521       : BuilderBase<PartitionBuilder, bool>(TD, AI, P) {}
522
523   /// \brief Run the builder over the allocation.
524   bool operator()() {
525     // Note that we have to re-evaluate size on each trip through the loop as
526     // the queue grows at the tail.
527     for (unsigned Idx = 0; Idx < Queue.size(); ++Idx) {
528       U = Queue[Idx].U;
529       Offset = Queue[Idx].Offset;
530       if (!visit(cast<Instruction>(U->getUser())))
531         return false;
532     }
533     return true;
534   }
535
536 private:
537   bool markAsEscaping(Instruction &I) {
538     P.PointerEscapingInstr = &I;
539     return false;
540   }
541
542   void insertUse(Instruction &I, int64_t Offset, uint64_t Size,
543                  bool IsSplittable = false) {
544     // Completely skip uses which have a zero size or don't overlap the
545     // allocation.
546     if (Size == 0 ||
547         (Offset >= 0 && (uint64_t)Offset >= AllocSize) ||
548         (Offset < 0 && (uint64_t)-Offset >= Size)) {
549       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
550                    << " which starts past the end of the " << AllocSize
551                    << " byte alloca:\n"
552                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
553                    << "       use: " << I << "\n");
554       return;
555     }
556
557     // Clamp the start to the beginning of the allocation.
558     if (Offset < 0) {
559       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
560                    << " to start at the beginning of the alloca:\n"
561                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
562                    << "       use: " << I << "\n");
563       Size -= (uint64_t)-Offset;
564       Offset = 0;
565     }
566
567     uint64_t BeginOffset = Offset, EndOffset = BeginOffset + Size;
568
569     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
570     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
571     // NOTE! This may appear superficially to be something we could ignore
572     // entirely, but that is not so! There may be PHI-node uses where some
573     // instructions are dead but not others. We can't completely ignore the
574     // PHI node, and so have to record at least the information here.
575     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
576     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
577       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
578                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
579                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
580                    << "       use: " << I << "\n");
581       EndOffset = AllocSize;
582     }
583
584     Partition New(BeginOffset, EndOffset, IsSplittable);
585     P.Partitions.push_back(New);
586   }
587
588   bool handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, int64_t Offset,
589                          bool IsVolatile) {
590     uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(Ty);
591
592     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
593     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
594     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
595     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
596     // risk of overflow.
597     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
598     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
599     if (Offset < 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
600         Size > (AllocSize - (uint64_t)Offset)) {
601       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte "
602                    << (isa<LoadInst>(I) ? "load" : "store") << " @" << Offset
603                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
604                    << " byte alloca:\n"
605                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
606                    << "       use: " << I << "\n");
607       return true;
608     }
609
610     // We allow splitting of loads and stores where the type is an integer type
611     // and which cover the entire alloca. Such integer loads and stores
612     // often require decomposition into fine grained loads and stores.
613     bool IsSplittable = false;
614     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(Ty))
615       IsSplittable = !IsVolatile && ITy->getBitWidth() == AllocSize*8;
616
617     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
618     return true;
619   }
620
621   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
622     enqueueUsers(BC, Offset);
623     return true;
624   }
625
626   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
627     int64_t GEPOffset;
628     if (!computeConstantGEPOffset(GEPI, GEPOffset))
629       return markAsEscaping(GEPI);
630
631     enqueueUsers(GEPI, GEPOffset);
632     return true;
633   }
634
635   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
636     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
637            "All simple FCA loads should have been pre-split");
638     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, LI.isVolatile());
639   }
640
641   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
642     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
643     if (ValOp == *U)
644       return markAsEscaping(SI);
645
646     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
647            "All simple FCA stores should have been pre-split");
648     return handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, SI.isVolatile());
649   }
650
651
652   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
653     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
654     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
655     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
656     insertUse(II, Offset, Size, Length);
657     return true;
658   }
659
660   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
661     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
662     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
663     if (!Size)
664       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
665       return true;
666
667     MemTransferOffsets &Offsets = P.MemTransferInstData[&II];
668
669     // Only intrinsics with a constant length can be split.
670     Offsets.IsSplittable = Length;
671
672     if (*U == II.getRawDest()) {
673       Offsets.DestBegin = Offset;
674       Offsets.DestEnd = Offset + Size;
675     }
676     if (*U == II.getRawSource()) {
677       Offsets.SourceBegin = Offset;
678       Offsets.SourceEnd = Offset + Size;
679     }
680
681     // If we have set up end offsets for both the source and the destination,
682     // we have found both sides of this transfer pointing at the same alloca.
683     bool SeenBothEnds = Offsets.SourceEnd && Offsets.DestEnd;
684     if (SeenBothEnds && II.getRawDest() != II.getRawSource()) {
685       unsigned PrevIdx = MemTransferPartitionMap[&II];
686
687       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
688       // In that case, we can completely elide the transfer.
689       if (!II.isVolatile() && Offsets.SourceBegin == Offsets.DestBegin) {
690         P.Partitions[PrevIdx].kill();
691         return true;
692       }
693
694       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
695       // split those.
696       P.Partitions[PrevIdx].IsSplittable = Offsets.IsSplittable = false;
697     } else if (SeenBothEnds) {
698       // Handle the case where this exact use provides both ends of the
699       // operation.
700       assert(II.getRawDest() == II.getRawSource());
701
702       // For non-volatile transfers this is a no-op.
703       if (!II.isVolatile())
704         return true;
705
706       // Otherwise just suppress splitting.
707       Offsets.IsSplittable = false;
708     }
709
710
711     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
712     insertUse(II, Offset, Size, Offsets.IsSplittable);
713
714     // Setup the mapping from intrinsic to partition of we've not seen both
715     // ends of this transfer.
716     if (!SeenBothEnds) {
717       unsigned NewIdx = P.Partitions.size() - 1;
718       bool Inserted
719         = MemTransferPartitionMap.insert(std::make_pair(&II, NewIdx)).second;
720       assert(Inserted &&
721              "Already have intrinsic in map but haven't seen both ends");
722       (void)Inserted;
723     }
724
725     return true;
726   }
727
728   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
729   // FIXME: What about debug instrinsics? This matches old behavior, but
730   // doesn't make sense.
731   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
732     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
733         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
734       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
735       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset, Length->getLimitedValue());
736       insertUse(II, Offset, Size, true);
737       return true;
738     }
739
740     return markAsEscaping(II);
741   }
742
743   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
744     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
745     // the same offset to be a viable use for partitioning purposes. These uses
746     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
747     // size.
748     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
749     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
750     Visited.insert(Root);
751     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
752     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
753     // a size zero access.
754     Size = 0;
755     do {
756       Instruction *I, *UsedI;
757       llvm::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
758
759       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
760         Size = std::max(Size, TD.getTypeStoreSize(LI->getType()));
761         continue;
762       }
763       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
764         Value *Op = SI->getOperand(0);
765         if (Op == UsedI)
766           return SI;
767         Size = std::max(Size, TD.getTypeStoreSize(Op->getType()));
768         continue;
769       }
770
771       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
772         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
773           return GEP;
774       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
775                  !isa<SelectInst>(I)) {
776         return I;
777       }
778
779       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end(); UI != UE;
780            ++UI)
781         if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
782           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(*UI)));
783     } while (!Uses.empty());
784
785     return 0;
786   }
787
788   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
789     // See if we already have computed info on this node.
790     std::pair<uint64_t, bool> &PHIInfo = P.PHIOrSelectSizes[&PN];
791     if (PHIInfo.first) {
792       PHIInfo.second = true;
793       insertUse(PN, Offset, PHIInfo.first);
794       return true;
795     }
796
797     // Check for an unsafe use of the PHI node.
798     if (Instruction *EscapingI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&PN, PHIInfo.first))
799       return markAsEscaping(*EscapingI);
800
801     insertUse(PN, Offset, PHIInfo.first);
802     return true;
803   }
804
805   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
806     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
807       if (Result == *U)
808         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
809         // through the select as if we had RAUW'ed it.
810         enqueueUsers(SI, Offset);
811
812       return true;
813     }
814
815     // See if we already have computed info on this node.
816     std::pair<uint64_t, bool> &SelectInfo = P.PHIOrSelectSizes[&SI];
817     if (SelectInfo.first) {
818       SelectInfo.second = true;
819       insertUse(SI, Offset, SelectInfo.first);
820       return true;
821     }
822
823     // Check for an unsafe use of the PHI node.
824     if (Instruction *EscapingI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&SI, SelectInfo.first))
825       return markAsEscaping(*EscapingI);
826
827     insertUse(SI, Offset, SelectInfo.first);
828     return true;
829   }
830
831   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
832   bool visitInstruction(Instruction &I) { return markAsEscaping(I); }
833 };
834
835
836 /// \brief Use adder for the alloca partitioning.
837 ///
838 /// This class adds the uses of an alloca to all of the partitions which they
839 /// use. For splittable partitions, this can end up doing essentially a linear
840 /// walk of the partitions, but the number of steps remains bounded by the
841 /// total result instruction size:
842 /// - The number of partitions is a result of the number unsplittable
843 ///   instructions using the alloca.
844 /// - The number of users of each partition is at worst the total number of
845 ///   splittable instructions using the alloca.
846 /// Thus we will produce N * M instructions in the end, where N are the number
847 /// of unsplittable uses and M are the number of splittable. This visitor does
848 /// the exact same number of updates to the partitioning.
849 ///
850 /// In the more common case, this visitor will leverage the fact that the
851 /// partition space is pre-sorted, and do a logarithmic search for the
852 /// partition needed, making the total visit a classical ((N + M) * log(N))
853 /// complexity operation.
854 class AllocaPartitioning::UseBuilder : public BuilderBase<UseBuilder> {
855   friend class InstVisitor<UseBuilder>;
856
857   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
858   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
859
860 public:
861   UseBuilder(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
862       : BuilderBase<UseBuilder>(TD, AI, P) {}
863
864   /// \brief Run the builder over the allocation.
865   void operator()() {
866     // Note that we have to re-evaluate size on each trip through the loop as
867     // the queue grows at the tail.
868     for (unsigned Idx = 0; Idx < Queue.size(); ++Idx) {
869       U = Queue[Idx].U;
870       Offset = Queue[Idx].Offset;
871       this->visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
872     }
873   }
874
875 private:
876   void markAsDead(Instruction &I) {
877     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
878       P.DeadUsers.push_back(&I);
879   }
880
881   void insertUse(Instruction &User, int64_t Offset, uint64_t Size) {
882     // If the use has a zero size or extends outside of the allocation, record
883     // it as a dead use for elimination later.
884     if (Size == 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
885         (Offset < 0 && (uint64_t)-Offset >= Size))
886       return markAsDead(User);
887
888     // Clamp the start to the beginning of the allocation.
