Reformat some bits of AllocaPromoter and simplify the name and type of
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / SROA.cpp
1 //===- SROA.cpp - Scalar Replacement Of Aggregates ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This transformation implements the well known scalar replacement of
11 /// aggregates transformation. It tries to identify promotable elements of an
12 /// aggregate alloca, and promote them to registers. It will also try to
13 /// convert uses of an element (or set of elements) of an alloca into a vector
14 /// or bitfield-style integer scalar if appropriate.
15 ///
16 /// It works to do this with minimal slicing of the alloca so that regions
17 /// which are merely transferred in and out of external memory remain unchanged
18 /// and are not decomposed to scalar code.
19 ///
20 /// Because this also performs alloca promotion, it can be thought of as also
21 /// serving the purpose of SSA formation. The algorithm iterates on the
22 /// function until all opportunities for promotion have been realized.
23 ///
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25
26 #define DEBUG_TYPE "sroa"
27 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
28 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
29 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
32 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
33 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
34 #include "llvm/Analysis/PtrUseVisitor.h"
35 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
36 #include "llvm/DIBuilder.h"
37 #include "llvm/DebugInfo.h"
38 #include "llvm/IR/Constants.h"
39 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
40 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
41 #include "llvm/IR/Function.h"
42 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
43 #include "llvm/IR/Instructions.h"
44 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
45 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
46 #include "llvm/IR/Operator.h"
47 #include "llvm/InstVisitor.h"
48 #include "llvm/Pass.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Compiler.h"
51 #include "llvm/Support/Debug.h"
52 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
53 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
54 #include "llvm/Support/raw_ostream.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(NumAllocaPartitions, "Number of alloca partitions formed");
62 STATISTIC(MaxPartitionsPerAlloca, "Maximum number of partitions per alloca");
63 STATISTIC(NumAllocaPartitionUses, "Number of alloca partition uses rewritten");
64 STATISTIC(MaxUsesPerAllocaPartition, "Maximum number of uses of a partition");
65 STATISTIC(NumNewAllocas, "Number of new, smaller allocas introduced");
66 STATISTIC(NumPromoted, "Number of allocas promoted to SSA values");
67 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
68 STATISTIC(NumDeleted, "Number of instructions deleted");
69 STATISTIC(NumVectorized, "Number of vectorized aggregates");
70
71 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
72 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
73 static cl::opt<bool>
74 ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false), cl::Hidden);
75
76 namespace {
77 /// \brief A custom IRBuilder inserter which prefixes all names if they are
78 /// preserved.
79 template <bool preserveNames = true>
80 class IRBuilderPrefixedInserter :
81     public IRBuilderDefaultInserter<preserveNames> {
82   std::string Prefix;
83
84 public:
85   void SetNamePrefix(const Twine &P) { Prefix = P.str(); }
86
87 protected:
88   void InsertHelper(Instruction *I, const Twine &Name, BasicBlock *BB,
89                     BasicBlock::iterator InsertPt) const {
90     IRBuilderDefaultInserter<preserveNames>::InsertHelper(
91         I, Name.isTriviallyEmpty() ? Name : Prefix + Name, BB, InsertPt);
92   }
93 };
94
95 // Specialization for not preserving the name is trivial.
96 template <>
97 class IRBuilderPrefixedInserter<false> :
98     public IRBuilderDefaultInserter<false> {
99 public:
100   void SetNamePrefix(const Twine &P) {}
101 };
102
103 /// \brief Provide a typedef for IRBuilder that drops names in release builds.
104 #ifndef NDEBUG
105 typedef llvm::IRBuilder<true, ConstantFolder,
106                         IRBuilderPrefixedInserter<true> > IRBuilderTy;
107 #else
108 typedef llvm::IRBuilder<false, ConstantFolder,
109                         IRBuilderPrefixedInserter<false> > IRBuilderTy;
110 #endif
111 }
112
113 namespace {
114 /// \brief A used slice of an alloca.
115 ///
116 /// This structure represents a slice of an alloca used by some instruction. It
117 /// stores both the begin and end offsets of this use, a pointer to the use
118 /// itself, and a flag indicating whether we can classify the use as splittable
119 /// or not when forming partitions of the alloca.
120 class Slice {
121   /// \brief The beginning offset of the range.
122   uint64_t BeginOffset;
123
124   /// \brief The ending offset, not included in the range.
125   uint64_t EndOffset;
126
127   /// \brief Storage for both the use of this slice and whether it can be
128   /// split.
129   PointerIntPair<Use *, 1, bool> UseAndIsSplittable;
130
131 public:
132   Slice() : BeginOffset(), EndOffset() {}
133   Slice(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U, bool IsSplittable)
134       : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset),
135         UseAndIsSplittable(U, IsSplittable) {}
136
137   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
138   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
139
140   bool isSplittable() const { return UseAndIsSplittable.getInt(); }
141   void makeUnsplittable() { UseAndIsSplittable.setInt(false); }
142
143   Use *getUse() const { return UseAndIsSplittable.getPointer(); }
144
145   bool isDead() const { return getUse() == 0; }
146   void kill() { UseAndIsSplittable.setPointer(0); }
147
148   /// \brief Support for ordering ranges.
149   ///
150   /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
151   /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
152   /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
153   /// same start position.
154   bool operator<(const Slice &RHS) const {
155     if (beginOffset() < RHS.beginOffset()) return true;
156     if (beginOffset() > RHS.beginOffset()) return false;
157     if (isSplittable() != RHS.isSplittable()) return !isSplittable();
158     if (endOffset() > RHS.endOffset()) return true;
159     return false;
160   }
161
162   /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
163   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(const Slice &LHS,
164                                               uint64_t RHSOffset) {
165     return LHS.beginOffset() < RHSOffset;
166   }
167   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
168                                               const Slice &RHS) {
169     return LHSOffset < RHS.beginOffset();
170   }
171
172   bool operator==(const Slice &RHS) const {
173     return isSplittable() == RHS.isSplittable() &&
174            beginOffset() == RHS.beginOffset() && endOffset() == RHS.endOffset();
175   }
176   bool operator!=(const Slice &RHS) const { return !operator==(RHS); }
177 };
178 } // end anonymous namespace
179
180 namespace llvm {
181 template <typename T> struct isPodLike;
182 template <> struct isPodLike<Slice> {
183    static const bool value = true;
184 };
185 }
186
187 namespace {
188 /// \brief Representation of the alloca slices.
189 ///
190 /// This class represents the slices of an alloca which are formed by its
191 /// various uses. If a pointer escapes, we can't fully build a representation
192 /// for the slices used and we reflect that in this structure. The uses are
193 /// stored, sorted by increasing beginning offset and with unsplittable slices
194 /// starting at a particular offset before splittable slices.
195 class AllocaSlices {
196 public:
197   /// \brief Construct the slices of a particular alloca.
198   AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI);
199
200   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
201   ///
202   /// If this is true, the slices are never fully built and should be
203   /// ignored.
204   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
205
206   /// \brief Support for iterating over the slices.
207   /// @{
208   typedef SmallVectorImpl<Slice>::iterator iterator;
209   iterator begin() { return Slices.begin(); }
210   iterator end() { return Slices.end(); }
211
212   typedef SmallVectorImpl<Slice>::const_iterator const_iterator;
213   const_iterator begin() const { return Slices.begin(); }
214   const_iterator end() const { return Slices.end(); }
215   /// @}
216
217   /// \brief Allow iterating the dead users for this alloca.
218   ///
219   /// These are instructions which will never actually use the alloca as they
220   /// are outside the allocated range. They are safe to replace with undef and
221   /// delete.
222   /// @{
223   typedef SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator dead_user_iterator;
224   dead_user_iterator dead_user_begin() const { return DeadUsers.begin(); }
225   dead_user_iterator dead_user_end() const { return DeadUsers.end(); }
226   /// @}
227
228   /// \brief Allow iterating the dead expressions referring to this alloca.
229   ///
230   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
231   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
232   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
233   /// need to replace with undef.
234   /// @{
235   typedef SmallVectorImpl<Use *>::const_iterator dead_op_iterator;
236   dead_op_iterator dead_op_begin() const { return DeadOperands.begin(); }
237   dead_op_iterator dead_op_end() const { return DeadOperands.end(); }
238   /// @}
239
240 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
241   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
242   void printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
243                   StringRef Indent = "  ") const;
244   void printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
245                 StringRef Indent = "  ") const;
246   void print(raw_ostream &OS) const;
247   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump(const_iterator I) const;
248   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump() const;
249 #endif
250
251 private:
252   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
253   class SliceBuilder;
254   friend class AllocaSlices::SliceBuilder;
255
256 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
257   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
258   AllocaInst &AI;
259 #endif
260
261   /// \brief The instruction responsible for this alloca not having a known set
262   /// of slices.
263   ///
264   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
265   /// store a pointer to that here and abort trying to form slices of the
266   /// alloca. This will be null if the alloca slices are analyzed successfully.
267   Instruction *PointerEscapingInstr;
268
269   /// \brief The slices of the alloca.
270   ///
271   /// We store a vector of the slices formed by uses of the alloca here. This
272   /// vector is sorted by increasing begin offset, and then the unsplittable
273   /// slices before the splittable ones. See the Slice inner class for more
274   /// details.
275   SmallVector<Slice, 8> Slices;
276
277   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
278   ///
279   /// Note that these are not separated by slice. This is because we expect an
280   /// alloca to be completely rewritten or not rewritten at all. If rewritten,
281   /// all these instructions can simply be removed and replaced with undef as
282   /// they come from outside of the allocated space.
283   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
284
285   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
286   ///
287   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
288   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
289   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
290   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
291   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
292   /// the alloca.
293   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
294 };
295 }
296
297 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
298   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
299   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
300   // early on.
301   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
302     return SI.getOperand(1+CI->isZero());
303   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
304     return SI.getOperand(1);
305
306   return 0;
307 }
308
309 /// \brief Builder for the alloca slices.
310 ///
311 /// This class builds a set of alloca slices by recursively visiting the uses
312 /// of an alloca and making a slice for each load and store at each offset.
313 class AllocaSlices::SliceBuilder : public PtrUseVisitor<SliceBuilder> {
314   friend class PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
315   friend class InstVisitor<SliceBuilder>;
316   typedef PtrUseVisitor<SliceBuilder> Base;
317
318   const uint64_t AllocSize;
319   AllocaSlices &S;
320
321   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferSliceMap;
322   SmallDenseMap<Instruction *, uint64_t> PHIOrSelectSizes;
323
324   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
325   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
326
327 public:
328   SliceBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaSlices &S)
329       : PtrUseVisitor<SliceBuilder>(DL),
330         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())), S(S) {}
331
332 private:
333   void markAsDead(Instruction &I) {
334     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
335       S.DeadUsers.push_back(&I);
336   }
337
338   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
339                  bool IsSplittable = false) {
340     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
341     // past the end of the allocation.
342     if (Size == 0 || Offset.isNegative() || Offset.uge(AllocSize)) {
343       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
344                    << " which has zero size or starts outside of the "
345                    << AllocSize << " byte alloca:\n"
346                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
347                    << "       use: " << I << "\n");
348       return markAsDead(I);
349     }
350
351     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
352     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
353
354     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
355     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
356     // This may appear superficially to be something we could ignore entirely,
357     // but that is not so! There may be widened loads or PHI-node uses where
358     // some instructions are dead but not others. We can't completely ignore
359     // them, and so have to record at least the information here.
