Make DataLayout a plain object, not a pass.
[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/Loads.h"
33 #include "llvm/Analysis/PtrUseVisitor.h"
34 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
35 #include "llvm/DIBuilder.h"
36 #include "llvm/DebugInfo.h"
37 #include "llvm/IR/Constants.h"
38 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
39 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
40 #include "llvm/IR/Dominators.h"
41 #include "llvm/IR/Function.h"
42 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
43 #include "llvm/IR/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/TimeValue.h"
55 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
58 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
59
60 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
61 // We only use this for a debug check in C++11
62 #include <random>
63 #endif
64
65 using namespace llvm;
66
67 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
68 STATISTIC(NumAllocaPartitions, "Number of alloca partitions formed");
69 STATISTIC(MaxPartitionsPerAlloca, "Maximum number of partitions per alloca");
70 STATISTIC(NumAllocaPartitionUses, "Number of alloca partition uses rewritten");
71 STATISTIC(MaxUsesPerAllocaPartition, "Maximum number of uses of a partition");
72 STATISTIC(NumNewAllocas, "Number of new, smaller allocas introduced");
73 STATISTIC(NumPromoted, "Number of allocas promoted to SSA values");
74 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
75 STATISTIC(NumDeleted, "Number of instructions deleted");
76 STATISTIC(NumVectorized, "Number of vectorized aggregates");
77
78 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
79 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
80 static cl::opt<bool>
81 ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false), cl::Hidden);
82
83 /// Hidden option to enable randomly shuffling the slices to help uncover
84 /// instability in their order.
85 static cl::opt<bool> SROARandomShuffleSlices("sroa-random-shuffle-slices",
86                                              cl::init(false), cl::Hidden);
87
88 namespace {
89 /// \brief A custom IRBuilder inserter which prefixes all names if they are
90 /// preserved.
91 template <bool preserveNames = true>
92 class IRBuilderPrefixedInserter :
93     public IRBuilderDefaultInserter<preserveNames> {
94   std::string Prefix;
95
96 public:
97   void SetNamePrefix(const Twine &P) { Prefix = P.str(); }
98
99 protected:
100   void InsertHelper(Instruction *I, const Twine &Name, BasicBlock *BB,
101                     BasicBlock::iterator InsertPt) const {
102     IRBuilderDefaultInserter<preserveNames>::InsertHelper(
103         I, Name.isTriviallyEmpty() ? Name : Prefix + Name, BB, InsertPt);
104   }
105 };
106
107 // Specialization for not preserving the name is trivial.
108 template <>
109 class IRBuilderPrefixedInserter<false> :
110     public IRBuilderDefaultInserter<false> {
111 public:
112   void SetNamePrefix(const Twine &P) {}
113 };
114
115 /// \brief Provide a typedef for IRBuilder that drops names in release builds.
116 #ifndef NDEBUG
117 typedef llvm::IRBuilder<true, ConstantFolder,
118                         IRBuilderPrefixedInserter<true> > IRBuilderTy;
119 #else
120 typedef llvm::IRBuilder<false, ConstantFolder,
121                         IRBuilderPrefixedInserter<false> > IRBuilderTy;
122 #endif
123 }
124
125 namespace {
126 /// \brief A used slice of an alloca.
127 ///
128 /// This structure represents a slice of an alloca used by some instruction. It
129 /// stores both the begin and end offsets of this use, a pointer to the use
130 /// itself, and a flag indicating whether we can classify the use as splittable
131 /// or not when forming partitions of the alloca.
132 class Slice {
133   /// \brief The beginning offset of the range.
134   uint64_t BeginOffset;
135
136   /// \brief The ending offset, not included in the range.
137   uint64_t EndOffset;
138
139   /// \brief Storage for both the use of this slice and whether it can be
140   /// split.
141   PointerIntPair<Use *, 1, bool> UseAndIsSplittable;
142
143 public:
144   Slice() : BeginOffset(), EndOffset() {}
145   Slice(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U, bool IsSplittable)
146       : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset),
147         UseAndIsSplittable(U, IsSplittable) {}
148
149   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
150   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
151
152   bool isSplittable() const { return UseAndIsSplittable.getInt(); }
153   void makeUnsplittable() { UseAndIsSplittable.setInt(false); }
154
155   Use *getUse() const { return UseAndIsSplittable.getPointer(); }
156
157   bool isDead() const { return getUse() == 0; }
158   void kill() { UseAndIsSplittable.setPointer(0); }
159
160   /// \brief Support for ordering ranges.