889     if (Offset < 0) {
890       Size -= (uint64_t)-Offset;
891       Offset = 0;
892     }
893
894     uint64_t BeginOffset = Offset, EndOffset = BeginOffset + Size;
895
896     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
897     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
898     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
899     if (Size > AllocSize - BeginOffset)
900       EndOffset = AllocSize;
901
902     // NB: This only works if we have zero overlapping partitions.
903     iterator B = std::lower_bound(P.begin(), P.end(), BeginOffset);
904     if (B != P.begin() && llvm::prior(B)->EndOffset > BeginOffset)
905       B = llvm::prior(B);
906     for (iterator I = B, E = P.end(); I != E && I->BeginOffset < EndOffset;
907          ++I) {
908       PartitionUse NewPU(std::max(I->BeginOffset, BeginOffset),
909                          std::min(I->EndOffset, EndOffset), U);
910       P.use_push_back(I, NewPU);
911       if (isa<PHINode>(U->getUser()) || isa<SelectInst>(U->getUser()))
912         P.PHIOrSelectOpMap[U]
913           = std::make_pair(I - P.begin(), P.Uses[I - P.begin()].size() - 1);
914     }
915   }
916
917   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, int64_t Offset) {
918     uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(Ty);
919
920     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
921     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
922     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
923     // behavior of insertUse.
924     if (Offset < 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
925         Size > (AllocSize - (uint64_t)Offset))
926       return markAsDead(I);
927
928     insertUse(I, Offset, Size);
929   }
930
931   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
932     if (BC.use_empty())
933       return markAsDead(BC);
934
935     enqueueUsers(BC, Offset);
936   }
937
938   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
939     if (GEPI.use_empty())
940       return markAsDead(GEPI);
941
942     int64_t GEPOffset;
943     if (!computeConstantGEPOffset(GEPI, GEPOffset))
944       llvm_unreachable("Unable to compute constant offset for use");
945
946     enqueueUsers(GEPI, GEPOffset);
947   }
948
949   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
950     handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset);
951   }
952
953   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
954     handleLoadOrStore(SI.getOperand(0)->getType(), SI, Offset);
955   }
956
957   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
958     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
959     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
960     insertUse(II, Offset, Size);
961   }
962
963   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
964     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
965     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
966     if (!Size)
967       return markAsDead(II);
968
969     MemTransferOffsets &Offsets = P.MemTransferInstData[&II];
970     if (!II.isVolatile() && Offsets.DestEnd && Offsets.SourceEnd &&
971         Offsets.DestBegin == Offsets.SourceBegin)
972       return markAsDead(II); // Skip identity transfers without side-effects.
973
974     insertUse(II, Offset, Size);
975   }
976
977   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
978     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
979            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
980
981     ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
982     insertUse(II, Offset,
983               std::min(AllocSize - Offset, Length->getLimitedValue()));
984   }
985
986   void insertPHIOrSelect(Instruction &User, uint64_t Offset) {
987     uint64_t Size = P.PHIOrSelectSizes.lookup(&User).first;
988
989     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
990     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
991     // case them here and use a separate structure to track the operands
992     // themselves which should be replaced with undef.
993     if (Offset >= AllocSize) {
994       P.DeadOperands.push_back(U);
995       return;
996     }
997
998     insertUse(User, Offset, Size);
999   }
1000   void visitPHINode(PHINode &PN) {
1001     if (PN.use_empty())
1002       return markAsDead(PN);
1003
1004     insertPHIOrSelect(PN, Offset);
1005   }
1006   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
1007     if (SI.use_empty())
1008       return markAsDead(SI);
1009
1010     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
1011       if (Result == *U)
1012         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
1013         // through the select as if we had RAUW'ed it.
1014         enqueueUsers(SI, Offset);
1015       else
1016         // Otherwise the operand to the select is dead, and we can replace it
1017         // with undef.
1018         P.DeadOperands.push_back(U);
1019
1020       return;
1021     }
1022
1023     insertPHIOrSelect(SI, Offset);
1024   }
1025
1026   /// \brief Unreachable, we've already visited the alloca once.
1027   void visitInstruction(Instruction &I) {
1028     llvm_unreachable("Unhandled instruction in use builder.");
1029   }
1030 };
1031
1032 void AllocaPartitioning::splitAndMergePartitions() {
1033   size_t NumDeadPartitions = 0;
1034
1035   // Track the range of splittable partitions that we pass when accumulating
1036   // overlapping unsplittable partitions.
1037   uint64_t SplitEndOffset = 0ull;
1038
1039   Partition New(0ull, 0ull, false);
1040
1041   for (unsigned i = 0, j = i, e = Partitions.size(); i != e; i = j) {
1042     ++j;
1043
1044     if (!Partitions[i].IsSplittable || New.BeginOffset == New.EndOffset) {
1045       assert(New.BeginOffset == New.EndOffset);
1046       New = Partitions[i];
1047     } else {
1048       assert(New.IsSplittable);
1049       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[i].EndOffset);
1050     }
1051     assert(New.BeginOffset != New.EndOffset);
1052
1053     // Scan the overlapping partitions.
1054     while (j != e && New.EndOffset > Partitions[j].BeginOffset) {
1055       // If the new partition we are forming is splittable, stop at the first
1056       // unsplittable partition.
1057       if (New.IsSplittable && !Partitions[j].IsSplittable)
1058         break;
1059
1060       // Grow the new partition to include any equally splittable range. 'j' is
1061       // always equally splittable when New is splittable, but when New is not
1062       // splittable, we may subsume some (or part of some) splitable partition
1063       // without growing the new one.
1064       if (New.IsSplittable == Partitions[j].IsSplittable) {
1065         New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[j].EndOffset);
1066       } else {
1067         assert(!New.IsSplittable);
1068         assert(Partitions[j].IsSplittable);
1069         SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, Partitions[j].EndOffset);
1070       }
1071
1072       Partitions[j].kill();
1073       ++NumDeadPartitions;
1074       ++j;
1075     }
1076
1077     // If the new partition is splittable, chop off the end as soon as the
1078     // unsplittable subsequent partition starts and ensure we eventually cover
1079     // the splittable area.
1080     if (j != e && New.IsSplittable) {
1081       SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, New.EndOffset);
1082       New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
1083     }
1084
1085     // Add the new partition if it differs from the original one and is
1086     // non-empty. We can end up with an empty partition here if it was
1087     // splittable but there is an unsplittable one that starts at the same
1088     // offset.
1089     if (New != Partitions[i]) {
1090       if (New.BeginOffset != New.EndOffset)
1091         Partitions.push_back(New);
1092       // Mark the old one for removal.
1093       Partitions[i].kill();
1094       ++NumDeadPartitions;
1095     }
1096
1097     New.BeginOffset = New.EndOffset;
1098     if (!New.IsSplittable) {
1099       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, SplitEndOffset);
1100       if (j != e && !Partitions[j].IsSplittable)
1101         New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
1102       New.IsSplittable = true;
1103       // If there is a trailing splittable partition which won't be fused into
1104       // the next splittable partition go ahead and add it onto the partitions
1105       // list.
1106       if (New.BeginOffset < New.EndOffset &&
1107           (j == e || !Partitions[j].IsSplittable ||
1108            New.EndOffset < Partitions[j].BeginOffset)) {
1109         Partitions.push_back(New);
1110         New.BeginOffset = New.EndOffset = 0ull;
1111       }
1112     }
1113   }
1114
1115   // Re-sort the partitions now that they have been split and merged into
1116   // disjoint set of partitions. Also remove any of the dead partitions we've
1117   // replaced in the process.
1118   std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1119   if (NumDeadPartitions) {
1120     assert(Partitions.back().isDead());
1121     assert((ptrdiff_t)NumDeadPartitions ==
1122            std::count(Partitions.begin(), Partitions.end(), Partitions.back()));
1123   }
1124   Partitions.erase(Partitions.end() - NumDeadPartitions, Partitions.end());
1125 }
1126
1127 AllocaPartitioning::AllocaPartitioning(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI)
1128     :
1129 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1130       AI(AI),
1131 #endif
1132       PointerEscapingInstr(0) {
1133   PartitionBuilder PB(TD, AI, *this);
1134   if (!PB())
1135     return;
1136
1137   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
1138   // and the sizes to be in descending order.
1139   std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1140
1141   // Remove any partitions from the back which are marked as dead.
1142   while (!Partitions.empty() && Partitions.back().isDead())
1143     Partitions.pop_back();
1144
1145   if (Partitions.size() > 1) {
1146     // Intersect splittability for all partitions with equal offsets and sizes.
1147     // Then remove all but the first so that we have a sequence of non-equal but
1148     // potentially overlapping partitions.
1149     for (iterator I = Partitions.begin(), J = I, E = Partitions.end(); I != E;
1150          I = J) {
1151       ++J;
1152       while (J != E && *I == *J) {
1153         I->IsSplittable &= J->IsSplittable;
1154         ++J;
1155       }
1156     }
1157     Partitions.erase(std::unique(Partitions.begin(), Partitions.end()),
1158                      Partitions.end());
1159
1160     // Split splittable and merge unsplittable partitions into a disjoint set
1161     // of partitions over the used space of the allocation.
1162     splitAndMergePartitions();
1163   }
1164
1165   // Now build up the user lists for each of these disjoint partitions by
1166   // re-walking the recursive users of the alloca.
1167   Uses.resize(Partitions.size());
1168   UseBuilder UB(TD, AI, *this);
1169   UB();
1170 }
1171
1172 Type *AllocaPartitioning::getCommonType(iterator I) const {
1173   Type *Ty = 0;
1174   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I); UI != UE; ++UI) {
1175     if (!UI->U)
1176       continue; // Skip dead uses.
1177     if (isa<IntrinsicInst>(*UI->U->getUser()))
1178       continue;
1179     if (UI->BeginOffset != I->BeginOffset || UI->EndOffset != I->EndOffset)
1180       continue;
1181
1182     Type *UserTy = 0;
1183     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UI->U->getUser())) {
1184       UserTy = LI->getType();
1185     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI->U->getUser())) {
1186       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1187     } else {
1188       return 0; // Bail if we have weird uses.
1189     }
1190
1191     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(UserTy)) {
1192       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
1193       // this for split integer operations where we want to use the type of the
1194       // entity causing the split.
1195       if (ITy->getBitWidth() > (I->EndOffset - I->BeginOffset)*8)
1196         continue;
1197
1198       // If we have found an integer type use covering the alloca, use that
1199       // regardless of the other types, as integers are often used for a "bucket
1200       // of bits" type.