360     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
361     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
362       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
363                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
364                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
365                    << "       use: " << I << "\n");
366       EndOffset = AllocSize;
367     }
368
369     S.Slices.push_back(Slice(BeginOffset, EndOffset, U, IsSplittable));
370   }
371
372   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
373     if (BC.use_empty())
374       return markAsDead(BC);
375
376     return Base::visitBitCastInst(BC);
377   }
378
379   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
380     if (GEPI.use_empty())
381       return markAsDead(GEPI);
382
383     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
384   }
385
386   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
387                          uint64_t Size, bool IsVolatile) {
388     // We allow splitting of loads and stores where the type is an integer type
389     // and cover the entire alloca. This prevents us from splitting over
390     // eagerly.
391     // FIXME: In the great blue eventually, we should eagerly split all integer
392     // loads and stores, and then have a separate step that merges adjacent
393     // alloca partitions into a single partition suitable for integer widening.
394     // Or we should skip the merge step and rely on GVN and other passes to
395     // merge adjacent loads and stores that survive mem2reg.
396     bool IsSplittable =
397         Ty->isIntegerTy() && !IsVolatile && Offset == 0 && Size >= AllocSize;
398
399     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
400   }
401
402   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
403     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
404            "All simple FCA loads should have been pre-split");
405
406     if (!IsOffsetKnown)
407       return PI.setAborted(&LI);
408
409     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI.getType());
410     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, Size, LI.isVolatile());
411   }
412
413   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
414     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
415     if (ValOp == *U)
416       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
417     if (!IsOffsetKnown)
418       return PI.setAborted(&SI);
419
420     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(ValOp->getType());
421
422     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
423     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
424     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
425     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
426     // risk of overflow.
427     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
428     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
429     if (Offset.isNegative() || Size > AllocSize ||
430         Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
431       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte store @" << Offset
432                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
433                    << " byte alloca:\n"
434                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
435                    << "       use: " << SI << "\n");
436       return markAsDead(SI);
437     }
438
439     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
440            "All simple FCA stores should have been pre-split");
441     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, Size, SI.isVolatile());
442   }
443
444
445   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
446     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
447     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
448     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
449         (IsOffsetKnown && !Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize)))
450       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
451       return markAsDead(II);
452
453     if (!IsOffsetKnown)
454       return PI.setAborted(&II);
455
456     insertUse(II, Offset,
457               Length ? Length->getLimitedValue()
458                      : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
459               (bool)Length);
460   }
461
462   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
463     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
464     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
465         (IsOffsetKnown && !Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize)))
466       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
467       return markAsDead(II);
468
469     if (!IsOffsetKnown)
470       return PI.setAborted(&II);
471
472     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
473     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue()
474                            : AllocSize - RawOffset;
475
476     // Check for the special case where the same exact value is used for both
477     // source and dest.
478     if (*U == II.getRawDest() && *U == II.getRawSource()) {
479       // For non-volatile transfers this is a no-op.
480       if (!II.isVolatile())
481         return markAsDead(II);
482
483       return insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/false);
484     }
485
486     // If we have seen both source and destination for a mem transfer, then
487     // they both point to the same alloca.
488     bool Inserted;
489     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI;
490     llvm::tie(MTPI, Inserted) =
491         MemTransferSliceMap.insert(std::make_pair(&II, S.Slices.size()));
492     unsigned PrevIdx = MTPI->second;
493     if (!Inserted) {
494       Slice &PrevP = S.Slices[PrevIdx];
495
496       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
497       // In that case, we can completely elide the transfer.
498       if (!II.isVolatile() && PrevP.beginOffset() == RawOffset) {
499         PrevP.kill();
500         return markAsDead(II);
501       }
502
503       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
504       // split those.
505       PrevP.makeUnsplittable();
506     }
507
508     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
509     insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/Inserted && Length);
510
511     // Check that we ended up with a valid index in the map.
512     assert(S.Slices[PrevIdx].getUse()->getUser() == &II &&
513            "Map index doesn't point back to a slice with this user.");
514   }
515
516   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
517   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
518   // doesn't make sense.
519   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
520     if (!IsOffsetKnown)
521       return PI.setAborted(&II);
522
523     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
524         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
525       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
526       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
527                                Length->getLimitedValue());
528       insertUse(II, Offset, Size, true);
529       return;
530     }
531
532     Base::visitIntrinsicInst(II);
533   }
534
535   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
536     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
537     // the same offset to be a viable use for slicing purposes. These uses
538     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
539     // size.
540     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
541     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
542     Visited.insert(Root);
543     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
544     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
545     // a size zero access.
546     Size = 0;
547     do {
548       Instruction *I, *UsedI;
549       llvm::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
550
551       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
552         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(LI->getType()));
553         continue;
554       }
555       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
556         Value *Op = SI->getOperand(0);
557         if (Op == UsedI)
558           return SI;
559         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(Op->getType()));
560         continue;
561       }
562
563       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
564         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
565           return GEP;
566       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
567                  !isa<SelectInst>(I)) {
568         return I;
569       }
570
571       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end(); UI != UE;
572            ++UI)
573         if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
574           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(*UI)));
575     } while (!Uses.empty());
576
577     return 0;
578   }
579
580   void visitPHINode(PHINode &PN) {
581     if (PN.use_empty())
582       return markAsDead(PN);
583     if (!IsOffsetKnown)
584       return PI.setAborted(&PN);
585
586     // See if we already have computed info on this node.
587     uint64_t &PHISize = PHIOrSelectSizes[&PN];
588     if (!PHISize) {
589       // This is a new PHI node, check for an unsafe use of the PHI node.
590       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&PN, PHISize))
591         return PI.setAborted(UnsafeI);
592     }
593
594     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
595     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
596     // case them here and use a separate structure to track the operands
597     // themselves which should be replaced with undef.
598     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
599     // for address sanitization.
600     if ((Offset.isNegative() && (-Offset).uge(PHISize)) ||
601         (!Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize))) {
602       S.DeadOperands.push_back(U);
603       return;
604     }
605
606     insertUse(PN, Offset, PHISize);
607   }
608
609   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
610     if (SI.use_empty())
611       return markAsDead(SI);
612     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
613       if (Result == *U)
614         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
615         // through the select as if we had RAUW'ed it.
616         enqueueUsers(SI);
617       else
618         // Otherwise the operand to the select is dead, and we can replace it
619         // with undef.
620         S.DeadOperands.push_back(U);
621
622       return;
623     }
624     if (!IsOffsetKnown)
625       return PI.setAborted(&SI);
626
627     // See if we already have computed info on this node.
628     uint64_t &SelectSize = PHIOrSelectSizes[&SI];
629     if (!SelectSize) {
630       // This is a new Select, check for an unsafe use of it.
631       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&SI, SelectSize))
632         return PI.setAborted(UnsafeI);
633     }
634
635     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
636     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
637     // case them here and use a separate structure to track the operands
638     // themselves which should be replaced with undef.
639     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
640     // for address sanitization.
641     if ((Offset.isNegative() && Offset.uge(SelectSize)) ||
642         (!Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize))) {
643       S.DeadOperands.push_back(U);
644       return;
645     }
646
647     insertUse(SI, Offset, SelectSize);
648   }
649
650   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
651   void visitInstruction(Instruction &I) {
652     PI.setAborted(&I);
653   }
654 };
655
656 AllocaSlices::AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI)
657     :
658 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
659       AI(AI),
660 #endif
661       PointerEscapingInstr(0) {
662   SliceBuilder PB(DL, AI, *this);
663   SliceBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
664   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
665     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
666     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaSlices.
667     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
668                                                   : PtrI.getAbortingInst();
669     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
670     return;
671   }
672
673   Slices.erase(std::remove_if(Slices.begin(), Slices.end(),
674                               std::mem_fun_ref(&Slice::isDead)),
675                Slices.end());
676
677   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
678   // and the sizes to be in descending order.
679   std::sort(Slices.begin(), Slices.end());
680 }
681
682 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
683
684 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
685                          StringRef Indent) const {
686   printSlice(OS, I, Indent);
687   printUse(OS, I, Indent);
688 }
689
690 void AllocaSlices::printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
691                               StringRef Indent) const {
692   OS << Indent << "[" << I->beginOffset() << "," << I->endOffset() << ")"
693      << " slice #" << (I - begin())
694      << (I->isSplittable() ? " (splittable)" : "") << "\n";
695 }
696
697 void AllocaSlices::printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
698                             StringRef Indent) const {
699   OS << Indent << "  used by: " << *I->getUse()->getUser() << "\n";
700 }
701
702 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS) const {
703   if (PointerEscapingInstr) {
704     OS << "Can't analyze slices for alloca: " << AI << "\n"
705        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
706        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
707     return;
708   }
709
710   OS << "Slices of alloca: " << AI << "\n";
711   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
712     print(OS, I);
713 }
714
715 void AllocaSlices::dump(const_iterator I) const { print(dbgs(), I); }
716 void AllocaSlices::dump() const { print(dbgs()); }
717
718 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
719
720 namespace {
721 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
722 ///
723 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
724 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
725 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
726 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
727 /// scalar values.
728 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
729   AllocaInst &AI;
730   DIBuilder &DIB;
731
732   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
733   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
734
735 public:
736   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction *> &Insts, SSAUpdater &S,
737                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
738       : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
739
740   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
741     // Retain the debug information attached to the alloca for use when
742     // rewriting loads and stores.
743     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
744       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
745                                UE = DebugNode->use_end();
746            UI != UE; ++UI)
747         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
748           DDIs.push_back(DDI);
749         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
750           DVIs.push_back(DVI);
751     }
752
753     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
754
755     // While we have the debug information, clear it off of the alloca. The
756     // caller takes care of deleting the alloca.
757     while (!DDIs.empty())
758       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
759     while (!DVIs.empty())
760       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
761   }
762
763   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
764                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
765     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
766       return LI->getOperand(0) == &AI;
767     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == &AI;
768   }
769
770   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
771     for (SmallVectorImpl<DbgDeclareInst *>::const_iterator I = DDIs.begin(),
772            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
773       DbgDeclareInst *DDI = *I;
774       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
775         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
776       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
777         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
778     }
779     for (SmallVectorImpl<DbgValueInst *>::const_iterator I = DVIs.begin(),
780            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
781       DbgValueInst *DVI = *I;
782       Value *Arg = 0;
783       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
784         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
785         // may be zapped by an optimization pass in future.
786         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
787           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
788         else if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
789           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
790         if (!Arg)
791           Arg = SI->getValueOperand();
792       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
793         Arg = LI->getPointerOperand();
794       } else {
795         continue;
796       }
797       Instruction *DbgVal =
798         DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
799                                      Inst);
800       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
801     }
802   }
803 };
804 } // end anon namespace
805
806
807 namespace {
808 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
809 ///
810 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
811 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
812 /// a few steps to this process.
813 ///
814 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
815 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
816 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
817 ///    as necessary and try to isolate individual scalar accesses.
818 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
819 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
820 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
821 ///    select to be a PHI or select of the results.
822 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
823 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
824 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
825 ///    SSA vector values.
826 class SROA : public FunctionPass {
827   const bool RequiresDomTree;
828
829   LLVMContext *C;
830   const DataLayout *DL;
831   DominatorTree *DT;
832
833   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
834   ///
835   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
836   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
837   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
838   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
839   /// already present to ensure it is re-visited.
840   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
841
842   /// \brief A collection of instructions to delete.
843   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
844   /// efficient.
845   SetVector<Instruction *, SmallVector<Instruction *, 8> > DeadInsts;
846
847   /// \brief Post-promotion worklist.
848   ///
849   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
850   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
851   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
852   ///
853   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
854   /// the event they are deleted.