161   ///
162   /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
163   /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
164   /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
165   /// same start position.
166   bool operator<(const Slice &RHS) const {
167     if (beginOffset() < RHS.beginOffset()) return true;
168     if (beginOffset() > RHS.beginOffset()) return false;
169     if (isSplittable() != RHS.isSplittable()) return !isSplittable();
170     if (endOffset() > RHS.endOffset()) return true;
171     return false;
172   }
173
174   /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
175   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(const Slice &LHS,
176                                               uint64_t RHSOffset) {
177     return LHS.beginOffset() < RHSOffset;
178   }
179   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
180                                               const Slice &RHS) {
181     return LHSOffset < RHS.beginOffset();
182   }
183
184   bool operator==(const Slice &RHS) const {
185     return isSplittable() == RHS.isSplittable() &&
186            beginOffset() == RHS.beginOffset() && endOffset() == RHS.endOffset();
187   }
188   bool operator!=(const Slice &RHS) const { return !operator==(RHS); }
189 };
190 } // end anonymous namespace
191
192 namespace llvm {
193 template <typename T> struct isPodLike;
194 template <> struct isPodLike<Slice> {
195    static const bool value = true;
196 };
197 }
198
199 namespace {
200 /// \brief Representation of the alloca slices.
201 ///
202 /// This class represents the slices of an alloca which are formed by its
203 /// various uses. If a pointer escapes, we can't fully build a representation
204 /// for the slices used and we reflect that in this structure. The uses are
205 /// stored, sorted by increasing beginning offset and with unsplittable slices
206 /// starting at a particular offset before splittable slices.
207 class AllocaSlices {
208 public:
209   /// \brief Construct the slices of a particular alloca.
210   AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI);
211
212   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
213   ///
214   /// If this is true, the slices are never fully built and should be
215   /// ignored.
216   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
217
218   /// \brief Support for iterating over the slices.
219   /// @{
220   typedef SmallVectorImpl<Slice>::iterator iterator;
221   iterator begin() { return Slices.begin(); }
222   iterator end() { return Slices.end(); }
223
224   typedef SmallVectorImpl<Slice>::const_iterator const_iterator;
225   const_iterator begin() const { return Slices.begin(); }
226   const_iterator end() const { return Slices.end(); }
227   /// @}
228
229   /// \brief Allow iterating the dead users for this alloca.
230   ///
231   /// These are instructions which will never actually use the alloca as they
232   /// are outside the allocated range. They are safe to replace with undef and
233   /// delete.
234   /// @{
235   typedef SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator dead_user_iterator;
236   dead_user_iterator dead_user_begin() const { return DeadUsers.begin(); }
237   dead_user_iterator dead_user_end() const { return DeadUsers.end(); }
238   /// @}
239
240   /// \brief Allow iterating the dead expressions referring to this alloca.
241   ///
242   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
243   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
244   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
245   /// need to replace with undef.
246   /// @{
247   typedef SmallVectorImpl<Use *>::const_iterator dead_op_iterator;
248   dead_op_iterator dead_op_begin() const { return DeadOperands.begin(); }
249   dead_op_iterator dead_op_end() const { return DeadOperands.end(); }
250   /// @}
251
252 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
253   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
254   void printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
255                   StringRef Indent = "  ") const;
256   void printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
257                 StringRef Indent = "  ") const;
258   void print(raw_ostream &OS) const;
259   void dump(const_iterator I) const;
260   void dump() const;
261 #endif
262
263 private:
264   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
265   class SliceBuilder;
266   friend class AllocaSlices::SliceBuilder;
267
268 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
269   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
270   AllocaInst &AI;
271 #endif
272
273   /// \brief The instruction responsible for this alloca not having a known set
274   /// of slices.
275   ///
276   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
277   /// store a pointer to that here and abort trying to form slices of the
278   /// alloca. This will be null if the alloca slices are analyzed successfully.
279   Instruction *PointerEscapingInstr;
280
281   /// \brief The slices of the alloca.