1201       return ITy;
1202     }
1203
1204     if (Ty && Ty != UserTy)
1205       return 0;
1206
1207     Ty = UserTy;
1208   }
1209   return Ty;
1210 }
1211
1212 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1213
1214 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1215                                StringRef Indent) const {
1216   OS << Indent << "partition #" << (I - begin())
1217      << " [" << I->BeginOffset << "," << I->EndOffset << ")"
1218      << (I->IsSplittable ? " (splittable)" : "")
1219      << (Uses[I - begin()].empty() ? " (zero uses)" : "")
1220      << "\n";
1221 }
1222
1223 void AllocaPartitioning::printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1224                                     StringRef Indent) const {
1225   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I);
1226        UI != UE; ++UI) {
1227     if (!UI->U)
1228       continue; // Skip dead uses.
1229     OS << Indent << "  [" << UI->BeginOffset << "," << UI->EndOffset << ") "
1230        << "used by: " << *UI->U->getUser() << "\n";
1231     if (MemTransferInst *II = dyn_cast<MemTransferInst>(UI->U->getUser())) {
1232       const MemTransferOffsets &MTO = MemTransferInstData.lookup(II);
1233       bool IsDest;
1234       if (!MTO.IsSplittable)
1235         IsDest = UI->BeginOffset == MTO.DestBegin;
1236       else
1237         IsDest = MTO.DestBegin != 0u;
1238       OS << Indent << "    (original " << (IsDest ? "dest" : "source") << ": "
1239          << "[" << (IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin)
1240          << "," << (IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd) << ")\n";
1241     }
1242   }
1243 }
1244
1245 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS) const {
1246   if (PointerEscapingInstr) {
1247     OS << "No partitioning for alloca: " << AI << "\n"
1248        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
1249        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
1250     return;
1251   }
1252
1253   OS << "Partitioning of alloca: " << AI << "\n";
1254   unsigned Num = 0;
1255   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I, ++Num) {
1256     print(OS, I);
1257     printUsers(OS, I);
1258   }
1259 }
1260
1261 void AllocaPartitioning::dump(const_iterator I) const { print(dbgs(), I); }
1262 void AllocaPartitioning::dump() const { print(dbgs()); }
1263
1264 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1265
1266
1267 namespace {
1268 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
1269 ///
1270 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
1271 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
1272 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
1273 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
1274 /// scalar values.
1275 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1276   AllocaInst &AI;
1277   DIBuilder &DIB;
1278
1279   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
1280   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
1281
1282 public:
1283   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
1284                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
1285     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
1286
1287   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
1288     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
1289     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
1290       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
1291                                UE = DebugNode->use_end();
1292            UI != UE; ++UI)
1293         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
1294           DDIs.push_back(DDI);
1295         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
1296           DVIs.push_back(DVI);
1297     }
1298
1299     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1300     AI.eraseFromParent();
1301     while (!DDIs.empty())
1302       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1303     while (!DVIs.empty())
1304       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1305   }
1306
1307   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
1308                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
1309     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1310       return LI->getOperand(0) == &AI;
1311     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == &AI;
1312   }
1313
1314   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
1315     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::const_iterator I = DDIs.begin(),
1316            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1317       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1318       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1319         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
1320       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
1321         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
1322     }
1323     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::const_iterator I = DVIs.begin(),
1324            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1325       DbgValueInst *DVI = *I;
1326       Value *Arg = NULL;
1327       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1328         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
1329         // may be zapped by an optimization pass in future.
1330         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
1331           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
1332         if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
1333           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
1334         if (!Arg)
1335           Arg = SI->getOperand(0);
1336       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
1337         Arg = LI->getOperand(0);
1338       } else {
1339         continue;
1340       }
1341       Instruction *DbgVal =
1342         DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
1343                                      Inst);
1344       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1345     }
1346   }
1347 };
1348 } // end anon namespace
1349
1350
1351 namespace {
1352 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
1353 ///
1354 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
1355 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
1356 /// a few steps to this process.
1357 ///
1358 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
1359 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
1360 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
1361 ///    as necessary and try to isolate invidual scalar accesses.
1362 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
1363 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
1364 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
1365 ///    select to be a PHI or select of the results.
1366 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
1367 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
1368 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
1369 ///    SSA vector values.
1370 class SROA : public FunctionPass {
1371   const bool RequiresDomTree;
1372
1373   LLVMContext *C;
1374   const DataLayout *TD;
1375   DominatorTree *DT;
1376
1377   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
1378   ///
1379   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
1380   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
1381   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
1382   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
1383   /// already present to ensure it is re-visited.
1384   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
1385
1386   /// \brief A collection of instructions to delete.
1387   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
1388   /// efficient.
1389   SetVector<Instruction *, SmallVector<Instruction *, 8> > DeadInsts;
1390
1391   /// \brief Post-promotion worklist.
1392   ///
1393   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
1394   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
1395   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
1396   ///
1397   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
1398   /// the event they are deleted.
1399   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
1400
1401   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
1402   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
1403
1404 public:
1405   SROA(bool RequiresDomTree = true)
1406       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
1407         C(0), TD(0), DT(0) {
1408     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1409   }
1410   bool runOnFunction(Function &F);
1411   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1412
1413   const char *getPassName() const { return "SROA"; }
1414   static char ID;
1415
1416 private:
1417   friend class PHIOrSelectSpeculator;
1418   friend class AllocaPartitionRewriter;
1419   friend class AllocaPartitionVectorRewriter;
1420
1421   bool rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
1422                               AllocaPartitioning &P,
1423                               AllocaPartitioning::iterator PI);
1424   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P);
1425   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
1426   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> &DeletedAllocas);
1427   bool promoteAllocas(Function &F);
1428 };
1429 }
1430
1431 char SROA::ID = 0;
1432
1433 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
1434   return new SROA(RequiresDomTree);
1435 }
1436
1437 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1438                       false, false)
1439 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
1440 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1441                     false, false)
1442
1443 namespace {
1444 /// \brief Visitor to speculate PHIs and Selects where possible.
1445 class PHIOrSelectSpeculator : public InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator> {
1446   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1447   friend class llvm::InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator>;
1448
1449   const DataLayout &TD;
1450   AllocaPartitioning &P;
1451   SROA &Pass;
1452
1453 public:
1454   PHIOrSelectSpeculator(const DataLayout &TD, AllocaPartitioning &P, SROA &Pass)
1455     : TD(TD), P(P), Pass(Pass) {}
1456
1457   /// \brief Visit the users of an alloca partition and rewrite them.
1458   void visitUsers(AllocaPartitioning::const_iterator PI) {
1459     // Note that we need to use an index here as the underlying vector of uses
1460     // may be grown during speculation. However, we never need to re-visit the
1461     // new uses, and so we can use the initial size bound.
1462     for (unsigned Idx = 0, Size = P.use_size(PI); Idx != Size; ++Idx) {
1463       const AllocaPartitioning::PartitionUse &PU = P.getUse(PI, Idx);
1464       if (!PU.U)
1465         continue; // Skip dead use.
1466
1467       visit(cast<Instruction>(PU.U->getUser()));
1468     }
1469   }
1470
1471 private:
1472   // By default, skip this instruction.
1473   void visitInstruction(Instruction &I) {}
1474
1475   /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1476   /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1477   /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1478   /// From this:
1479   ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1480   ///   %V = load i32* %P2
1481   /// to:
1482   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1483   ///   ...
1484   ///   %V2 = load i32* %Other
1485   ///   ...
1486   ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1487   ///
1488   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1489   /// to the select can be loaded unconditionally.
1490   ///
1491   /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1492   /// Transforms/Util/Local.h
1493   bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN, SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
1494     // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1495     // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1496     // TODO: Allow recursive phi users.
1497     // TODO: Allow stores.
1498     BasicBlock *BB = PN.getParent();
1499     unsigned MaxAlign = 0;
1500     for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end();
1501          UI != UE; ++UI) {
1502       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1503       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1504
1505       // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1506       // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1507       // a PHI.
1508       if (LI->getParent() != BB) return false;
1509
1510       // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1511       // could store.
1512       for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1513         if (BBI->mayWriteToMemory())
1514           return false;
1515
1516       MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1517       Loads.push_back(LI);
1518     }
1519
1520     // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1521     // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1522     // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1523     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num;
1524          ++Idx) {
1525       TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1526       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1527
1528       // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1529       // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1530       // in the predecessor.
1531       if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1532         return false;
1533
1534       // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1535       // critical.
1536       if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1537         continue;
1538
1539       // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1540       // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1541       // block.
1542       if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1543           isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, &TD))
1544         continue;
1545
1546       return false;
1547     }
1548
1549     return true;
1550   }
1551
1552   void visitPHINode(PHINode &PN) {
1553     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1554
1555     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
1556     if (!isSafePHIToSpeculate(PN, Loads))
1557       return;
1558
1559     assert(!Loads.empty());
1560
1561     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1562     IRBuilder<> PHIBuilder(&PN);
1563     PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1564                                           PN.getName() + ".sroa.speculated");
1565
1566     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1567     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1568     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(Loads.back());
1569     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1570     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1571
1572     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1573     do {
1574       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
1575       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1576       Pass.DeadInsts.insert(LI);
1577     } while (!Loads.empty());
1578
1579     // Inject loads into all of the pred blocks.
1580     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1581       BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1582       TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1583       Use *InUse = &PN.getOperandUse(PN.getOperandNumForIncomingValue(Idx));
1584       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1585       IRBuilder<> PredBuilder(TI);
1586
1587       LoadInst *Load
1588         = PredBuilder.CreateLoad(InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." +
1589                                          Pred->getName()));
1590       ++NumLoadsSpeculated;
1591       Load->setAlignment(Align);
1592       if (TBAATag)
1593         Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1594       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1595
1596       Instruction *Ptr = dyn_cast<Instruction>(InVal);
1597       if (!Ptr)
1598         // No uses to rewrite.
1599         continue;
1600
1601       // Try to lookup and rewrite any partition uses corresponding to this phi
1602       // input.
1603       AllocaPartitioning::iterator PI
1604         = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(InUse);
1605       if (PI == P.end())
1606         continue;
1607
1608       // Replace the Use in the PartitionUse for this operand with the Use
1609       // inside the load.
1610       AllocaPartitioning::use_iterator UI
1611         = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(InUse);
1612       assert(isa<PHINode>(*UI->U->getUser()));
1613       UI->U = &Load->getOperandUse(Load->getPointerOperandIndex());
1614     }
1615     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1616   }
1617
1618   /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1619   /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1620   /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1621   /// From this:
1622   ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1623   ///   %V = load i32* %P2
1624   /// to:
1625   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1626   ///   %V2 = load i32* %Other
1627   ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1628   ///
1629   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1630   /// to the select can be loaded unconditionally.
1631   bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
1632                                SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
1633     Value *TValue = SI.getTrueValue();
1634     Value *FValue = SI.getFalseValue();
1635     bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
1636     bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
1637
1638     for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end();
1639          UI != UE; ++UI) {
1640       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1641       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1642
1643       // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1644       // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1645       // accesses to it.