855   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
856
857   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
858   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
859
860   /// \brief A worklist of PHIs to speculate prior to promoting allocas.
861   ///
862   /// All of these PHIs have been checked for the safety of speculation and by
863   /// being speculated will allow promoting allocas currently in the promotable
864   /// queue.
865   SetVector<PHINode *, SmallVector<PHINode *, 2> > SpeculatablePHIs;
866
867   /// \brief A worklist of select instructions to speculate prior to promoting
868   /// allocas.
869   ///
870   /// All of these select instructions have been checked for the safety of
871   /// speculation and by being speculated will allow promoting allocas
872   /// currently in the promotable queue.
873   SetVector<SelectInst *, SmallVector<SelectInst *, 2> > SpeculatableSelects;
874
875 public:
876   SROA(bool RequiresDomTree = true)
877       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
878         C(0), DL(0), DT(0) {
879     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
880   }
881   bool runOnFunction(Function &F);
882   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
883
884   const char *getPassName() const { return "SROA"; }
885   static char ID;
886
887 private:
888   friend class PHIOrSelectSpeculator;
889   friend class AllocaSliceRewriter;
890
891   bool rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S,
892                         AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
893                         int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
894                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses);
895   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S);
896   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
897   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> &DeletedAllocas);
898   bool promoteAllocas(Function &F);
899 };
900 }
901
902 char SROA::ID = 0;
903
904 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
905   return new SROA(RequiresDomTree);
906 }
907
908 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
909                       false, false)
910 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
911 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
912                     false, false)
913
914 /// Walk the range of a partitioning looking for a common type to cover this
915 /// sequence of slices.
916 static Type *findCommonType(AllocaSlices::const_iterator B,
917                             AllocaSlices::const_iterator E,
918                             uint64_t EndOffset) {
919   Type *Ty = 0;
920   for (AllocaSlices::const_iterator I = B; I != E; ++I) {
921     Use *U = I->getUse();
922     if (isa<IntrinsicInst>(*U->getUser()))
923       continue;
924     if (I->beginOffset() != B->beginOffset() || I->endOffset() != EndOffset)
925       continue;
926
927     Type *UserTy = 0;
928     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser()))
929       UserTy = LI->getType();
930     else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser()))
931       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
932     else
933       return 0; // Bail if we have weird uses.
934
935     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(UserTy)) {
936       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
937       // this for split integer operations where we want to use the type of the
938       // entity causing the split.
939       if (ITy->getBitWidth() / 8 > (EndOffset - B->beginOffset()))
940         continue;
941
942       // If we have found an integer type use covering the alloca, use that
943       // regardless of the other types, as integers are often used for a
944       // "bucket
945       // of bits" type.
946       return ITy;
947     }
948
949     if (Ty && Ty != UserTy)
950       return 0;
951
952     Ty = UserTy;
953   }
954   return Ty;
955 }
956
957 /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
958 /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
959 /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
960 /// From this:
961 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
962 ///   %V = load i32* %P2
963 /// to:
964 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
965 ///   ...
966 ///   %V2 = load i32* %Other
967 ///   ...
968 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
969 ///
970 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
971 /// to the select can be loaded unconditionally.
972 ///
973 /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
974 /// Transforms/Util/Local.h
975 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN,
976                                  const DataLayout *DL = 0) {
977   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
978   // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
979   // TODO: Allow recursive phi users.
980   // TODO: Allow stores.
981   BasicBlock *BB = PN.getParent();
982   unsigned MaxAlign = 0;
983   bool HaveLoad = false;
984   for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end(); UI != UE;
985        ++UI) {
986     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
987     if (LI == 0 || !LI->isSimple())
988       return false;
989
990     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
991     // a common case that happens when instcombine merges two loads through
992     // a PHI.
993     if (LI->getParent() != BB)
994       return false;
995
996     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
997     // could store.
998     for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
999       if (BBI->mayWriteToMemory())
1000         return false;
1001
1002     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1003     HaveLoad = true;
1004   }
1005
1006   if (!HaveLoad)
1007     return false;
1008
1009   // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1010   // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1011   // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1012   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1013     TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1014     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1015
1016     // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1017     // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1018     // in the predecessor.
1019     if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1020       return false;
1021
1022     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1023     // critical.
1024     if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1025       continue;
1026
1027     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1028     // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1029     // block.
1030     if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1031         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, DL))
1032       continue;
1033
1034     return false;
1035   }
1036
1037   return true;
1038 }
1039
1040 static void speculatePHINodeLoads(PHINode &PN) {
1041   DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1042
1043   Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1044   IRBuilderTy PHIBuilder(&PN);
1045   PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1046                                         PN.getName() + ".sroa.speculated");
1047
1048   // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1049   // matter which one we get and if any differ.
1050   LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(*PN.use_begin());
1051   MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1052   unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1053
1054   // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1055   while (!PN.use_empty()) {
1056     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(*PN.use_begin());
1057     LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1058     LI->eraseFromParent();
1059   }
1060
1061   // Inject loads into all of the pred blocks.
1062   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1063     BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1064     TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1065     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1066     IRBuilderTy PredBuilder(TI);
1067
1068     LoadInst *Load = PredBuilder.CreateLoad(
1069         InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." + Pred->getName()));
1070     ++NumLoadsSpeculated;
1071     Load->setAlignment(Align);
1072     if (TBAATag)
1073       Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1074     NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1075   }
1076
1077   DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1078   PN.eraseFromParent();
1079 }
1080
1081 /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1082 /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1083 /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1084 /// From this:
1085 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1086 ///   %V = load i32* %P2
1087 /// to:
1088 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1089 ///   %V2 = load i32* %Other
1090 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1091 ///
1092 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1093 /// to the select can be loaded unconditionally.
1094 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI, const DataLayout *DL = 0) {
1095   Value *TValue = SI.getTrueValue();
1096   Value *FValue = SI.getFalseValue();
1097   bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
1098   bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
1099
1100   for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end(); UI != UE;
1101        ++UI) {
1102     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1103     if (LI == 0 || !LI->isSimple())
1104       return false;
1105
1106     // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1107     // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1108     // accesses to it.
1109     if (!TDerefable &&
1110         !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1111       return false;
1112     if (!FDerefable &&
1113         !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1114       return false;
1115   }
1116
1117   return true;
1118 }
1119
1120 static void speculateSelectInstLoads(SelectInst &SI) {
1121   DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1122
1123   IRBuilderTy IRB(&SI);
1124   Value *TV = SI.getTrueValue();
1125   Value *FV = SI.getFalseValue();
1126   // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1127   while (!SI.use_empty()) {
1128     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(*SI.use_begin());
1129     assert(LI->isSimple() && "We only speculate simple loads");
1130
1131     IRB.SetInsertPoint(LI);
1132     LoadInst *TL =
1133         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1134     LoadInst *FL =
1135         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1136     NumLoadsSpeculated += 2;
1137
1138     // Transfer alignment and TBAA info if present.
1139     TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1140     FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1141     if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1142       TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1143       FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1144     }
1145
1146     Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1147                                 LI->getName() + ".sroa.speculated");
1148
1149     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1150     LI->replaceAllUsesWith(V);
1151     LI->eraseFromParent();
1152   }
1153   SI.eraseFromParent();
1154 }
1155
1156 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1157 ///
1158 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1159 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1160 static Value *buildGEP(IRBuilderTy &IRB, Value *BasePtr,
1161                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1162   if (Indices.empty())
1163     return BasePtr;
1164
1165   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1166   // in that case.
1167   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1168     return BasePtr;
1169
1170   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, "idx");
1171 }
1172
1173 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1174 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1175 ///
1176 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1177 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1178 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1179 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1180 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1181 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1182 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1183                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1184                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1185   if (Ty == TargetTy)
1186     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices);
1187
1188   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1189   // type.
1190   unsigned NumLayers = 0;
1191   Type *ElementTy = Ty;
1192   do {
1193     if (ElementTy->isPointerTy())
1194       break;
1195     if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
1196       ElementTy = SeqTy->getElementType();
1197       // Note that we use the default address space as this index is over an
1198       // array or a vector, not a pointer.
1199       Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(DL.getPointerSizeInBits(0), 0)));
1200     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1201       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1202         break; // Nothing left to descend into.
1203       ElementTy = *STy->element_begin();
1204       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1205     } else {
1206       break;
1207     }
1208     ++NumLayers;
1209   } while (ElementTy != TargetTy);
1210   if (ElementTy != TargetTy)
1211     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1212
1213   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices);
1214 }
1215
1216 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1217 ///
1218 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1219 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1220 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1221                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1222                                        Type *TargetTy,
1223                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1224   if (Offset == 0)
1225     return getNaturalGEPWithType(IRB, DL, Ptr, Ty, TargetTy, Indices);
1226
1227   // We can't recurse through pointer types.
1228   if (Ty->isPointerTy())
1229     return 0;
1230
1231   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1232   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1233   // over a vector from the IR completely.
1234   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1235     unsigned ElementSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1236     if (ElementSizeInBits % 8)
1237       return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1238     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1239     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1240     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1241       return 0;
1242     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1243     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1244     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, VecTy->getElementType(),
1245                                     Offset, TargetTy, Indices);
1246   }
1247
1248   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1249     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1250     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1251     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1252     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1253       return 0;
1254
1255     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1256     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1257     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1258                                     Indices);
1259   }
1260
1261   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1262   if (!STy)
1263     return 0;
1264
1265   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1266   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1267   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1268     return 0;
1269   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1270   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1271   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1272   if (Offset.uge(DL.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1273     return 0; // The offset points into alignment padding.
1274
1275   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1276   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1277                                   Indices);
1278 }
1279
1280 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1281 /// resulting in a particular type.
1282 ///
1283 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1284 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1285 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1286 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1287 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1288 ///
1289 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1290 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1291                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1292                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1293   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1294
1295   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1296   // an i8.
1297   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
1298     return 0;
1299
1300   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1301   if (!ElementTy->isSized())
1302     return 0; // We can't GEP through an unsized element.
1303   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1304   if (ElementSize == 0)
1305     return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1306   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1307
1308   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1309   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1310   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1311                                   Indices);
1312 }
1313
1314 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1315 /// resulting pointer has PointerTy.
1316 ///
1317 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1318 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1319 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1320 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1321 /// bitcast to the type.
1322 ///
1323 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1324 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1325 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1326 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1327 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1328 /// surrounding code.
1329 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1330                              Value *Ptr, APInt Offset, Type *PointerTy) {
1331   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1332   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1333   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1334   Visited.insert(Ptr);
1335   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1336
1337   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1338   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1339   // fall back to it, so keep it around here.
1340   Value *OffsetPtr = 0;
1341
1342   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1343   // byte offset.
1344   Value *Int8Ptr = 0;
1345   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1346
1347   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1348
1349   do {
1350     // First fold any existing GEPs into the offset.
1351     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1352       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1353       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
1354         break;
1355       Offset += GEPOffset;
1356       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1357       if (!Visited.insert(Ptr))
1358         break;
1359     }
1360
1361     // See if we can perform a natural GEP here.
1362     Indices.clear();
1363     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, DL, Ptr, Offset, TargetTy,
1364                                            Indices)) {
1365       if (P->getType() == PointerTy) {
1366         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1367         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1368           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1369             I->eraseFromParent();
1370         return P;
1371       }
1372       if (!OffsetPtr) {
1373         OffsetPtr = P;
1374       }
1375     }
1376
1377     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1378     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1379       Int8Ptr = Ptr;
1380       Int8PtrOffset = Offset;
1381     }
1382
1383     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1384     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1385       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1386     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1387       if (GA->mayBeOverridden())
1388         break;
1389       Ptr = GA->getAliasee();
1390     } else {
1391       break;
1392     }
1393     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1394   } while (Visited.insert(Ptr));
1395
1396   if (!OffsetPtr) {
1397     if (!Int8Ptr) {
1398       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
1399                                   "raw_cast");
1400       Int8PtrOffset = Offset;
1401     }
1402
1403     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1404       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1405                             "raw_idx");
1406   }
1407   Ptr = OffsetPtr;
1408
1409   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1410   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1411     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, "cast");
1412
1413   return Ptr;
1414 }
1415
1416 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1417 ///
1418 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1419 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1420 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1421 /// underlying value, and convert that value.
1422 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1423   if (OldTy == NewTy)
1424     return true;
1425   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1426     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1427       if (NewITy->getBitWidth() >= OldITy->getBitWidth())
1428         return true;
1429   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1430     return false;
1431   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1432     return false;
1433
1434   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1435     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
1436       return true;
1437     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
1438       return true;
1439     return false;
1440   }
1441
1442   return true;
1443 }
1444
1445 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1446 /// type.
1447 ///
1448 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1449 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1450 /// two types for viability with this routine.
1451 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1452                            Type *Ty) {
1453   assert(canConvertValue(DL, V->getType(), Ty) &&
1454          "Value not convertable to type");
1455   if (V->getType() == Ty)
1456     return V;
1457   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(V->getType()))
1458     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(Ty))
1459       if (NewITy->getBitWidth() > OldITy->getBitWidth())
1460         return IRB.CreateZExt(V, NewITy);
1461   if (V->getType()->isIntegerTy() && Ty->isPointerTy())
1462     return IRB.CreateIntToPtr(V, Ty);
1463   if (V->getType()->isPointerTy() && Ty->isIntegerTy())
1464     return IRB.CreatePtrToInt(V, Ty);
1465
1466   return IRB.CreateBitCast(V, Ty);
1467 }
1468
1469 /// \brief Test whether the given slice use can be promoted to a vector.
1470 ///
1471 /// This function is called to test each entry in a partioning which is slated
1472 /// for a single slice.
1473 static bool isVectorPromotionViableForSlice(
1474     const DataLayout &DL, AllocaSlices &S, uint64_t SliceBeginOffset,
1475     uint64_t SliceEndOffset, VectorType *Ty, uint64_t ElementSize,
1476     AllocaSlices::const_iterator I) {
1477   // First validate the slice offsets.
1478   uint64_t BeginOffset =
1479       std::max(I->beginOffset(), SliceBeginOffset) - SliceBeginOffset;
1480   uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1481   if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1482       BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1483     return false;
1484   uint64_t EndOffset =
1485       std::min(I->endOffset(), SliceEndOffset) - SliceBeginOffset;
1486   uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1487   if (EndIndex * ElementSize != EndOffset || EndIndex > Ty->getNumElements())
1488     return false;
1489
1490   assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1491   uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1492   Type *SliceTy =
1493       (NumElements == 1) ? Ty->getElementType()
1494                          : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1495
1496   Type *SplitIntTy =
1497       Type::getIntNTy(Ty->getContext(), NumElements * ElementSize * 8);
1498
1499   Use *U = I->getUse();
1500
1501   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1502     if (MI->isVolatile())
1503       return false;
1504     if (!I->isSplittable())
1505       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1506   } else if (U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1507     // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1508     return false;
1509   } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1510     if (LI->isVolatile())
1511       return false;
1512     Type *LTy = LI->getType();
1513     if (SliceBeginOffset > I->beginOffset() ||
1514         SliceEndOffset < I->endOffset()) {
1515       assert(LTy->isIntegerTy());
1516       LTy = SplitIntTy;
1517     }
1518     if (!canConvertValue(DL, SliceTy, LTy))
1519       return false;
1520   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1521     if (SI->isVolatile())
1522       return false;
1523     Type *STy = SI->getValueOperand()->getType();
1524     if (SliceBeginOffset > I->beginOffset() ||
1525         SliceEndOffset < I->endOffset()) {
1526       assert(STy->isIntegerTy());
1527       STy = SplitIntTy;
1528     }
1529     if (!canConvertValue(DL, STy, SliceTy))
1530       return false;
1531   } else {
1532     return false;
1533   }
1534
1535   return true;
1536 }
1537
1538 /// \brief Test whether the given alloca partitioning and range of slices can be
1539 /// promoted to a vector.
1540 ///
1541 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1542 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1543 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1544 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1545 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1546 /// be promotable, so we have an early test here.
1547 static bool
1548 isVectorPromotionViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy, AllocaSlices &S,
1549                         uint64_t SliceBeginOffset, uint64_t SliceEndOffset,
1550                         AllocaSlices::const_iterator I,
1551                         AllocaSlices::const_iterator E,
1552                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1553   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
1554   if (!Ty)
1555     return false;
1556
1557   uint64_t ElementSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
1558
1559   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1560   // that aren't byte sized.
1561   if (ElementSize % 8)
1562     return false;
1563   assert((DL.getTypeSizeInBits(Ty) % 8) == 0 &&
1564          "vector size not a multiple of element size?");
1565   ElementSize /= 8;
1566
1567   for (; I != E; ++I)
1568     if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, S, SliceBeginOffset,
1569                                          SliceEndOffset, Ty, ElementSize, I))
1570       return false;
1571
1572   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
1573                                                         SUE = SplitUses.end();
1574        SUI != SUE; ++SUI)
1575     if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, S, SliceBeginOffset,
1576                                          SliceEndOffset, Ty, ElementSize, *SUI))
1577       return false;
1578
1579   return true;
1580 }
1581
1582 /// \brief Test whether a slice of an alloca is valid for integer widening.
1583 ///
1584 /// This implements the necessary checking for the \c isIntegerWideningViable
1585 /// test below on a single slice of the alloca.
1586 static bool isIntegerWideningViableForSlice(const DataLayout &DL,
1587                                             Type *AllocaTy,
1588                                             uint64_t AllocBeginOffset,
1589                                             uint64_t Size, AllocaSlices &S,
1590                                             AllocaSlices::const_iterator I,
1591                                             bool &WholeAllocaOp) {
1592   uint64_t RelBegin = I->beginOffset() - AllocBeginOffset;
1593   uint64_t RelEnd = I->endOffset() - AllocBeginOffset;
1594
1595   // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
1596   // the end of the aloca's type and into its padding.
1597   if (RelEnd > Size)
1598     return false;
1599
1600   Use *U = I->getUse();
1601
1602   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1603     if (LI->isVolatile())
1604       return false;
1605     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1606       WholeAllocaOp = true;
1607     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
1608       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1609         return false;
1610     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1611                !canConvertValue(DL, AllocaTy, LI->getType())) {
1612       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
1613       // they are promotable.
1614       return false;
1615     }
1616   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1617     Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
1618     if (SI->isVolatile())
1619       return false;
1620     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1621       WholeAllocaOp = true;
1622     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
1623       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1624         return false;
1625     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1626                !canConvertValue(DL, ValueTy, AllocaTy)) {
1627       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
1628       // they are promotable.
1629       return false;
1630     }
1631   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1632     if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
1633       return false;
1634     if (!I->isSplittable())
1635       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1636   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1637     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1638         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1639       return false;
1640   } else {
1641     return false;
1642   }
1643
1644   return true;
1645 }
1646
1647 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
1648 /// widened to promotable ones.
1649 ///
1650 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
1651 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
1652 /// promote the resulting alloca.
1653 static bool
1654 isIntegerWideningViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy,
1655                         uint64_t AllocBeginOffset, AllocaSlices &S,
1656                         AllocaSlices::const_iterator I,
1657                         AllocaSlices::const_iterator E,
1658                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1659   uint64_t SizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
1660   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
1661   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
1662     return false;
1663
1664   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
1665   if (SizeInBits != DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
1666     return false;
1667
1668   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
1669   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
1670   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
1671   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
1672   if (!canConvertValue(DL, AllocaTy, IntTy) ||
1673       !canConvertValue(DL, IntTy, AllocaTy))
1674     return false;
1675
1676   uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(AllocaTy);
1677
1678   // While examining uses, we ensure that the alloca has a covering load or
1679   // store. We don't want to widen the integer operations only to fail to
1680   // promote due to some other unsplittable entry (which we may make splittable
1681   // later). However, if there are only splittable uses, go ahead and assume
1682   // that we cover the alloca.
1683   bool WholeAllocaOp = (I != E) ? false : DL.isLegalInteger(SizeInBits);
1684
1685   for (; I != E; ++I)
1686     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1687                                          S, I, WholeAllocaOp))
1688       return false;
1689
1690   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
1691                                                         SUE = SplitUses.end();
1692        SUI != SUE; ++SUI)
1693     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1694                                          S, *SUI, WholeAllocaOp))
1695       return false;
1696
1697   return WholeAllocaOp;
1698 }
1699
1700 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1701                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
1702                              const Twine &Name) {
1703   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1704   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
1705   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1706          "Element extends past full value");
1707   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1708   if (DL.isBigEndian())
1709     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1710   if (ShAmt) {
1711     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
1712     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1713   }
1714   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1715          "Cannot extract to a larger integer!");
1716   if (Ty != IntTy) {
1717     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
1718     DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
1719   }
1720   return V;
1721 }
1722
1723 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *Old,
1724                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
1725   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
1726   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
1727   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1728          "Cannot insert a larger integer!");
1729   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1730   if (Ty != IntTy) {
1731     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
1732     DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
1733   }
1734   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1735          "Element store outside of alloca store");
1736   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1737   if (DL.isBigEndian())
1738     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1739   if (ShAmt) {
1740     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
1741     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1742   }
1743
1744   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
1745     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
1746     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
1747     DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
1748     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
1749     DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
1750   }
1751   return V;
1752 }
1753
1754 static Value *extractVector(IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1755                             unsigned BeginIndex, unsigned EndIndex,
1756                             const Twine &Name) {
1757   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
1758   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1759   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
1760
1761   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
1762     return V;
1763
1764   if (NumElements == 1) {
1765     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1766                                  Name + ".extract");
1767     DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
1768     return V;
1769   }
1770
1771   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1772   Mask.reserve(NumElements);
1773   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
1774     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
1775   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1776                               ConstantVector::get(Mask),
1777                               Name + ".extract");
1778   DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
1779   return V;
1780 }
1781
1782 static Value *insertVector(IRBuilderTy &IRB, Value *Old, Value *V,
1783                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
1784   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
1785   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
1786
1787   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
1788   if (!Ty) {
1789     // Single element to insert.
1790     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1791                                 Name + ".insert");
1792     DEBUG(dbgs() <<  "     insert: " << *V << "\n");
1793     return V;
1794   }
1795
1796   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
1797          "Too many elements!");
1798   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
1799     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
1800     return V;
1801   }
1802   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
1803
1804   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
1805   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
1806   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
1807   // incoming vector.
1808   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1809   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
1810   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1811     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
1812       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
1813     else
1814       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
1815   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1816                               ConstantVector::get(Mask),
1817                               Name + ".expand");
1818   DEBUG(dbgs() << "    shuffle: " << *V << "\n");
1819
1820   Mask.clear();
1821   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1822     Mask.push_back(IRB.getInt1(i >= BeginIndex && i < EndIndex));
1823
1824   V = IRB.CreateSelect(ConstantVector::get(Mask), V, Old, Name + "blend");
1825
1826   DEBUG(dbgs() << "    blend: " << *V << "\n");
1827   return V;
1828 }
1829
1830 namespace {
1831 /// \brief Visitor to rewrite instructions using p particular slice of an alloca
1832 /// to use a new alloca.