1646       if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI,
1647                                                       LI->getAlignment(), &TD))
1648         return false;
1649       if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI,
1650                                                       LI->getAlignment(), &TD))
1651         return false;
1652       Loads.push_back(LI);
1653     }
1654
1655     return true;
1656   }
1657
1658   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
1659     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1660     IRBuilder<> IRB(&SI);
1661
1662     // If the select isn't safe to speculate, just use simple logic to emit it.
1663     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
1664     if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, Loads))
1665       return;
1666
1667     Use *Ops[2] = { &SI.getOperandUse(1), &SI.getOperandUse(2) };
1668     AllocaPartitioning::iterator PIs[2];
1669     AllocaPartitioning::PartitionUse PUs[2];
1670     for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
1671       PIs[i] = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
1672       if (PIs[i] != P.end()) {
1673         // If the pointer is within the partitioning, remove the select from
1674         // its uses. We'll add in the new loads below.
1675         AllocaPartitioning::use_iterator UI
1676           = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
1677         PUs[i] = *UI;
1678         // Clear out the use here so that the offsets into the use list remain
1679         // stable but this use is ignored when rewriting.
1680         UI->U = 0;
1681       }
1682     }
1683
1684     Value *TV = SI.getTrueValue();
1685     Value *FV = SI.getFalseValue();
1686     // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1687     while (!Loads.empty()) {
1688       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
1689
1690       IRB.SetInsertPoint(LI);
1691       LoadInst *TL =
1692         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1693       LoadInst *FL =
1694         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1695       NumLoadsSpeculated += 2;
1696
1697       // Transfer alignment and TBAA info if present.
1698       TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1699       FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1700       if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1701         TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1702         FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1703       }
1704
1705       Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1706                                   LI->getName() + ".sroa.speculated");
1707
1708       LoadInst *Loads[2] = { TL, FL };
1709       for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
1710         if (PIs[i] != P.end()) {
1711           Use *LoadUse = &Loads[i]->getOperandUse(0);
1712           assert(PUs[i].U->get() == LoadUse->get());
1713           PUs[i].U = LoadUse;
1714           P.use_push_back(PIs[i], PUs[i]);
1715         }
1716       }
1717
1718       DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1719       LI->replaceAllUsesWith(V);
1720       Pass.DeadInsts.insert(LI);
1721     }
1722   }
1723 };
1724 }
1725
1726 /// \brief Accumulate the constant offsets in a GEP into a single APInt offset.
1727 ///
1728 /// If the provided GEP is all-constant, the total byte offset formed by the
1729 /// GEP is computed and Offset is set to it. If the GEP has any non-constant
1730 /// operands, the function returns false and the value of Offset is unmodified.
1731 static bool accumulateGEPOffsets(const DataLayout &TD, GEPOperator &GEP,
1732                                  APInt &Offset) {
1733   APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1734   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1735        GTI != GTE; ++GTI) {
1736     ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1737     if (!OpC)
1738       return false;
1739     if (OpC->isZero()) continue;
1740
1741     // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
1742     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1743       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1744       const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1745       GEPOffset += APInt(Offset.getBitWidth(),
1746                          SL->getElementOffset(ElementIdx));
1747       continue;
1748     }
1749
1750     APInt TypeSize(Offset.getBitWidth(),
1751                    TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
1752     if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(*GTI)) {
1753       assert((VTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
1754              "vector element size is not a multiple of 8, cannot GEP over it");
1755       TypeSize = VTy->getScalarSizeInBits() / 8;
1756     }
1757
1758     GEPOffset += OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth()) * TypeSize;
1759   }
1760   Offset = GEPOffset;
1761   return true;
1762 }
1763
1764 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1765 ///
1766 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1767 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1768 static Value *buildGEP(IRBuilder<> &IRB, Value *BasePtr,
1769                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1770                        const Twine &Prefix) {
1771   if (Indices.empty())
1772     return BasePtr;
1773
1774   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1775   // in that case.
1776   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1777     return BasePtr;
1778
1779   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, Prefix + ".idx");
1780 }
1781
1782 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1783 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1784 ///
1785 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1786 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1787 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1788 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1789 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1790 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1791 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1792                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1793                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1794                                     const Twine &Prefix) {
1795   if (Ty == TargetTy)
1796     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1797
1798   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1799   // type.
1800   unsigned NumLayers = 0;
1801   Type *ElementTy = Ty;
1802   do {
1803     if (ElementTy->isPointerTy())
1804       break;
1805     if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
1806       ElementTy = SeqTy->getElementType();
1807       // Note that we use the default address space as this index is over an
1808       // array or a vector, not a pointer.
1809       Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(TD.getPointerSizeInBits(0), 0)));
1810     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1811       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1812         break; // Nothing left to descend into.
1813       ElementTy = *STy->element_begin();
1814       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1815     } else {
1816       break;
1817     }
1818     ++NumLayers;
1819   } while (ElementTy != TargetTy);
1820   if (ElementTy != TargetTy)
1821     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1822
1823   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1824 }
1825
1826 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1827 ///
1828 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1829 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1830 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1831                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1832                                        Type *TargetTy,
1833                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1834                                        const Twine &Prefix) {
1835   if (Offset == 0)
1836     return getNaturalGEPWithType(IRB, TD, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, Prefix);
1837
1838   // We can't recurse through pointer types.
1839   if (Ty->isPointerTy())
1840     return 0;
1841
1842   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1843   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1844   // over a vector from the IR completely.
1845   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1846     unsigned ElementSizeInBits = VecTy->getScalarSizeInBits();
1847     if (ElementSizeInBits % 8)
1848       return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1849     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1850     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1851     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1852       return 0;
1853     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1854     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1855     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, VecTy->getElementType(),
1856                                     Offset, TargetTy, Indices, Prefix);
1857   }
1858
1859   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1860     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1861     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1862     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1863     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1864       return 0;
1865
1866     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1867     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1868     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1869                                     Indices, Prefix);
1870   }
1871
1872   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1873   if (!STy)
1874     return 0;
1875
1876   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1877   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1878   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1879     return 0;
1880   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1881   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1882   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1883   if (Offset.uge(TD.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1884     return 0; // The offset points into alignment padding.
1885
1886   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1887   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1888                                   Indices, Prefix);
1889 }
1890
1891 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1892 /// resulting in a particular type.
1893 ///
1894 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1895 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1896 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1897 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1898 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1899 ///
1900 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1901 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1902                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1903                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1904                                       const Twine &Prefix) {
1905   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1906
1907   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1908   // an i8.
1909   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
1910     return 0;
1911
1912   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1913   if (!ElementTy->isSized())
1914     return 0; // We can't GEP through an unsized element.
1915   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1916   if (ElementSize == 0)
1917     return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1918   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1919
1920   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1921   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1922   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1923                                   Indices, Prefix);
1924 }
1925
1926 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1927 /// resulting pointer has PointerTy.
1928 ///
1929 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1930 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1931 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1932 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1933 /// bitcast to the type.
1934 ///
1935 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1936 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1937 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1938 /// properities. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1939 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1940 /// surrounding code.
1941 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1942                              Value *Ptr, APInt Offset, Type *PointerTy,
1943                              const Twine &Prefix) {
1944   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1945   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1946   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1947   Visited.insert(Ptr);
1948   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1949
1950   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1951   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1952   // fall back to it, so keep it around here.
1953   Value *OffsetPtr = 0;
1954
1955   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1956   // byte offset.
1957   Value *Int8Ptr = 0;
1958   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1959
1960   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1961
1962   do {
1963     // First fold any existing GEPs into the offset.
1964     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1965       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1966       if (!accumulateGEPOffsets(TD, *GEP, GEPOffset))
1967         break;
1968       Offset += GEPOffset;
1969       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1970       if (!Visited.insert(Ptr))
1971         break;
1972     }
1973
1974     // See if we can perform a natural GEP here.
1975     Indices.clear();
1976     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, TD, Ptr, Offset, TargetTy,
1977                                            Indices, Prefix)) {
1978       if (P->getType() == PointerTy) {
1979         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1980         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1981           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1982             I->eraseFromParent();
1983         return P;
1984       }
1985       if (!OffsetPtr) {
1986         OffsetPtr = P;
1987       }
1988     }
1989
1990     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1991     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1992       Int8Ptr = Ptr;
1993       Int8PtrOffset = Offset;
1994     }
1995
1996     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1997     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1998       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1999     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
2000       if (GA->mayBeOverridden())
2001         break;
2002       Ptr = GA->getAliasee();
2003     } else {
2004       break;
2005     }
2006     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
2007   } while (Visited.insert(Ptr));
2008
2009   if (!OffsetPtr) {
2010     if (!Int8Ptr) {
2011       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
2012                                   Prefix + ".raw_cast");
2013       Int8PtrOffset = Offset;
2014     }
2015
2016     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
2017       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
2018                             Prefix + ".raw_idx");
2019   }
2020   Ptr = OffsetPtr;
2021
2022   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
2023   if (Ptr->getType() != PointerTy)
2024     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, Prefix + ".cast");
2025
2026   return Ptr;
2027 }
2028
2029 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
2030 ///
2031 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
2032 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
2033 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
2034 /// underlying value, and convert that value.
2035 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
2036   if (OldTy == NewTy)
2037     return true;
2038   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
2039     return false;
2040   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
2041     return false;
2042
2043   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
2044     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
2045       return true;
2046     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
2047       return true;
2048     return false;
2049   }
2050
2051   return true;
2052 }
2053
2054 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
2055 /// type.
2056 ///
2057 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
2058 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
2059 /// two types for viability with this routine.
2060 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilder<> &IRB, Value *V,
2061                            Type *Ty) {
2062   assert(canConvertValue(DL, V->getType(), Ty) &&
2063          "Value not convertable to type");
2064   if (V->getType() == Ty)
2065     return V;
2066   if (V->getType()->isIntegerTy() && Ty->isPointerTy())
2067     return IRB.CreateIntToPtr(V, Ty);
2068   if (V->getType()->isPointerTy() && Ty->isIntegerTy())
2069     return IRB.CreatePtrToInt(V, Ty);
2070
2071   return IRB.CreateBitCast(V, Ty);
2072 }
2073
2074 /// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to a vector.
2075 ///
2076 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
2077 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
2078 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
2079 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
2080 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
2081 /// be promotable, so we have an early test here.
2082 static bool isVectorPromotionViable(const DataLayout &TD,
2083                                     Type *AllocaTy,
2084                                     AllocaPartitioning &P,
2085                                     uint64_t PartitionBeginOffset,
2086                                     uint64_t PartitionEndOffset,
2087                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2088                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2089   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
2090   if (!Ty)
2091     return false;
2092
2093   uint64_t VecSize = TD.getTypeSizeInBits(Ty);
2094   uint64_t ElementSize = Ty->getScalarSizeInBits();
2095
2096   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
2097   // that aren't byte sized.