1833 ///
1834 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
1835 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
1836 /// lives here.
1837 class AllocaSliceRewriter : public InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> {
1838   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1839   friend class llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
1840   typedef llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> Base;
1841
1842   const DataLayout &DL;
1843   AllocaSlices &S;
1844   SROA &Pass;
1845   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
1846   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
1847   Type *NewAllocaTy;
1848
1849   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
1850   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
1851   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
1852   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
1853   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
1854   //     element.
1855   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
1856   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
1857   //     which are promotable via mem2reg.
1858   VectorType *VecTy;
1859   Type *ElementTy;
1860   uint64_t ElementSize;
1861
1862   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
1863   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
1864   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
1865   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
1866   IntegerType *IntTy;
1867
1868   // The offset of the slice currently being rewritten.
1869   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
1870   bool IsSplittable;
1871   bool IsSplit;
1872   Use *OldUse;
1873   Instruction *OldPtr;
1874
1875   // Output members carrying state about the result of visiting and rewriting
1876   // the slice of the alloca.
1877   bool IsUsedByRewrittenSpeculatableInstructions;
1878
1879   // Utility IR builder, whose name prefix is setup for each visited use, and
1880   // the insertion point is set to point to the user.
1881   IRBuilderTy IRB;
1882
1883 public:
1884   AllocaSliceRewriter(const DataLayout &DL, AllocaSlices &S, SROA &Pass,
1885                       AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
1886                       uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset,
1887                       bool IsVectorPromotable = false,
1888                       bool IsIntegerPromotable = false)
1889       : DL(DL), S(S), Pass(Pass), OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
1890         NewAllocaBeginOffset(NewBeginOffset), NewAllocaEndOffset(NewEndOffset),
1891         NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
1892         VecTy(IsVectorPromotable ? cast<VectorType>(NewAllocaTy) : 0),
1893         ElementTy(VecTy ? VecTy->getElementType() : 0),
1894         ElementSize(VecTy ? DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8 : 0),
1895         IntTy(IsIntegerPromotable
1896                   ? Type::getIntNTy(
1897                         NewAI.getContext(),
1898                         DL.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()))
1899                   : 0),
1900         BeginOffset(), EndOffset(), IsSplittable(), IsSplit(), OldUse(),
1901         OldPtr(), IsUsedByRewrittenSpeculatableInstructions(false),
1902         IRB(NewAI.getContext(), ConstantFolder()) {
1903     if (VecTy) {
1904       assert((DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) % 8) == 0 &&
1905              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
1906       ++NumVectorized;
1907     }
1908     assert((!IsVectorPromotable && !IsIntegerPromotable) ||
1909            IsVectorPromotable != IsIntegerPromotable);
1910   }
1911
1912   bool visit(AllocaSlices::const_iterator I) {
1913     bool CanSROA = true;
1914     BeginOffset = I->beginOffset();
1915     EndOffset = I->endOffset();
1916     IsSplittable = I->isSplittable();
1917     IsSplit =
1918         BeginOffset < NewAllocaBeginOffset || EndOffset > NewAllocaEndOffset;
1919
1920     OldUse = I->getUse();
1921     OldPtr = cast<Instruction>(OldUse->get());
1922
1923     Instruction *OldUserI = cast<Instruction>(OldUse->getUser());
1924     IRB.SetInsertPoint(OldUserI);
1925     IRB.SetCurrentDebugLocation(OldUserI->getDebugLoc());
1926     IRB.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) + ".");
1927
1928     CanSROA &= visit(cast<Instruction>(OldUse->getUser()));
1929     if (VecTy || IntTy)
1930       assert(CanSROA);
1931     return CanSROA;
1932   }
1933
1934   /// \brief Query whether this slice is used by speculatable instructions after
1935   /// rewriting.
1936   ///
1937   /// These instructions (PHIs and Selects currently) require the alloca slice
1938   /// to run back through the rewriter. Thus, they are promotable, but not on
1939   /// this iteration. This is distinct from a slice which is unpromotable for
1940   /// some other reason, in which case we don't even want to perform the
1941   /// speculation. This can be querried at any time and reflects whether (at
1942   /// that point) a visit call has rewritten a speculatable instruction on the
1943   /// current slice.
1944   bool isUsedByRewrittenSpeculatableInstructions() const {
1945     return IsUsedByRewrittenSpeculatableInstructions;
1946   }
1947
1948 private:
1949   // Make sure the other visit overloads are visible.
1950   using Base::visit;
1951
1952   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
1953   bool visitInstruction(Instruction &I) {
1954     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
1955     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
1956   }
1957
1958   Value *getAdjustedAllocaPtr(IRBuilderTy &IRB, uint64_t Offset,
1959                               Type *PointerTy) {
1960     assert(Offset >= NewAllocaBeginOffset);
1961     return getAdjustedPtr(IRB, DL, &NewAI, APInt(DL.getPointerSizeInBits(),
1962                                                  Offset - NewAllocaBeginOffset),
1963                           PointerTy);
1964   }
1965
1966   /// \brief Compute suitable alignment to access an offset into the new alloca.
1967   unsigned getOffsetAlign(uint64_t Offset) {
1968     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
1969     if (!NewAIAlign)
1970       NewAIAlign = DL.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
1971     return MinAlign(NewAIAlign, Offset);
1972   }
1973
1974   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at an offset of the
1975   /// new alloca.
1976   ///
1977   /// \returns zero if the type's ABI alignment is a suitable alignment,
1978   /// otherwise returns the maximal suitable alignment.
1979   unsigned getOffsetTypeAlign(Type *Ty, uint64_t Offset) {
1980     unsigned Align = getOffsetAlign(Offset);
1981     return Align == DL.getABITypeAlignment(Ty) ? 0 : Align;
1982   }
1983
1984   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
1985     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
1986     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
1987     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
1988     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
1989     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
1990     return Index;
1991   }
1992
1993   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
1994     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
1995     if (isInstructionTriviallyDead(I))
1996       Pass.DeadInsts.insert(I);
1997   }
1998
1999   Value *rewriteVectorizedLoadInst(uint64_t NewBeginOffset,
2000                                    uint64_t NewEndOffset) {
2001     unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2002     unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2003     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2004
2005     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2006                                      "load");
2007     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2008   }
2009
2010   Value *rewriteIntegerLoad(LoadInst &LI, uint64_t NewBeginOffset,
2011                             uint64_t NewEndOffset) {
2012     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2013     assert(!LI.isVolatile());
2014     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2015                                      "load");
2016     V = convertValue(DL, IRB, V, IntTy);
2017     assert(NewBeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2018     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2019     if (Offset > 0 || NewEndOffset < NewAllocaEndOffset)
2020       V = extractInteger(DL, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2021                          "extract");
2022     return V;
2023   }
2024
2025   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2026     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2027     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2028     assert(OldOp == OldPtr);
2029
2030     // Compute the intersecting offset range.
2031     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2032     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2033     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2034     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2035
2036     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2037
2038     Type *TargetTy = IsSplit ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), Size * 8)
2039                              : LI.getType();
2040     bool IsPtrAdjusted = false;
2041     Value *V;
2042     if (VecTy) {
2043       V = rewriteVectorizedLoadInst(NewBeginOffset, NewEndOffset);
2044     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2045       V = rewriteIntegerLoad(LI, NewBeginOffset, NewEndOffset);
2046     } else if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2047                canConvertValue(DL, NewAllocaTy, LI.getType())) {
2048       V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2049                                 LI.isVolatile(), "load");
2050     } else {
2051       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo();
2052       V = IRB.CreateAlignedLoad(
2053           getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, LTy),
2054           getOffsetTypeAlign(TargetTy, NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset),
2055           LI.isVolatile(), "load");
2056       IsPtrAdjusted = true;
2057     }
2058     V = convertValue(DL, IRB, V, TargetTy);
2059
2060     if (IsSplit) {
2061       assert(!LI.isVolatile());
2062       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2063              "Only integer type loads and stores are split");
2064       assert(Size < DL.getTypeStoreSize(LI.getType()) &&
2065              "Split load isn't smaller than original load");
2066       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2067              DL.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2068              "Non-byte-multiple bit width");
2069       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2070       IRB.SetInsertPoint(llvm::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2071       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2072       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2073       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2074       // LI only used for this computation.
2075       Value *Placeholder
2076         = new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo()));
2077       V = insertInteger(DL, IRB, Placeholder, V, NewBeginOffset,
2078                         "insert");
2079       LI.replaceAllUsesWith(V);
2080       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2081       delete Placeholder;
2082     } else {
2083       LI.replaceAllUsesWith(V);
2084     }
2085
2086     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2087     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2088     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2089     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2090   }
2091
2092   bool rewriteVectorizedStoreInst(Value *V, StoreInst &SI, Value *OldOp,
2093                                   uint64_t NewBeginOffset,
2094                                   uint64_t NewEndOffset) {
2095     if (V->getType() != VecTy) {
2096       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2097       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2098       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2099       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2100       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2101       Type *SliceTy =
2102           (NumElements == 1) ? ElementTy
2103                              : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2104       if (V->getType() != SliceTy)
2105         V = convertValue(DL, IRB, V, SliceTy);
2106
2107       // Mix in the existing elements.
2108       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2109                                          "load");
2110       V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, "vec");
2111     }
2112     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2113     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2114
2115     (void)Store;
2116     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2117     return true;
2118   }
2119
2120   bool rewriteIntegerStore(Value *V, StoreInst &SI,
2121                            uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset) {
2122     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2123     assert(!SI.isVolatile());
2124     if (DL.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2125       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2126                                          "oldload");
2127       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2128       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2129       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2130       V = insertInteger(DL, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset,
2131                         "insert");
2132     }
2133     V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2134     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2135     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2136     (void)Store;
2137     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2138     return true;
2139   }
2140
2141   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2142     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2143     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2144     assert(OldOp == OldPtr);
2145
2146     Value *V = SI.getValueOperand();
2147
2148     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2149     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2150     if (V->getType()->isPointerTy())
2151       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2152         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2153
2154     // Compute the intersecting offset range.
2155     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2156     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2157     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2158     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2159
2160     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2161     if (Size < DL.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2162       assert(!SI.isVolatile());
2163       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2164              "Only integer type loads and stores are split");
2165       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2166              DL.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2167              "Non-byte-multiple bit width");
2168       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), Size * 8);
2169       V = extractInteger(DL, IRB, V, NarrowTy, NewBeginOffset,
2170                          "extract");
2171     }
2172
2173     if (VecTy)
2174       return rewriteVectorizedStoreInst(V, SI, OldOp, NewBeginOffset,
2175                                         NewEndOffset);
2176     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2177       return rewriteIntegerStore(V, SI, NewBeginOffset, NewEndOffset);
2178
2179     StoreInst *NewSI;
2180     if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2181         NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2182         canConvertValue(DL, V->getType(), NewAllocaTy)) {
2183       V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2184       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2185                                      SI.isVolatile());
2186     } else {
2187       Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset,
2188                                            V->getType()->getPointerTo());
2189       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(
2190           V, NewPtr, getOffsetTypeAlign(
2191                          V->getType(), NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset),
2192           SI.isVolatile());
2193     }
2194     (void)NewSI;
2195     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2196     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2197
2198     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2199     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2200   }
2201
2202   /// \brief Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2203   /// number of bytes.
2204   ///
2205   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2206   /// call this routine.
2207   /// FIXME: Heed the advice above.
2208   ///
2209   /// \param V The i8 value to splat.
2210   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2211   Value *getIntegerSplat(Value *V, unsigned Size) {
2212     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2213     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2214     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2215     if (Size == 1)
2216       return V;
2217
2218     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size*8);
2219     V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, "zext"),
2220                       ConstantExpr::getUDiv(
2221                         Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2222                         ConstantExpr::getZExt(
2223                           Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2224                           SplatIntTy)),
2225                       "isplat");
2226     return V;
2227   }
2228
2229   /// \brief Compute a vector splat for a given element value.
2230   Value *getVectorSplat(Value *V, unsigned NumElements) {
2231     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, "vsplat");
2232     DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2233     return V;
2234   }
2235
2236   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2237     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2238     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2239
2240     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2241     // pointer to the new alloca.
2242     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2243       assert(!IsSplit);
2244       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset);
2245       II.setDest(
2246           getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset, II.getRawDest()->getType()));
2247       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2248       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getOffsetAlign(BeginOffset)));
2249
2250       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2251       return false;
2252     }
2253
2254     // Record this instruction for deletion.
2255     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2256
2257     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2258     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2259
2260     // Compute the intersecting offset range.
2261     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2262     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2263     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2264     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2265     uint64_t SliceOffset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2266
2267     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2268     // a single value type, just emit a memset.
2269     if (!VecTy && !IntTy &&
2270         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2271          EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2272          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2273          !DL.isLegalInteger(DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)) ||
2274          DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)%8 != 0)) {
2275       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2276       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2277       CallInst *New = IRB.CreateMemSet(
2278           getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, II.getRawDest()->getType()),
2279           II.getValue(), Size, getOffsetAlign(SliceOffset), II.isVolatile());
2280       (void)New;
2281       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2282       return false;
2283     }
2284
2285     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2286     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2287     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2288     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2289     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2290     Value *V;
2291
2292     if (VecTy) {
2293       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2294       assert(ElementTy == ScalarTy);
2295
2296       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2297       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2298       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2299       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2300       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2301
2302       Value *Splat =
2303           getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8);
2304       Splat = convertValue(DL, IRB, Splat, ElementTy);
2305       if (NumElements > 1)
2306         Splat = getVectorSplat(Splat, NumElements);
2307
2308       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2309                                          "oldload");
2310       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, "vec");
2311     } else if (IntTy) {
2312       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2313       // set integer.
2314       assert(!II.isVolatile());
2315
2316       uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2317       V = getIntegerSplat(II.getValue(), Size);
2318
2319       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2320                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2321         Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2322                                            "oldload");
2323         Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2324         uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2325         V = insertInteger(DL, IRB, Old, V, Offset, "insert");
2326       } else {
2327         assert(V->getType() == IntTy &&
2328                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2329       }
2330       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2331     } else {
2332       // Established these invariants above.
2333       assert(NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2334       assert(NewEndOffset == NewAllocaEndOffset);
2335
2336       V = getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) / 8);
2337       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2338         V = getVectorSplat(V, AllocaVecTy->getNumElements());
2339
2340       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2341     }
2342
2343     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2344                                         II.isVolatile());
2345     (void)New;
2346     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2347     return !II.isVolatile();
2348   }
2349
2350   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2351     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2352     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2353
2354     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2355
2356     // Compute the intersecting offset range.
2357     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2358     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2359     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2360     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2361
2362     assert(II.getRawSource() == OldPtr || II.getRawDest() == OldPtr);
2363     bool IsDest = II.getRawDest() == OldPtr;
2364
2365     // Compute the relative offset within the transfer.
2366     unsigned IntPtrWidth = DL.getPointerSizeInBits();
2367     APInt RelOffset(IntPtrWidth, NewBeginOffset - BeginOffset);
2368
2369     unsigned Align = II.getAlignment();
2370     uint64_t SliceOffset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2371     if (Align > 1)
2372       Align =
2373           MinAlign(RelOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue(),
2374                    MinAlign(II.getAlignment(), getOffsetAlign(SliceOffset)));
2375
2376     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2377     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2378     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2379     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2380     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2381     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2382     // update both source and dest of a single call.
2383     if (!IsSplittable) {
2384       Value *OldOp = IsDest ? II.getRawDest() : II.getRawSource();
2385       if (IsDest)
2386         II.setDest(
2387             getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset, II.getRawDest()->getType()));
2388       else
2389         II.setSource(getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset,
2390                                           II.getRawSource()->getType()));
2391
2392       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2393       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, Align));
2394
2395       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2396       deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2397       return false;
2398     }
2399     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2400     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2401     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2402     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2403     // downsides to splitting and transforming the operations.
2404
2405     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2406     // a single value type, just emit a memcpy.
2407     bool EmitMemCpy
2408       = !VecTy && !IntTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2409                              EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2410                              !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2411
2412     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2413     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2414     // a no-op.
2415     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2416       // Ensure the start lines up.
2417       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2418
2419       // Rewrite the size as needed.
2420       if (NewEndOffset != EndOffset)
2421         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2422                                       NewEndOffset - NewBeginOffset));
2423       return false;
2424     }
2425     // Record this instruction for deletion.
2426     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2427
2428     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2429     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2430     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2431     if (AllocaInst *AI
2432           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets()))
2433       Pass.Worklist.insert(AI);
2434
2435     if (EmitMemCpy) {
2436       Type *OtherPtrTy = IsDest ? II.getRawSource()->getType()
2437                                 : II.getRawDest()->getType();
2438
2439       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2440       // a single, simple GEP in most cases.
2441       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy);
2442
2443       Value *OurPtr = getAdjustedAllocaPtr(
2444           IRB, NewBeginOffset,
2445           IsDest ? II.getRawDest()->getType() : II.getRawSource()->getType());
2446       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2447       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2448
2449       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(IsDest ? OurPtr : OtherPtr,
2450                                        IsDest ? OtherPtr : OurPtr,
2451                                        Size, Align, II.isVolatile());
2452       (void)New;
2453       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2454       return false;
2455     }
2456
2457     // Note that we clamp the alignment to 1 here as a 0 alignment for a memcpy
2458     // is equivalent to 1, but that isn't true if we end up rewriting this as
2459     // a load or store.
2460     if (!Align)
2461       Align = 1;
2462
2463     bool IsWholeAlloca = NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2464                          NewEndOffset == NewAllocaEndOffset;
2465     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2466     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(NewBeginOffset) : 0;
2467     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(NewEndOffset) : 0;
2468     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2469     IntegerType *SubIntTy
2470       = IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size*8) : 0;
2471
2472     Type *OtherPtrTy = NewAI.getType();
2473     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
2474       if (NumElements == 1)
2475         OtherPtrTy = VecTy->getElementType();
2476       else
2477         OtherPtrTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
2478
2479       OtherPtrTy = OtherPtrTy->getPointerTo();
2480     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
2481       OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo();
2482     }
2483
2484     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy);
2485     Value *DstPtr = &NewAI;
2486     if (!IsDest)
2487       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2488
2489     Value *Src;
2490     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2491       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2492                                   "load");
2493       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2494     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2495       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2496                                   "load");
2497       Src = convertValue(DL, IRB, Src, IntTy);
2498       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2499       Src = extractInteger(DL, IRB, Src, SubIntTy, Offset, "extract");
2500     } else {
2501       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, II.isVolatile(),
2502                                   "copyload");
2503     }
2504
2505     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2506       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2507                                          "oldload");
2508       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, "vec");
2509     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2510       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2511                                          "oldload");
2512       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2513       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2514       Src = insertInteger(DL, IRB, Old, Src, Offset, "insert");
2515       Src = convertValue(DL, IRB, Src, NewAllocaTy);
2516     }
2517
2518     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2519       IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, Align, II.isVolatile()));
2520     (void)Store;
2521     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2522     return !II.isVolatile();
2523   }
2524
2525   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2526     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2527            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2528     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2529     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2530
2531     // Compute the intersecting offset range.
2532     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2533     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2534     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2535     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2536
2537     // Record this instruction for deletion.
2538     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2539
2540     ConstantInt *Size
2541       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2542                          NewEndOffset - NewBeginOffset);
2543     Value *Ptr =
2544         getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, II.getArgOperand(1)->getType());
2545     Value *New;
2546     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2547       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2548     else
2549       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2550
2551     (void)New;
2552     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2553     return true;
2554   }
2555
2556   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2557     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2558     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "PHIs are unsplittable");
2559     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "PHIs are unsplittable");
2560
2561     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2562     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2563     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2564     // dominate the PHI.
2565     IRBuilderTy PtrBuilder(OldPtr);
2566     PtrBuilder.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) +
2567                              ".");
2568
2569     Value *NewPtr =
2570         getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, BeginOffset, OldPtr->getType());
2571     // Replace the operands which were using the old pointer.
2572     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
2573
2574     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2575     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2576
2577     // Check whether we can speculate this PHI node, and if so remember that
2578     // fact and queue it up for another iteration after the speculation
2579     // occurs.
2580     if (isSafePHIToSpeculate(PN, &DL)) {
2581       Pass.SpeculatablePHIs.insert(&PN);
2582       IsUsedByRewrittenSpeculatableInstructions = true;
2583       return true;
2584     }
2585
2586     return false; // PHIs can't be promoted on their own.
2587   }
2588
2589   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2590     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2591     assert((SI.getTrueValue() == OldPtr || SI.getFalseValue() == OldPtr) &&
2592            "Pointer isn't an operand!");
2593     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Selects are unsplittable");
2594     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "Selects are unsplittable");
2595
2596     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset, OldPtr->getType());
2597     // Replace the operands which were using the old pointer.
2598     if (SI.getOperand(1) == OldPtr)
2599       SI.setOperand(1, NewPtr);
2600     if (SI.getOperand(2) == OldPtr)
2601       SI.setOperand(2, NewPtr);
2602
2603     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2604     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2605
2606     // Check whether we can speculate this select instruction, and if so
2607     // remember that fact and queue it up for another iteration after the
2608     // speculation occurs.
2609     if (isSafeSelectToSpeculate(SI, &DL)) {
2610       Pass.SpeculatableSelects.insert(&SI);
2611       IsUsedByRewrittenSpeculatableInstructions = true;
2612       return true;
2613     }
2614
2615     return false; // Selects can't be promoted on their own.
2616   }
2617
2618 };
2619 }
2620
2621 namespace {
2622 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2623 ///
2624 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2625 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2626 /// with scalar loads and stores.
2627 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2628   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2629   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2630
2631   const DataLayout &DL;
2632
2633   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2634   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2635
2636   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2637   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2638
2639   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2640   /// value (as opposed to the user).
2641   Use *U;
2642
2643 public:
2644   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
2645
2646   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2647   /// it.
2648   bool rewrite(Instruction &I) {
2649     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2650     enqueueUsers(I);
2651     bool Changed = false;
2652     while (!Queue.empty()) {
2653       U = Queue.pop_back_val();
2654       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2655     }
2656     return Changed;
2657   }
2658
2659 private:
2660   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2661   /// This uses a set to de-duplicate users.
2662   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2663     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
2664          ++UI)
2665       if (Visited.insert(*UI))
2666         Queue.push_back(&UI.getUse());
2667   }
2668
2669   // Conservative default is to not rewrite anything.
2670   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2671
2672   /// \brief Generic recursive split emission class.
2673   template <typename Derived>
2674   class OpSplitter {
2675   protected:
2676     /// The builder used to form new instructions.
2677     IRBuilderTy IRB;
2678     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
2679     /// appropriate value within the aggregate.
2680     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2681     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
2682     /// within the aggregate.
2683     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2684     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
2685     /// split operations.
2686     Value *Ptr;
2687
2688     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
2689     /// single zero GEP index.