2098   if (ElementSize % 8)
2099     return false;
2100   assert((VecSize % 8) == 0 && "vector size not a multiple of element size?");
2101   VecSize /= 8;
2102   ElementSize /= 8;
2103
2104   for (; I != E; ++I) {
2105     if (!I->U)
2106       continue; // Skip dead use.
2107
2108     uint64_t BeginOffset = I->BeginOffset - PartitionBeginOffset;
2109     uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
2110     if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
2111         BeginIndex >= Ty->getNumElements())
2112       return false;
2113     uint64_t EndOffset = I->EndOffset - PartitionBeginOffset;
2114     uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
2115     if (EndIndex * ElementSize != EndOffset ||
2116         EndIndex > Ty->getNumElements())
2117       return false;
2118
2119     // FIXME: We should build shuffle vector instructions to handle
2120     // non-element-sized accesses. See PR14055 for an example of where this
2121     // matters.
2122     if ((EndOffset - BeginOffset) != ElementSize &&
2123         (EndOffset - BeginOffset) != VecSize)
2124       return false;
2125
2126     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
2127       if (MI->isVolatile())
2128         return false;
2129       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
2130         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2131           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
2132         if (!MTO.IsSplittable)
2133           return false;
2134       }
2135     } else if (I->U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
2136       // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
2137       return false;
2138     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->U->getUser())) {
2139       if (LI->isVolatile())
2140         return false;
2141     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I->U->getUser())) {
2142       if (SI->isVolatile())
2143         return false;
2144     } else {
2145       return false;
2146     }
2147   }
2148   return true;
2149 }
2150
2151 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
2152 /// widened to promotable ones.
2153 ///
2154 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
2155 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
2156 /// promote the resulting alloca.
2157 static bool isIntegerWideningViable(const DataLayout &TD,
2158                                     Type *AllocaTy,
2159                                     uint64_t AllocBeginOffset,
2160                                     AllocaPartitioning &P,
2161                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2162                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2163   uint64_t SizeInBits = TD.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
2164
2165   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
2166   if (SizeInBits != TD.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
2167     return false;
2168
2169   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
2170   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
2171   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
2172   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
2173   if (!canConvertValue(TD, AllocaTy, IntTy) ||
2174       !canConvertValue(TD, IntTy, AllocaTy))
2175     return false;
2176
2177   uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(AllocaTy);
2178
2179   // Check the uses to ensure the uses are (likely) promoteable integer uses.
2180   // Also ensure that the alloca has a covering load or store. We don't want
2181   // to widen the integer operotains only to fail to promote due to some other
2182   // unsplittable entry (which we may make splittable later).
2183   bool WholeAllocaOp = false;
2184   for (; I != E; ++I) {
2185     if (!I->U)
2186       continue; // Skip dead use.
2187
2188     uint64_t RelBegin = I->BeginOffset - AllocBeginOffset;
2189     uint64_t RelEnd = I->EndOffset - AllocBeginOffset;
2190
2191     // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
2192     // the end of the aloca's type and into its padding.
2193     if (RelEnd > Size)
2194       return false;
2195
2196     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->U->getUser())) {
2197       if (LI->isVolatile())
2198         return false;
2199       if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2200         WholeAllocaOp = true;
2201       if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
2202         if (ITy->getBitWidth() < TD.getTypeStoreSize(ITy))
2203           return false;
2204         continue;
2205       }
2206       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
2207       // they are promotable.
2208       if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2209           !canConvertValue(TD, AllocaTy, LI->getType()))
2210         return false;
2211     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I->U->getUser())) {
2212       Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
2213       if (SI->isVolatile())
2214         return false;
2215       if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2216         WholeAllocaOp = true;
2217       if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
2218         if (ITy->getBitWidth() < TD.getTypeStoreSize(ITy))
2219           return false;
2220         continue;
2221       }
2222       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
2223       // they are promotable.
2224       if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2225           !canConvertValue(TD, ValueTy, AllocaTy))
2226         return false;
2227     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
2228       if (MI->isVolatile())
2229         return false;
2230       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
2231         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2232           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
2233         if (!MTO.IsSplittable)
2234           return false;
2235       }
2236     } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->U->getUser())) {
2237       if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
2238           II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
2239         return false;
2240     } else {
2241       return false;
2242     }
2243   }
2244   return WholeAllocaOp;
2245 }
2246
2247 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilder<> &IRB, Value *V,
2248                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
2249                              const Twine &Name) {
2250   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
2251   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2252   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2253          "Element extends past full value");
2254   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
2255   if (DL.isBigEndian())
2256     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2257   if (ShAmt) {
2258     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
2259     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
2260   }
2261   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2262          "Cannot extract to a larger integer!");
2263   if (Ty != IntTy) {
2264     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
2265     DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
2266   }
2267   return V;
2268 }
2269
2270 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilder<> &IRB, Value *Old,
2271                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
2272   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
2273   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
2274   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2275          "Cannot insert a larger integer!");
2276   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
2277   if (Ty != IntTy) {
2278     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
2279     DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
2280   }
2281   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2282          "Element store outside of alloca store");
2283   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
2284   if (DL.isBigEndian())
2285     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2286   if (ShAmt) {
2287     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
2288     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
2289   }
2290
2291   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
2292     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
2293     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
2294     DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
2295     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
2296     DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
2297   }
2298   return V;
2299 }
2300
2301 namespace {
2302 /// \brief Visitor to rewrite instructions using a partition of an alloca to
2303 /// use a new alloca.
2304 ///
2305 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
2306 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
2307 /// lives here.
2308 class AllocaPartitionRewriter : public InstVisitor<AllocaPartitionRewriter,
2309                                                    bool> {
2310   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2311   friend class llvm::InstVisitor<AllocaPartitionRewriter, bool>;
2312
2313   const DataLayout &TD;
2314   AllocaPartitioning &P;
2315   SROA &Pass;
2316   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2317   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2318   Type *NewAllocaTy;
2319
2320   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2321   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2322   // non-null, we have some strict guarantees about the rewriten alloca:
2323   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2324   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2325   //     element.
2326   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2327   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2328   //     which are promotable via mem2reg.
2329   VectorType *VecTy;
2330   Type *ElementTy;
2331   uint64_t ElementSize;
2332
2333   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2334   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
2335   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
2336   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2337   IntegerType *IntTy;
2338
2339   // The offset of the partition user currently being rewritten.
2340   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
2341   Use *OldUse;
2342   Instruction *OldPtr;
2343
2344   // The name prefix to use when rewriting instructions for this alloca.
2345   std::string NamePrefix;
2346
2347 public:
2348   AllocaPartitionRewriter(const DataLayout &TD, AllocaPartitioning &P,
2349                           AllocaPartitioning::iterator PI,
2350                           SROA &Pass, AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2351                           uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset)
2352     : TD(TD), P(P), Pass(Pass),
2353       OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2354       NewAllocaBeginOffset(NewBeginOffset),
2355       NewAllocaEndOffset(NewEndOffset),
2356       NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
2357       VecTy(), ElementTy(), ElementSize(), IntTy(),
2358       BeginOffset(), EndOffset() {
2359   }
2360
2361   /// \brief Visit the users of the alloca partition and rewrite them.
2362   bool visitUsers(AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2363                   AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2364     if (isVectorPromotionViable(TD, NewAI.getAllocatedType(), P,
2365                                 NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset,
2366                                 I, E)) {
2367       ++NumVectorized;
2368       VecTy = cast<VectorType>(NewAI.getAllocatedType());
2369       ElementTy = VecTy->getElementType();
2370       assert((VecTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
2371              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2372       ElementSize = VecTy->getScalarSizeInBits() / 8;
2373     } else if (isIntegerWideningViable(TD, NewAI.getAllocatedType(),
2374                                        NewAllocaBeginOffset, P, I, E)) {
2375       IntTy = Type::getIntNTy(NewAI.getContext(),
2376                               TD.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()));
2377     }
2378     bool CanSROA = true;
2379     for (; I != E; ++I) {
2380       if (!I->U)
2381         continue; // Skip dead uses.
2382       BeginOffset = I->BeginOffset;
2383       EndOffset = I->EndOffset;
2384       OldUse = I->U;
2385       OldPtr = cast<Instruction>(I->U->get());
2386       NamePrefix = (Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset)).str();
2387       CanSROA &= visit(cast<Instruction>(I->U->getUser()));
2388     }
2389     if (VecTy) {
2390       assert(CanSROA);
2391       VecTy = 0;
2392       ElementTy = 0;
2393       ElementSize = 0;
2394     }
2395     if (IntTy) {
2396       assert(CanSROA);
2397       IntTy = 0;
2398     }
2399     return CanSROA;
2400   }
2401
2402 private:
2403   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2404   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2405     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2406     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2407   }
2408
2409   Twine getName(const Twine &Suffix) {
2410     return NamePrefix + Suffix;
2411   }
2412
2413   Value *getAdjustedAllocaPtr(IRBuilder<> &IRB, Type *PointerTy) {
2414     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset);
2415     APInt Offset(TD.getPointerSizeInBits(), BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2416     return getAdjustedPtr(IRB, TD, &NewAI, Offset, PointerTy, getName(""));
2417   }
2418
2419   /// \brief Compute suitable alignment to access an offset into the new alloca.
2420   unsigned getOffsetAlign(uint64_t Offset) {
2421     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2422     if (!NewAIAlign)
2423       NewAIAlign = TD.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2424     return MinAlign(NewAIAlign, Offset);
2425   }
2426
2427   /// \brief Compute suitable alignment to access this partition of the new
2428   /// alloca.
2429   unsigned getPartitionAlign() {
2430     return getOffsetAlign(BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2431   }
2432
2433   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at an offset of the
2434   /// new alloca.
2435   ///
2436   /// \returns zero if the type's ABI alignment is a suitable alignment,
2437   /// otherwise returns the maximal suitable alignment.
2438   unsigned getOffsetTypeAlign(Type *Ty, uint64_t Offset) {
2439     unsigned Align = getOffsetAlign(Offset);
2440     return Align == TD.getABITypeAlignment(Ty) ? 0 : Align;
2441   }
2442
2443   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at the beginning of
2444   /// this partition of the new alloca.
2445   ///
2446   /// See \c getOffsetTypeAlign for details; this routine delegates to it.
2447   unsigned getPartitionTypeAlign(Type *Ty) {
2448     return getOffsetTypeAlign(Ty, BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2449   }
2450
2451   ConstantInt *getIndex(IRBuilder<> &IRB, uint64_t Offset) {
2452     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2453     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2454     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2455     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2456     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2457     return IRB.getInt32(Index);
2458   }
2459
2460   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2461     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2462     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2463       Pass.DeadInsts.insert(I);
2464   }
2465
2466   Value *rewriteVectorizedLoadInst(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI, Value *OldOp) {
2467     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2468                                      getName(".load"));
2469     if (LI.getType() == VecTy->getElementType() ||
2470         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2471       V = IRB.CreateExtractElement(V, getIndex(IRB, BeginOffset),
2472                                    getName(".extract"));
2473     }
2474     return V;
2475   }
2476
2477   Value *rewriteIntegerLoad(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI) {
2478     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2479     assert(!LI.isVolatile());
2480     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2481                                      getName(".load"));
2482     V = convertValue(TD, IRB, V, IntTy);
2483     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2484     uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2485     if (Offset > 0 || EndOffset < NewAllocaEndOffset)
2486       V = extractInteger(TD, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2487                          getName(".extract"));
2488     return V;
2489   }
2490
2491   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2492     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2493     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2494     assert(OldOp == OldPtr);
2495     IRBuilder<> IRB(&LI);
2496
2497     uint64_t Size = EndOffset - BeginOffset;
2498     bool IsSplitIntLoad = Size < TD.getTypeStoreSize(LI.getType());
2499
2500     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
2501     // bounds of the original allocation it's behavior is undefined. Rather
2502     // than trying to transform it, just replace it with undef.
2503     // FIXME: We should do something more clever for functions being
2504     // instrumented by asan.
2505     // FIXME: Eventually, once ASan and friends can flush out bugs here, this
2506     // should be transformed to a load of null making it unreachable.
2507     uint64_t OldAllocSize = TD.getTypeAllocSize(OldAI.getAllocatedType());
2508     if (TD.getTypeStoreSize(LI.getType()) > OldAllocSize) {
2509       LI.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(LI.getType()));
2510       Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2511       deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2512       DEBUG(dbgs() << "          to: undef!!\n");
2513       return true;
2514     }
2515
2516     Type *TargetTy = IsSplitIntLoad ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), Size * 8)
2517                                     : LI.getType();
2518     bool IsPtrAdjusted = false;
2519     Value *V;
2520     if (VecTy) {
2521       V = rewriteVectorizedLoadInst(IRB, LI, OldOp);
2522     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2523       V = rewriteIntegerLoad(IRB, LI);
2524     } else if (BeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2525                canConvertValue(TD, NewAllocaTy, LI.getType())) {
2526       V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2527                                 LI.isVolatile(), getName(".load"));
2528     } else {
2529       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo();
2530       V = IRB.CreateAlignedLoad(getAdjustedAllocaPtr(IRB, LTy),
2531                                 getPartitionTypeAlign(TargetTy),
2532                                 LI.isVolatile(), getName(".load"));
2533       IsPtrAdjusted = true;
2534     }
2535     V = convertValue(TD, IRB, V, TargetTy);
2536
2537     if (IsSplitIntLoad) {
2538       assert(!LI.isVolatile());
2539       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2540              "Only integer type loads and stores are split");
2541       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2542              TD.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2543              "Non-byte-multiple bit width");
2544       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2545              TD.getTypeAllocSizeInBits(OldAI.getAllocatedType()) &&
2546              "Only alloca-wide loads can be split and recomposed");
2547       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2548       IRB.SetInsertPoint(llvm::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2549       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2550       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2551       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2552       // LI only used for this computation.
2553       Value *Placeholder
2554         = new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo()));
2555       V = insertInteger(TD, IRB, Placeholder, V, BeginOffset,
2556                         getName(".insert"));
2557       LI.replaceAllUsesWith(V);
2558       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2559       delete Placeholder;
2560     } else {
2561       LI.replaceAllUsesWith(V);
2562     }
2563
2564     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2565     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2566     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2567     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2568   }
2569
2570   bool rewriteVectorizedStoreInst(IRBuilder<> &IRB, Value *V,
2571                                   StoreInst &SI, Value *OldOp) {
2572     if (V->getType() == ElementTy ||
2573         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2574       if (V->getType() != ElementTy)
2575         V = convertValue(TD, IRB, V, ElementTy);
2576       LoadInst *LI = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2577                                            getName(".load"));
2578       V = IRB.CreateInsertElement(LI, V, getIndex(IRB, BeginOffset),
2579                                   getName(".insert"));
2580     } else if (V->getType() != VecTy) {
2581       V = convertValue(TD, IRB, V, VecTy);
2582     }
2583     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2584     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2585
2586     (void)Store;
2587     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2588     return true;
2589   }
2590
2591   bool rewriteIntegerStore(IRBuilder<> &IRB, Value *V, StoreInst &SI) {
2592     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2593     assert(!SI.isVolatile());
2594     if (TD.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2595       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2596                                          getName(".oldload"));
2597       Old = convertValue(TD, IRB, Old, IntTy);
2598       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2599       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2600       V = insertInteger(TD, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset,
2601                         getName(".insert"));
2602     }
2603     V = convertValue(TD, IRB, V, NewAllocaTy);
2604     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2605     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2606     (void)Store;
2607     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2608     return true;
2609   }
2610
2611   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2612     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2613     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2614     assert(OldOp == OldPtr);
2615     IRBuilder<> IRB(&SI);
2616
2617     Value *V = SI.getValueOperand();
2618
2619     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2620     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2621     if (V->getType()->isPointerTy())
2622       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2623         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2624
2625     uint64_t Size = EndOffset - BeginOffset;
2626     if (Size < TD.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2627       assert(!SI.isVolatile());
2628       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2629              "Only integer type loads and stores are split");
2630       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2631              TD.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2632              "Non-byte-multiple bit width");
2633       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2634              TD.getTypeSizeInBits(OldAI.getAllocatedType()) &&
2635              "Only alloca-wide stores can be split and recomposed");
2636       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), Size * 8);
2637       V = extractInteger(TD, IRB, V, NarrowTy, BeginOffset,
2638                          getName(".extract"));
2639     }
2640
2641     if (VecTy)
2642       return rewriteVectorizedStoreInst(IRB, V, SI, OldOp);
2643     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2644       return rewriteIntegerStore(IRB, V, SI);
2645
2646     StoreInst *NewSI;
2647     if (BeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2648         canConvertValue(TD, V->getType(), NewAllocaTy)) {
2649       V = convertValue(TD, IRB, V, NewAllocaTy);
2650       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2651                                      SI.isVolatile());
2652     } else {
2653       Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, V->getType()->getPointerTo());
2654       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, NewPtr,
2655                                      getPartitionTypeAlign(V->getType()),
2656                                      SI.isVolatile());
2657     }
2658     (void)NewSI;
2659     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2660     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2661
2662     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2663     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2664   }
2665
2666   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2667     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2668     IRBuilder<> IRB(&II);
2669     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2670
2671     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2672     // pointer to the new alloca.
2673     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2674       II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
2675       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2676       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getPartitionAlign()));
2677
2678       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2679       return false;
2680     }
2681
2682     // Record this instruction for deletion.
2683     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2684
2685     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2686     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2687
2688     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2689     // a single value type, just emit a memset.
2690     if (!VecTy && !IntTy &&
2691         (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2692          EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2693          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2694          !TD.isLegalInteger(TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy)))) {
2695       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2696       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2697       CallInst *New
2698         = IRB.CreateMemSet(getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2699                                                 II.getRawDest()->getType()),
2700                            II.getValue(), Size, getPartitionAlign(),
2701                            II.isVolatile());
2702       (void)New;
2703       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2704       return false;
2705     }
2706
2707     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2708     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2709     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2710     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, bitcasting to the
2711     // desired scalar type, and splatting it across any desired vector type.
2712     uint64_t Size = EndOffset - BeginOffset;
2713     Value *V = II.getValue();
2714     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2715     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size*8);
2716     if (Size*8 > VTy->getBitWidth())
2717       V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, getName(".zext")),
2718                         ConstantExpr::getUDiv(
2719                           Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2720                           ConstantExpr::getZExt(
2721                             Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2722                             SplatIntTy)),
2723                         getName(".isplat"));
2724
2725     // If this is an element-wide memset of a vectorizable alloca, insert it.
2726     if (VecTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2727                   EndOffset < NewAllocaEndOffset)) {
2728       if (V->getType() != ScalarTy)
2729         V = convertValue(TD, IRB, V, ScalarTy);
2730       StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(
2731         IRB.CreateInsertElement(IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI,
2732                                                       NewAI.getAlignment(),
2733                                                       getName(".load")),
2734                                 V, getIndex(IRB, BeginOffset),
2735                                 getName(".insert")),
2736         &NewAI, NewAI.getAlignment());
2737       (void)Store;
2738       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2739       return true;
2740     }
2741
2742     // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2743     // set integer.
2744     if (IntTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2745                   EndOffset < NewAllocaEndOffset)) {
2746       assert(!II.isVolatile());
2747       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2748                                          getName(".oldload"));
2749       Old = convertValue(TD, IRB, Old, IntTy);
2750       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2751       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2752       V = insertInteger(TD, IRB, Old, V, Offset, getName(".insert"));
2753     }
2754
2755     if (V->getType() != AllocaTy)
2756       V = convertValue(TD, IRB, V, AllocaTy);
2757
2758     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2759                                         II.isVolatile());
2760     (void)New;
2761     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2762     return !II.isVolatile();
2763   }
2764
2765   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2766     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2767     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2768
2769     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2770     IRBuilder<> IRB(&II);
2771
2772     assert(II.getRawSource() == OldPtr || II.getRawDest() == OldPtr);
2773     bool IsDest = II.getRawDest() == OldPtr;
2774
2775     const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2776       = P.getMemTransferOffsets(II);
2777
2778     // Compute the relative offset within the transfer.
2779     unsigned IntPtrWidth = TD.getPointerSizeInBits();
2780     APInt RelOffset(IntPtrWidth, BeginOffset - (IsDest ? MTO.DestBegin
2781                                                        : MTO.SourceBegin));
2782
2783     unsigned Align = II.getAlignment();
2784     if (Align > 1)
2785       Align = MinAlign(RelOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue(),
2786                        MinAlign(II.getAlignment(), getPartitionAlign()));
2787
2788     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2789     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2790     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2791     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2792     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2793     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2794     // update both source and dest of a single call.
2795     if (!MTO.IsSplittable) {
2796       Value *OldOp = IsDest ? II.getRawDest() : II.getRawSource();
2797       if (IsDest)
2798         II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
2799       else
2800         II.setSource(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawSource()->getType()));
2801
2802       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2803       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, Align));
2804
2805       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2806       deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2807       return false;
2808     }
2809     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2810     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2811     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2812     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2813     // downsides to splitting and transforming the operations.
2814
2815     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2816     // a single value type, just emit a memcpy.
2817     bool EmitMemCpy
2818       = !VecTy && !IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2819                              EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2820                              !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2821
2822     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2823     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2824     // a no-op.