2690     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2691       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
2692
2693   public:
2694     /// \brief Generic recursive split emission routine.
2695     ///
2696     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2697     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2698     /// and emits that single value operation via the template argument.
2699     ///
2700     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
2701     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
2702     /// formatted differently (GEPs need actual values).
2703     ///
2704     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
2705     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
2706     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
2707     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2708       if (Ty->isSingleValueType())
2709         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
2710
2711       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2712         unsigned OldSize = Indices.size();
2713         (void)OldSize;
2714         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
2715              ++Idx) {
2716           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2717           Indices.push_back(Idx);
2718           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2719           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2720           GEPIndices.pop_back();
2721           Indices.pop_back();
2722         }
2723         return;
2724       }
2725
2726       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2727         unsigned OldSize = Indices.size();
2728         (void)OldSize;
2729         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
2730              ++Idx) {
2731           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2732           Indices.push_back(Idx);
2733           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2734           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2735           GEPIndices.pop_back();
2736           Indices.pop_back();
2737         }
2738         return;
2739       }
2740
2741       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
2742     }
2743   };
2744
2745   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
2746     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2747       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2748
2749     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
2750     /// recursive emission to actually load values.
2751     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2752       assert(Ty->isSingleValueType());
2753       // Load the single value and insert it using the indices.
2754       Value *GEP = IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
2755       Value *Load = IRB.CreateLoad(GEP, Name + ".load");
2756       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
2757       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
2758     }
2759   };
2760
2761   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2762     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
2763     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
2764       return false;
2765
2766     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
2767     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2768     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
2769     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
2770     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
2771     LI.replaceAllUsesWith(V);
2772     LI.eraseFromParent();
2773     return true;
2774   }
2775
2776   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
2777     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2778       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2779
2780     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
2781     /// recursive emission to actually produce stores.
2782     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2783       assert(Ty->isSingleValueType());
2784       // Extract the single value and store it using the indices.
2785       Value *Store = IRB.CreateStore(
2786         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
2787         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
2788       (void)Store;
2789       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2790     }
2791   };
2792
2793   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2794     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
2795       return false;
2796     Value *V = SI.getValueOperand();
2797     if (V->getType()->isSingleValueType())
2798       return false;
2799
2800     // We have an aggregate being stored, split it apart.
2801     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2802     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
2803     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
2804     SI.eraseFromParent();
2805     return true;
2806   }
2807
2808   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
2809     enqueueUsers(BC);
2810     return false;
2811   }
2812
2813   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
2814     enqueueUsers(GEPI);
2815     return false;
2816   }
2817
2818   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2819     enqueueUsers(PN);
2820     return false;
2821   }
2822
2823   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2824     enqueueUsers(SI);
2825     return false;
2826   }
2827 };
2828 }
2829
2830 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
2831 ///
2832 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
2833 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
2834 /// size or the allocated size.
2835 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
2836   if (Ty->isSingleValueType())
2837     return Ty;
2838
2839   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
2840   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
2841
2842   Type *InnerTy;
2843   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2844     InnerTy = ArrTy->getElementType();
2845   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2846     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
2847     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
2848     InnerTy = STy->getElementType(Index);
2849   } else {
2850     return Ty;
2851   }
2852
2853   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
2854       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
2855     return Ty;
2856
2857   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
2858 }
2859
2860 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
2861 /// offset and size.
2862 ///
2863 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
2864 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
2865 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
2866 /// and the same for structs.
2867 ///
2868 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
2869 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
2870 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
2871 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
2872 /// return a type if necessary.
2873 static Type *getTypePartition(const DataLayout &DL, Type *Ty,
2874                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
2875   if (Offset == 0 && DL.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
2876     return stripAggregateTypeWrapping(DL, Ty);
2877   if (Offset > DL.getTypeAllocSize(Ty) ||
2878       (DL.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
2879     return 0;
2880
2881   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
2882     // We can't partition pointers...
2883     if (SeqTy->isPointerTy())
2884       return 0;
2885
2886     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
2887     uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
2888     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
2889     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy)) {
2890       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
2891         return 0;
2892     } else if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy)) {
2893       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
2894         return 0;
2895     }
2896     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
2897
2898     // First check if we need to recurse.
2899     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
2900       // Bail if the partition ends in a different array element.
2901       if ((Offset + Size) > ElementSize)
2902         return 0;
2903       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
2904       return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
2905     }
2906     assert(Offset == 0);
2907
2908     if (Size == ElementSize)
2909       return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
2910     assert(Size > ElementSize);
2911     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
2912     if (NumElements * ElementSize != Size)
2913       return 0;
2914     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
2915   }
2916
2917   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
2918   if (!STy)
2919     return 0;
2920
2921   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
2922   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
2923     return 0;
2924   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
2925   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
2926     return 0;
2927
2928   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
2929   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
2930
2931   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
2932   uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
2933   if (Offset >= ElementSize)
2934     return 0; // The offset points into alignment padding.
2935
2936   // See if any partition must be contained by the element.
2937   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
2938     if ((Offset + Size) > ElementSize)
2939       return 0;
2940     return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
2941   }
2942   assert(Offset == 0);
2943
2944   if (Size == ElementSize)
2945     return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
2946
2947   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
2948                                EE = STy->element_end();
2949   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
2950     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
2951     if (Index == EndIndex)
2952       return 0; // Within a single element and its padding.
2953
2954     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
2955     // expected size.
2956     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
2957     // sub-struct to find a natural end point.
2958     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
2959       return 0;
2960
2961     assert(Index < EndIndex);
2962     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
2963   }
2964
2965   // Try to build up a sub-structure.
2966   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE),
2967                                       STy->isPacked());
2968   const StructLayout *SubSL = DL.getStructLayout(SubTy);
2969   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
2970     return 0; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
2971
2972   return SubTy;
2973 }
2974
2975 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
2976 ///
2977 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
2978 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
2979 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
2980 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
2981 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
2982 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
2983 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
2984 /// promoted.
2985 bool SROA::rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S,
2986                             AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
2987                             int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
2988                             ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
2989   assert(BeginOffset < EndOffset);
2990   uint64_t SliceSize = EndOffset - BeginOffset;
2991
2992   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
2993   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
2994   // or an i8 array of an appropriate size.
2995   Type *SliceTy = 0;
2996   if (Type *CommonUseTy = findCommonType(B, E, EndOffset))
2997     if (DL->getTypeAllocSize(CommonUseTy) >= SliceSize)
2998       SliceTy = CommonUseTy;
2999   if (!SliceTy)
3000     if (Type *TypePartitionTy = getTypePartition(*DL, AI.getAllocatedType(),
3001                                                  BeginOffset, SliceSize))
3002       SliceTy = TypePartitionTy;
3003   if ((!SliceTy || (SliceTy->isArrayTy() &&
3004                     SliceTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3005       DL->isLegalInteger(SliceSize * 8))
3006     SliceTy = Type::getIntNTy(*C, SliceSize * 8);
3007   if (!SliceTy)
3008     SliceTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), SliceSize);
3009   assert(DL->getTypeAllocSize(SliceTy) >= SliceSize);
3010
3011   bool IsVectorPromotable = isVectorPromotionViable(
3012       *DL, SliceTy, S, BeginOffset, EndOffset, B, E, SplitUses);
3013
3014   bool IsIntegerPromotable =
3015       !IsVectorPromotable &&
3016       isIntegerWideningViable(*DL, SliceTy, BeginOffset, S, B, E, SplitUses);
3017
3018   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3019   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3020   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3021   // perform phi and select speculation.
3022   AllocaInst *NewAI;
3023   if (SliceTy == AI.getAllocatedType()) {
3024     assert(BeginOffset == 0 &&
3025            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3026     NewAI = &AI;
3027     // FIXME: We should be able to bail at this point with "nothing changed".
3028     // FIXME: We might want to defer PHI speculation until after here.
3029   } else {
3030     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3031     if (!Alignment) {
3032       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3033       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3034       // type.
3035       Alignment = DL->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3036     }
3037     Alignment = MinAlign(Alignment, BeginOffset);
3038     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3039     // the alloca's alignment unconstrained.
3040     if (Alignment <= DL->getABITypeAlignment(SliceTy))
3041       Alignment = 0;
3042     NewAI = new AllocaInst(SliceTy, 0, Alignment,
3043                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(B - S.begin()), &AI);
3044     ++NumNewAllocas;
3045   }
3046
3047   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3048                << "[" << BeginOffset << "," << EndOffset << ") to: " << *NewAI
3049                << "\n");
3050
3051   // Track the high watermark on several worklists that are only relevant for
3052   // promoted allocas. We will reset it to this point if the alloca is not in
3053   // fact scheduled for promotion.
3054   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3055   unsigned SPOldSize = SpeculatablePHIs.size();
3056   unsigned SSOldSize = SpeculatableSelects.size();
3057   unsigned NumUses = 0;
3058
3059   AllocaSliceRewriter Rewriter(*DL, S, *this, AI, *NewAI, BeginOffset,
3060                                EndOffset, IsVectorPromotable,
3061                                IsIntegerPromotable);
3062   bool Promotable = true;
3063   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
3064                                                         SUE = SplitUses.end();
3065        SUI != SUE; ++SUI) {
3066     DEBUG(dbgs() << "  rewriting split ");
3067     DEBUG(S.printSlice(dbgs(), *SUI, ""));
3068     Promotable &= Rewriter.visit(*SUI);
3069     ++NumUses;
3070   }
3071   for (AllocaSlices::iterator I = B; I != E; ++I) {
3072     DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3073     DEBUG(S.printSlice(dbgs(), I, ""));
3074     Promotable &= Rewriter.visit(I);
3075     ++NumUses;
3076   }
3077
3078   NumAllocaPartitionUses += NumUses;
3079   MaxUsesPerAllocaPartition =
3080       std::max<unsigned>(NumUses, MaxUsesPerAllocaPartition);
3081
3082   if (Promotable && !Rewriter.isUsedByRewrittenSpeculatableInstructions()) {
3083     DEBUG(dbgs() << "  and queuing for promotion\n");
3084     PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3085   } else if (NewAI != &AI ||
3086              (Promotable &&
3087               Rewriter.isUsedByRewrittenSpeculatableInstructions())) {
3088     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3089     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3090     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3091     //
3092     // Alternatively, if we could promote the alloca but have speculatable
3093     // instructions then we will speculate them after finishing our processing
3094     // of the original alloca. Mark the new one for re-visiting in the next
3095     // iteration so the speculated operations can be rewritten.
3096     //
3097     // FIXME: We should actually track whether the rewriter changed anything.
3098     Worklist.insert(NewAI);
3099   }
3100
3101   // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3102   if (!Promotable) {
3103     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3104       PostPromotionWorklist.pop_back();
3105     while (SpeculatablePHIs.size() > SPOldSize)
3106       SpeculatablePHIs.pop_back();
3107     while (SpeculatableSelects.size() > SSOldSize)
3108       SpeculatableSelects.pop_back();
3109   }
3110
3111   return true;
3112 }
3113
3114 namespace {
3115 struct IsSliceEndLessOrEqualTo {
3116   uint64_t UpperBound;
3117
3118   IsSliceEndLessOrEqualTo(uint64_t UpperBound) : UpperBound(UpperBound) {}
3119
3120   bool operator()(const AllocaSlices::iterator &I) {
3121     return I->endOffset() <= UpperBound;
3122   }
3123 };
3124 }
3125
3126 static void
3127 removeFinishedSplitUses(SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator> &SplitUses,
3128                         uint64_t &MaxSplitUseEndOffset, uint64_t Offset) {
3129   if (Offset >= MaxSplitUseEndOffset) {
3130     SplitUses.clear();
3131     MaxSplitUseEndOffset = 0;
3132     return;
3133   }
3134
3135   size_t SplitUsesOldSize = SplitUses.size();
3136   SplitUses.erase(std::remove_if(SplitUses.begin(), SplitUses.end(),
3137                                  IsSliceEndLessOrEqualTo(Offset)),
3138                   SplitUses.end());
3139   if (SplitUsesOldSize == SplitUses.size())
3140     return;
3141
3142   // Recompute the max. While this is linear, so is remove_if.