2825     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2826       uint64_t OrigBegin = IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin;
2827       uint64_t OrigEnd = IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd;
2828       // Ensure the start lines up.
2829       assert(BeginOffset == OrigBegin);
2830       (void)OrigBegin;
2831
2832       // Rewrite the size as needed.
2833       if (EndOffset != OrigEnd)
2834         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2835                                       EndOffset - BeginOffset));
2836       return false;
2837     }
2838     // Record this instruction for deletion.
2839     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2840
2841     bool IsWholeAlloca = BeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2842                          EndOffset == NewAllocaEndOffset;
2843     bool IsVectorElement = VecTy && !IsWholeAlloca;
2844     uint64_t Size = EndOffset - BeginOffset;
2845     IntegerType *SubIntTy
2846       = IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size*8) : 0;
2847
2848     Type *OtherPtrTy = IsDest ? II.getRawSource()->getType()
2849                               : II.getRawDest()->getType();
2850     if (!EmitMemCpy) {
2851       if (IsVectorElement)
2852         OtherPtrTy = VecTy->getElementType()->getPointerTo();
2853       else if (IntTy && !IsWholeAlloca)
2854         OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo();
2855       else
2856         OtherPtrTy = NewAI.getType();
2857     }
2858
2859     // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2860     // a single, simple GEP in most cases.
2861     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2862     OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, TD, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy,
2863                               getName("." + OtherPtr->getName()));
2864
2865     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2866     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2867     if (AllocaInst *AI
2868           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets()))
2869       Pass.Worklist.insert(AI);
2870
2871     if (EmitMemCpy) {
2872       Value *OurPtr
2873         = getAdjustedAllocaPtr(IRB, IsDest ? II.getRawDest()->getType()
2874                                            : II.getRawSource()->getType());
2875       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2876       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2877
2878       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(IsDest ? OurPtr : OtherPtr,
2879                                        IsDest ? OtherPtr : OurPtr,
2880                                        Size, Align, II.isVolatile());
2881       (void)New;
2882       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2883       return false;
2884     }
2885
2886     // Note that we clamp the alignment to 1 here as a 0 alignment for a memcpy
2887     // is equivalent to 1, but that isn't true if we end up rewriting this as
2888     // a load or store.
2889     if (!Align)
2890       Align = 1;
2891
2892     Value *SrcPtr = OtherPtr;
2893     Value *DstPtr = &NewAI;
2894     if (!IsDest)
2895       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2896
2897     Value *Src;
2898     if (IsVectorElement && !IsDest) {
2899       // We have to extract rather than load.
2900       Src = IRB.CreateExtractElement(
2901         IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, getName(".copyload")),
2902         getIndex(IRB, BeginOffset),
2903         getName(".copyextract"));
2904     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2905       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2906                                   getName(".load"));
2907       Src = convertValue(TD, IRB, Src, IntTy);
2908       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2909       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2910       Src = extractInteger(TD, IRB, Src, SubIntTy, Offset, getName(".extract"));
2911     } else {
2912       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, II.isVolatile(),
2913                                   getName(".copyload"));
2914     }
2915
2916     if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2917       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2918                                          getName(".oldload"));
2919       Old = convertValue(TD, IRB, Old, IntTy);
2920       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2921       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2922       Src = insertInteger(TD, IRB, Old, Src, Offset, getName(".insert"));
2923       Src = convertValue(TD, IRB, Src, NewAllocaTy);
2924     }
2925
2926     if (IsVectorElement && IsDest) {
2927       // We have to insert into a loaded copy before storing.
2928       Src = IRB.CreateInsertElement(
2929         IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), getName(".load")),
2930         Src, getIndex(IRB, BeginOffset),
2931         getName(".insert"));
2932     }
2933
2934     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2935       IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, Align, II.isVolatile()));
2936     (void)Store;
2937     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2938     return !II.isVolatile();
2939   }
2940
2941   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2942     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2943            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2944     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2945     IRBuilder<> IRB(&II);
2946     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2947
2948     // Record this instruction for deletion.
2949     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2950
2951     ConstantInt *Size
2952       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2953                          EndOffset - BeginOffset);
2954     Value *Ptr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getArgOperand(1)->getType());
2955     Value *New;
2956     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2957       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2958     else
2959       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2960
2961     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2962     return true;
2963   }
2964
2965   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2966     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2967
2968     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2969     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2970     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2971     // dominate the PHI.
2972     IRBuilder<> PtrBuilder(cast<Instruction>(OldPtr));
2973
2974     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2975     // Replace the operands which were using the old pointer.
2976     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
2977
2978     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2979     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2980     return false;
2981   }
2982
2983   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2984     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2985     IRBuilder<> IRB(&SI);
2986
2987     // Find the operand we need to rewrite here.
2988     bool IsTrueVal = SI.getTrueValue() == OldPtr;
2989     if (IsTrueVal)
2990       assert(SI.getFalseValue() != OldPtr && "Pointer is both operands!");
2991     else
2992       assert(SI.getFalseValue() == OldPtr && "Pointer isn't an operand!");
2993
2994     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, OldPtr->getType());
2995     SI.setOperand(IsTrueVal ? 1 : 2, NewPtr);
2996     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2997     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2998     return false;
2999   }
3000
3001 };
3002 }
3003
3004 namespace {
3005 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
3006 ///
3007 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
3008 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
3009 /// with scalar loads and stores.
3010 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
3011   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
3012   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
3013
3014   const DataLayout &TD;
3015
3016   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
3017   SmallVector<Use *, 8> Queue;
3018
3019   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
3020   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
3021
3022   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
3023   /// value (as opposed to the user).
3024   Use *U;
3025
3026 public:
3027   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &TD) : TD(TD) {}
3028
3029   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
3030   /// it.
3031   bool rewrite(Instruction &I) {
3032     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
3033     enqueueUsers(I);
3034     bool Changed = false;
3035     while (!Queue.empty()) {
3036       U = Queue.pop_back_val();
3037       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
3038     }
3039     return Changed;
3040   }
3041
3042 private:
3043   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
3044   /// This uses a set to de-duplicate users.
3045   void enqueueUsers(Instruction &I) {
3046     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
3047          ++UI)
3048       if (Visited.insert(*UI))
3049         Queue.push_back(&UI.getUse());
3050   }
3051
3052   // Conservative default is to not rewrite anything.
3053   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
3054
3055   /// \brief Generic recursive split emission class.
3056   template <typename Derived>
3057   class OpSplitter {
3058   protected:
3059     /// The builder used to form new instructions.
3060     IRBuilder<> IRB;
3061     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
3062     /// appropriate value within the aggregate.
3063     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
3064     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
3065     /// within the aggregate.
3066     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
3067     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
3068     /// split operations.
3069     Value *Ptr;
3070
3071     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
3072     /// single zero GEP index.
3073     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3074       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
3075
3076   public:
3077     /// \brief Generic recursive split emission routine.
3078     ///
3079     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
3080     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
3081     /// and emits that single value operation via the template argument.
3082     ///
3083     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
3084     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
3085     /// formatted differently (GEPs need actual values).
3086     ///
3087     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
3088     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
3089     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
3090     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3091       if (Ty->isSingleValueType())
3092         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
3093
3094       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3095         unsigned OldSize = Indices.size();
3096         (void)OldSize;
3097         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
3098              ++Idx) {
3099           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3100           Indices.push_back(Idx);
3101           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3102           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3103           GEPIndices.pop_back();
3104           Indices.pop_back();
3105         }
3106         return;
3107       }
3108
3109       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3110         unsigned OldSize = Indices.size();
3111         (void)OldSize;
3112         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
3113              ++Idx) {
3114           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3115           Indices.push_back(Idx);
3116           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3117           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3118           GEPIndices.pop_back();
3119           Indices.pop_back();
3120         }
3121         return;
3122       }
3123
3124       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
3125     }
3126   };
3127
3128   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
3129     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3130       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
3131
3132     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
3133     /// recursive emission to actually load values.
3134     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3135       assert(Ty->isSingleValueType());
3136       // Load the single value and insert it using the indices.
3137       Value *Load = IRB.CreateLoad(IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices,
3138                                                          Name + ".gep"),
3139                                    Name + ".load");
3140       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
3141       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
3142     }
3143   };
3144
3145   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
3146     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
3147     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
3148       return false;
3149
3150     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
3151     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
3152     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
3153     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
3154     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
3155     LI.replaceAllUsesWith(V);
3156     LI.eraseFromParent();
3157     return true;
3158   }
3159
3160   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
3161     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3162       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
3163
3164     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
3165     /// recursive emission to actually produce stores.
3166     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3167       assert(Ty->isSingleValueType());
3168       // Extract the single value and store it using the indices.
3169       Value *Store = IRB.CreateStore(
3170         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
3171         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
3172       (void)Store;
3173       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
3174     }
3175   };
3176
3177   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
3178     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
3179       return false;
3180     Value *V = SI.getValueOperand();
3181     if (V->getType()->isSingleValueType())
3182       return false;
3183
3184     // We have an aggregate being stored, split it apart.
3185     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
3186     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
3187     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
3188     SI.eraseFromParent();
3189     return true;
3190   }
3191
3192   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
3193     enqueueUsers(BC);
3194     return false;
3195   }
3196
3197   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
3198     enqueueUsers(GEPI);
3199     return false;
3200   }
3201
3202   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
3203     enqueueUsers(PN);
3204     return false;
3205   }
3206
3207   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
3208     enqueueUsers(SI);
3209     return false;
3210   }
3211 };
3212 }
3213
3214 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
3215 ///
3216 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
3217 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
3218 /// size or the allocated size.
3219 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
3220   if (Ty->isSingleValueType())
3221     return Ty;
3222
3223   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
3224   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
3225
3226   Type *InnerTy;
3227   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3228     InnerTy = ArrTy->getElementType();
3229   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3230     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3231     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
3232     InnerTy = STy->getElementType(Index);
3233   } else {
3234     return Ty;
3235   }
3236
3237   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
3238       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
3239     return Ty;
3240
3241   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
3242 }
3243
3244 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
3245 /// offset and size.
3246 ///
3247 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
3248 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
3249 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
3250 /// and the same for structs.
3251 ///
3252 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
3253 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
3254 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
3255 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
3256 /// return a type if necessary.
3257 static Type *getTypePartition(const DataLayout &TD, Type *Ty,
3258                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
3259   if (Offset == 0 && TD.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
3260     return stripAggregateTypeWrapping(TD, Ty);
3261   if (Offset > TD.getTypeAllocSize(Ty) ||
3262       (TD.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
3263     return 0;
3264
3265   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
3266     // We can't partition pointers...
3267     if (SeqTy->isPointerTy())
3268       return 0;
3269
3270     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
3271     uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
3272     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
3273     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy))
3274       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
3275         return 0;
3276     if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy))
3277       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
3278         return 0;
3279     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3280
3281     // First check if we need to recurse.