3143   MaxSplitUseEndOffset = 0;
3144   for (SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator>::iterator
3145            SUI = SplitUses.begin(),
3146            SUE = SplitUses.end();
3147        SUI != SUE; ++SUI)
3148     MaxSplitUseEndOffset = std::max((*SUI)->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3149 }
3150
3151 /// \brief Walks the slices of an alloca and form partitions based on them,
3152 /// rewriting each of their uses.
3153 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S) {
3154   if (S.begin() == S.end())
3155     return false;
3156
3157   unsigned NumPartitions = 0;
3158   bool Changed = false;
3159   SmallVector<AllocaSlices::iterator, 4> SplitUses;
3160   uint64_t MaxSplitUseEndOffset = 0;
3161
3162   uint64_t BeginOffset = S.begin()->beginOffset();
3163
3164   for (AllocaSlices::iterator SI = S.begin(), SJ = llvm::next(SI), SE = S.end();
3165        SI != SE; SI = SJ) {
3166     uint64_t MaxEndOffset = SI->endOffset();
3167
3168     if (!SI->isSplittable()) {
3169       // When we're forming an unsplittable region, it must always start at the
3170       // first slice and will extend through its end.
3171       assert(BeginOffset == SI->beginOffset());
3172
3173       // Form a partition including all of the overlapping slices with this
3174       // unsplittable slice.
3175       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3176         if (!SJ->isSplittable())
3177           MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3178         ++SJ;
3179       }
3180     } else {
3181       assert(SI->isSplittable()); // Established above.
3182
3183       // Collect all of the overlapping splittable slices.
3184       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset &&
3185              SJ->isSplittable()) {
3186         MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3187         ++SJ;
3188       }
3189
3190       // Back up MaxEndOffset and SJ if we ended the span early when
3191       // encountering an unsplittable slice.
3192       if (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3193         assert(!SJ->isSplittable());
3194         MaxEndOffset = SJ->beginOffset();
3195       }
3196     }
3197
3198     // Check if we have managed to move the end offset forward yet. If so,
3199     // we'll have to rewrite uses and erase old split uses.
3200     if (BeginOffset < MaxEndOffset) {
3201       // Rewrite a sequence of overlapping slices.
3202       Changed |=
3203           rewritePartition(AI, S, SI, SJ, BeginOffset, MaxEndOffset, SplitUses);
3204       ++NumPartitions;
3205
3206       removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset, MaxEndOffset);
3207     }
3208
3209     // Accumulate all the splittable slices from the [SI,SJ) region which
3210     // overlap going forward.
3211     for (AllocaSlices::iterator SK = SI; SK != SJ; ++SK)
3212       if (SK->isSplittable() && SK->endOffset() > MaxEndOffset) {
3213         SplitUses.push_back(SK);
3214         MaxSplitUseEndOffset = std::max(SK->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3215       }
3216
3217     // If we're already at the end and we have no split uses, we're done.
3218     if (SJ == SE && SplitUses.empty())
3219       break;
3220
3221     // If we have no split uses or no gap in offsets, we're ready to move to
3222     // the next slice.
3223     if (SplitUses.empty() || (SJ != SE && MaxEndOffset == SJ->beginOffset())) {
3224       BeginOffset = SJ->beginOffset();
3225       continue;
3226     }
3227
3228     // Even if we have split slices, if the next slice is splittable and the
3229     // split slices reach it, we can simply set up the beginning offset of the
3230     // next iteration to bridge between them.
3231     if (SJ != SE && SJ->isSplittable() &&
3232         MaxSplitUseEndOffset > SJ->beginOffset()) {
3233       BeginOffset = MaxEndOffset;
3234       continue;
3235     }
3236
3237     // Otherwise, we have a tail of split slices. Rewrite them with an empty
3238     // range of slices.
3239     uint64_t PostSplitEndOffset =
3240         SJ == SE ? MaxSplitUseEndOffset : SJ->beginOffset();
3241
3242     Changed |= rewritePartition(AI, S, SJ, SJ, MaxEndOffset, PostSplitEndOffset,
3243                                 SplitUses);
3244     ++NumPartitions;
3245
3246     if (SJ == SE)
3247       break; // Skip the rest, we don't need to do any cleanup.
3248
3249     removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset,
3250                             PostSplitEndOffset);
3251
3252     // Now just reset the begin offset for the next iteration.
3253     BeginOffset = SJ->beginOffset();
3254   }
3255
3256   NumAllocaPartitions += NumPartitions;
3257   MaxPartitionsPerAlloca =
3258       std::max<unsigned>(NumPartitions, MaxPartitionsPerAlloca);
3259
3260   return Changed;
3261 }
3262
3263 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3264 ///
3265 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3266 /// the slices of the alloca, and then hands it off to be split and
3267 /// rewritten as needed.
3268 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3269   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3270   ++NumAllocasAnalyzed;
3271
3272   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3273   if (AI.use_empty()) {
3274     AI.eraseFromParent();
3275     return true;
3276   }
3277
3278   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3279   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3280       DL->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3281     return false;
3282
3283   bool Changed = false;
3284
3285   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3286   // better splitting and promotion opportunities.
3287   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*DL);
3288   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3289
3290   // Build the slices using a recursive instruction-visiting builder.
3291   AllocaSlices S(*DL, AI);
3292   DEBUG(S.print(dbgs()));
3293   if (S.isEscaped())
3294     return Changed;
3295
3296   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3297   for (AllocaSlices::dead_user_iterator DI = S.dead_user_begin(),
3298                                         DE = S.dead_user_end();
3299        DI != DE; ++DI) {
3300     Changed = true;
3301     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
3302     DeadInsts.insert(*DI);
3303   }
3304   for (AllocaSlices::dead_op_iterator DO = S.dead_op_begin(),
3305                                       DE = S.dead_op_end();
3306        DO != DE; ++DO) {
3307     Value *OldV = **DO;
3308     // Clobber the use with an undef value.
3309     **DO = UndefValue::get(OldV->getType());
3310     if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3311       if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3312         Changed = true;
3313         DeadInsts.insert(OldI);
3314       }
3315   }
3316
3317   // No slices to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3318   if (S.begin() == S.end())
3319     return Changed;
3320
3321   Changed |= splitAlloca(AI, S);
3322
3323   DEBUG(dbgs() << "  Speculating PHIs\n");
3324   while (!SpeculatablePHIs.empty())
3325     speculatePHINodeLoads(*SpeculatablePHIs.pop_back_val());
3326
3327   DEBUG(dbgs() << "  Speculating Selects\n");
3328   while (!SpeculatableSelects.empty())
3329     speculateSelectInstLoads(*SpeculatableSelects.pop_back_val());
3330
3331   return Changed;
3332 }
3333
3334 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3335 ///
3336 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3337 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3338 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3339 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3340 ///
3341 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3342 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3343 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst*, 4> &DeletedAllocas) {
3344   while (!DeadInsts.empty()) {
3345     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3346     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3347
3348     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
3349
3350     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
3351       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
3352         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3353         *OI = 0;
3354         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3355           DeadInsts.insert(U);
3356       }
3357
3358     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3359       DeletedAllocas.insert(AI);
3360
3361     ++NumDeleted;
3362     I->eraseFromParent();
3363   }
3364 }
3365
3366 static void enqueueUsersInWorklist(Instruction &I,
3367                                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist,
3368                                    SmallPtrSet<Instruction *, 8> &Visited) {
3369   for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
3370        ++UI)
3371     if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
3372       Worklist.push_back(cast<Instruction>(*UI));
3373 }
3374
3375 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3376 ///
3377 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3378 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3379 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3380 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3381 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3382 /// promotion occurred.
3383 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3384   if (PromotableAllocas.empty())
3385     return false;
3386
3387   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3388
3389   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3390     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3391     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT, DL);
3392     PromotableAllocas.clear();
3393     return true;
3394   }
3395
3396   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3397   SSAUpdater SSA;
3398   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3399   SmallVector<Instruction *, 64> Insts;
3400
3401   // We need a worklist to walk the uses of each alloca.
3402   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
3403   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3404   SmallVector<Instruction *, 32> DeadInsts;
3405
3406   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3407     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3408     Insts.clear();
3409     Worklist.clear();
3410     Visited.clear();
3411
3412     enqueueUsersInWorklist(*AI, Worklist, Visited);
3413
3414     while (!Worklist.empty()) {
3415       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3416
3417       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3418       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3419       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3420       // scalar values produced.
3421       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3422         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3423                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3424         II->eraseFromParent();
3425         continue;
3426       }
3427
3428       // Push the loads and stores we find onto the list. SROA will already
3429       // have validated that all loads and stores are viable candidates for
3430       // promotion.
3431       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3432         assert(LI->getType() == AI->getAllocatedType());
3433         Insts.push_back(LI);
3434         continue;
3435       }
3436       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
3437         assert(SI->getValueOperand()->getType() == AI->getAllocatedType());
3438         Insts.push_back(SI);
3439         continue;
3440       }
3441
3442       // For everything else, we know that only no-op bitcasts and GEPs will
3443       // make it this far, just recurse through them and recall them for later
3444       // removal.
3445       DeadInsts.push_back(I);
3446       enqueueUsersInWorklist(*I, Worklist, Visited);
3447     }
3448     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3449     while (!DeadInsts.empty())
3450       DeadInsts.pop_back_val()->eraseFromParent();
3451     AI->eraseFromParent();
3452   }
3453
3454   PromotableAllocas.clear();
3455   return true;
3456 }
3457
3458 namespace {
3459   /// \brief A predicate to test whether an alloca belongs to a set.
3460   class IsAllocaInSet {
3461     typedef SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> SetType;
3462     const SetType &Set;
3463
3464   public:
3465     typedef AllocaInst *argument_type;
3466
3467     IsAllocaInSet(const SetType &Set) : Set(Set) {}
3468     bool operator()(AllocaInst *AI) const { return Set.count(AI); }
3469   };
3470 }
3471
3472 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3473   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3474   C = &F.getContext();
3475   DL = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
3476   if (!DL) {
3477     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3478     return false;
3479   }
3480   DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
3481
3482   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3483   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = llvm::prior(EntryBB.end());
3484        I != E; ++I)
3485     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3486       Worklist.insert(AI);
3487
3488   bool Changed = false;
3489   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3490   // the list of promotable allocas.
3491   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3492
3493   do {
3494     while (!Worklist.empty()) {
3495       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3496       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3497
3498       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3499       // continue processing them.
3500       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3501         Worklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3502         PostPromotionWorklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3503         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3504                                                PromotableAllocas.end(),
3505                                                IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
3506                                 PromotableAllocas.end());
3507         DeletedAllocas.clear();
3508       }
3509     }
3510
3511     Changed |= promoteAllocas(F);
3512
3513     Worklist = PostPromotionWorklist;
3514     PostPromotionWorklist.clear();
3515   } while (!Worklist.empty());
3516
3517   return Changed;
3518 }
3519
3520 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3521   if (RequiresDomTree)
3522     AU.addRequired<DominatorTree>();
3523   AU.setPreservesCFG();
3524 }