3282     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3283       // Bail if the partition ends in a different array element.
3284       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3285         return 0;
3286       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3287       return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
3288     }
3289     assert(Offset == 0);
3290
3291     if (Size == ElementSize)
3292       return stripAggregateTypeWrapping(TD, ElementTy);
3293     assert(Size > ElementSize);
3294     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3295     if (NumElements * ElementSize != Size)
3296       return 0;
3297     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3298   }
3299
3300   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3301   if (!STy)
3302     return 0;
3303
3304   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
3305   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3306     return 0;
3307   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3308   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3309     return 0;
3310
3311   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3312   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3313
3314   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3315   uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
3316   if (Offset >= ElementSize)
3317     return 0; // The offset points into alignment padding.
3318
3319   // See if any partition must be contained by the element.
3320   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3321     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3322       return 0;
3323     return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
3324   }
3325   assert(Offset == 0);
3326
3327   if (Size == ElementSize)
3328     return stripAggregateTypeWrapping(TD, ElementTy);
3329
3330   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3331                                EE = STy->element_end();
3332   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3333     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3334     if (Index == EndIndex)
3335       return 0; // Within a single element and its padding.
3336
3337     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3338     // expected size.
3339     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3340     // sub-struct to find a natural end point.
3341     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3342       return 0;
3343
3344     assert(Index < EndIndex);
3345     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3346   }
3347
3348   // Try to build up a sub-structure.
3349   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE),
3350                                       STy->isPacked());
3351   const StructLayout *SubSL = TD.getStructLayout(SubTy);
3352   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3353     return 0; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3354
3355   return SubTy;
3356 }
3357
3358 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3359 ///
3360 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3361 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3362 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3363 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3364 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3365 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3366 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3367 /// promoted.
3368 bool SROA::rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
3369                                   AllocaPartitioning &P,
3370                                   AllocaPartitioning::iterator PI) {
3371   uint64_t AllocaSize = PI->EndOffset - PI->BeginOffset;
3372   bool IsLive = false;
3373   for (AllocaPartitioning::use_iterator UI = P.use_begin(PI),
3374                                         UE = P.use_end(PI);
3375        UI != UE && !IsLive; ++UI)
3376     if (UI->U)
3377       IsLive = true;
3378   if (!IsLive)
3379     return false; // No live uses left of this partition.
3380
3381   DEBUG(dbgs() << "Speculating PHIs and selects in partition "
3382                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ")\n");
3383
3384   PHIOrSelectSpeculator Speculator(*TD, P, *this);
3385   DEBUG(dbgs() << "  speculating ");
3386   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
3387   Speculator.visitUsers(PI);
3388
3389   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3390   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3391   // or an i8 array of an appropriate size.
3392   Type *AllocaTy = 0;
3393   if (Type *PartitionTy = P.getCommonType(PI))
3394     if (TD->getTypeAllocSize(PartitionTy) >= AllocaSize)
3395       AllocaTy = PartitionTy;
3396   if (!AllocaTy)
3397     if (Type *PartitionTy = getTypePartition(*TD, AI.getAllocatedType(),
3398                                              PI->BeginOffset, AllocaSize))
3399       AllocaTy = PartitionTy;
3400   if ((!AllocaTy ||
3401        (AllocaTy->isArrayTy() &&
3402         AllocaTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3403       TD->isLegalInteger(AllocaSize * 8))
3404     AllocaTy = Type::getIntNTy(*C, AllocaSize * 8);
3405   if (!AllocaTy)
3406     AllocaTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), AllocaSize);
3407   assert(TD->getTypeAllocSize(AllocaTy) >= AllocaSize);
3408
3409   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3410   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3411   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3412   // performe phi and select speculation.
3413   AllocaInst *NewAI;
3414   if (AllocaTy == AI.getAllocatedType()) {
3415     assert(PI->BeginOffset == 0 &&
3416            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3417     assert(PI == P.begin() && "Begin offset is zero on later partition");
3418     NewAI = &AI;
3419   } else {
3420     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3421     if (!Alignment) {
3422       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3423       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3424       // type.
3425       Alignment = TD->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3426     }
3427     Alignment = MinAlign(Alignment, PI->BeginOffset);
3428     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3429     // the alloca's alignment unconstrained.
3430     if (Alignment <= TD->getABITypeAlignment(AllocaTy))
3431       Alignment = 0;
3432     NewAI = new AllocaInst(AllocaTy, 0, Alignment,
3433                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(PI - P.begin()),
3434                            &AI);
3435     ++NumNewAllocas;
3436   }
3437
3438   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3439                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ") to: "
3440                << *NewAI << "\n");
3441
3442   // Track the high watermark of the post-promotion worklist. We will reset it
3443   // to this point if the alloca is not in fact scheduled for promotion.
3444   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3445
3446   AllocaPartitionRewriter Rewriter(*TD, P, PI, *this, AI, *NewAI,
3447                                    PI->BeginOffset, PI->EndOffset);
3448   DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3449   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
3450   bool Promotable = Rewriter.visitUsers(P.use_begin(PI), P.use_end(PI));
3451   if (Promotable) {
3452     DEBUG(dbgs() << "  and queuing for promotion\n");
3453     PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3454   } else if (NewAI != &AI) {
3455     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3456     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3457     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3458     Worklist.insert(NewAI);
3459   }
3460
3461   // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3462   if (!Promotable)
3463     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3464       PostPromotionWorklist.pop_back();
3465
3466   return true;
3467 }
3468
3469 /// \brief Walks the partitioning of an alloca rewriting uses of each partition.
3470 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P) {
3471   bool Changed = false;
3472   for (AllocaPartitioning::iterator PI = P.begin(), PE = P.end(); PI != PE;
3473        ++PI)
3474     Changed |= rewriteAllocaPartition(AI, P, PI);
3475
3476   return Changed;
3477 }
3478
3479 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3480 ///
3481 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3482 /// a partitioning of the alloca, and then hands it off to be split and
3483 /// rewritten as needed.
3484 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3485   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3486   ++NumAllocasAnalyzed;
3487
3488   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3489   if (AI.use_empty()) {
3490     AI.eraseFromParent();
3491     return true;
3492   }
3493
3494   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3495   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3496       TD->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3497     return false;
3498
3499   bool Changed = false;
3500
3501   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3502   // better splitting and promotion opportunities.
3503   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*TD);
3504   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3505
3506   // Build the partition set using a recursive instruction-visiting builder.
3507   AllocaPartitioning P(*TD, AI);
3508   DEBUG(P.print(dbgs()));
3509   if (P.isEscaped())
3510     return Changed;
3511
3512   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3513   for (AllocaPartitioning::dead_user_iterator DI = P.dead_user_begin(),
3514                                               DE = P.dead_user_end();
3515        DI != DE; ++DI) {
3516     Changed = true;
3517     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
3518     DeadInsts.insert(*DI);
3519   }
3520   for (AllocaPartitioning::dead_op_iterator DO = P.dead_op_begin(),
3521                                             DE = P.dead_op_end();
3522        DO != DE; ++DO) {
3523     Value *OldV = **DO;
3524     // Clobber the use with an undef value.
3525     **DO = UndefValue::get(OldV->getType());
3526     if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3527       if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3528         Changed = true;
3529         DeadInsts.insert(OldI);
3530       }
3531   }
3532
3533   // No partitions to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3534   if (P.begin() == P.end())
3535     return Changed;
3536
3537   return splitAlloca(AI, P) || Changed;
3538 }
3539
3540 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3541 ///
3542 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3543 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3544 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3545 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3546 ///
3547 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3548 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3549 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst*, 4> &DeletedAllocas) {
3550   while (!DeadInsts.empty()) {
3551     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3552     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3553
3554     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
3555
3556     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
3557       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
3558         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3559         *OI = 0;
3560         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3561           DeadInsts.insert(U);
3562       }
3563
3564     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3565       DeletedAllocas.insert(AI);
3566
3567     ++NumDeleted;
3568     I->eraseFromParent();
3569   }
3570 }
3571
3572 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3573 ///
3574 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3575 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3576 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3577 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3578 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3579 /// promotion occured.
3580 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3581   if (PromotableAllocas.empty())
3582     return false;
3583
3584   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3585
3586   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3587     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3588     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT);
3589     PromotableAllocas.clear();
3590     return true;
3591   }
3592
3593   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3594   SSAUpdater SSA;
3595   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3596   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
3597
3598   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3599     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3600     for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
3601          UI != UE;) {
3602       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
3603       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3604       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3605       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3606       // scalar values produced.
3607       if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
3608         assert(onlyUsedByLifetimeMarkers(I) &&
3609                "Found a bitcast used outside of a lifetime marker.");
3610         while (!I->use_empty())
3611           cast<Instruction>(*I->use_begin())->eraseFromParent();
3612         I->eraseFromParent();
3613         continue;
3614       }
3615       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3616         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3617                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3618         II->eraseFromParent();
3619         continue;
3620       }
3621
3622       Insts.push_back(I);
3623     }
3624     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3625     Insts.clear();
3626   }
3627
3628   PromotableAllocas.clear();
3629   return true;
3630 }
3631
3632 namespace {
3633   /// \brief A predicate to test whether an alloca belongs to a set.
3634   class IsAllocaInSet {
3635     typedef SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> SetType;
3636     const SetType &Set;
3637
3638   public:
3639     typedef AllocaInst *argument_type;
3640
3641     IsAllocaInSet(const SetType &Set) : Set(Set) {}
3642     bool operator()(AllocaInst *AI) const { return Set.count(AI); }
3643   };
3644 }
3645
3646 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3647   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3648   C = &F.getContext();
3649   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
3650   if (!TD) {
3651     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3652     return false;
3653   }
3654   DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
3655
3656   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3657   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = llvm::prior(EntryBB.end());
3658        I != E; ++I)
3659     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3660       Worklist.insert(AI);
3661
3662   bool Changed = false;
3663   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3664   // the list of promotable allocas.
3665   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3666
3667   do {
3668     while (!Worklist.empty()) {
3669       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3670       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3671
3672       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3673       // continue processing them.
3674       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3675         Worklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3676         PostPromotionWorklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3677         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3678                                                PromotableAllocas.end(),
3679                                                IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
3680                                 PromotableAllocas.end());
3681         DeletedAllocas.clear();
3682       }
3683     }
3684
3685     Changed |= promoteAllocas(F);
3686
3687     Worklist = PostPromotionWorklist;
3688     PostPromotionWorklist.clear();
3689   } while (!Worklist.empty());
3690
3691   return Changed;
3692 }
3693
3694 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3695   if (RequiresDomTree)
3696     AU.addRequired<DominatorTree>();
3697   AU.setPreservesCFG();
3698 }