282   ///
283   /// We store a vector of the slices formed by uses of the alloca here. This
284   /// vector is sorted by increasing begin offset, and then the unsplittable
285   /// slices before the splittable ones. See the Slice inner class for more
286   /// details.
287   SmallVector<Slice, 8> Slices;
288
289   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
290   ///
291   /// Note that these are not separated by slice. This is because we expect an
292   /// alloca to be completely rewritten or not rewritten at all. If rewritten,
293   /// all these instructions can simply be removed and replaced with undef as
294   /// they come from outside of the allocated space.
295   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
296
297   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
298   ///
299   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
300   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
301   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
302   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
303   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
304   /// the alloca.
305   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
306 };
307 }
308
309 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
310   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
311   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
312   // early on.
313   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
314     return SI.getOperand(1+CI->isZero());
315   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
316     return SI.getOperand(1);
317
318   return 0;
319 }
320
321 /// \brief Builder for the alloca slices.
322 ///
323 /// This class builds a set of alloca slices by recursively visiting the uses
324 /// of an alloca and making a slice for each load and store at each offset.
325 class AllocaSlices::SliceBuilder : public PtrUseVisitor<SliceBuilder> {
326   friend class PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
327   friend class InstVisitor<SliceBuilder>;
328   typedef PtrUseVisitor<SliceBuilder> Base;
329
330   const uint64_t AllocSize;
331   AllocaSlices &S;
332
333   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferSliceMap;
334   SmallDenseMap<Instruction *, uint64_t> PHIOrSelectSizes;
335
336   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
337   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
338
339 public:
340   SliceBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaSlices &S)
341       : PtrUseVisitor<SliceBuilder>(DL),
342         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())), S(S) {}
343
344 private:
345   void markAsDead(Instruction &I) {
346     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
347       S.DeadUsers.push_back(&I);
348   }
349
350   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
351                  bool IsSplittable = false) {
352     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
353     // past the end of the allocation.
354     if (Size == 0 || Offset.isNegative() || Offset.uge(AllocSize)) {
355       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
356                    << " which has zero size or starts outside of the "
357                    << AllocSize << " byte alloca:\n"
358                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
359                    << "       use: " << I << "\n");
360       return markAsDead(I);
361     }
362
363     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
364     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
365
366     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
367     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
368     // This may appear superficially to be something we could ignore entirely,
369     // but that is not so! There may be widened loads or PHI-node uses where
370     // some instructions are dead but not others. We can't completely ignore
371     // them, and so have to record at least the information here.
372     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
373     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
374       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
375                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
376                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
377                    << "       use: " << I << "\n");
378       EndOffset = AllocSize;
379     }
380
381     S.Slices.push_back(Slice(BeginOffset, EndOffset, U, IsSplittable));
382   }
383
384   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
385     if (BC.use_empty())
386       return markAsDead(BC);
387
388     return Base::visitBitCastInst(BC);
389   }
390
391   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
392     if (GEPI.use_empty())
393       return markAsDead(GEPI);
394
395     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
396   }
397
398   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
399                          uint64_t Size, bool IsVolatile) {
400     // We allow splitting of loads and stores where the type is an integer type
401     // and cover the entire alloca. This prevents us from splitting over
402     // eagerly.
403     // FIXME: In the great blue eventually, we should eagerly split all integer
404     // loads and stores, and then have a separate step that merges adjacent
405     // alloca partitions into a single partition suitable for integer widening.
406     // Or we should skip the merge step and rely on GVN and other passes to
407     // merge adjacent loads and stores that survive mem2reg.
408     bool IsSplittable =
409         Ty->isIntegerTy() && !IsVolatile && Offset == 0 && Size >= AllocSize;
410
411     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
412   }
413
414   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
415     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
416            "All simple FCA loads should have been pre-split");
417
418     if (!IsOffsetKnown)
419       return PI.setAborted(&LI);
420
421     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI.getType());
422     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, Size, LI.isVolatile());
423   }
424
425   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
426     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
427     if (ValOp == *U)
428       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
429     if (!IsOffsetKnown)
430       return PI.setAborted(&SI);
431
432     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(ValOp->getType());
433
434     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
435     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
436     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
437     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
438     // risk of overflow.
439     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
440     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
441     if (Offset.isNegative() || Size > AllocSize ||
442         Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
443       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte store @" << Offset
444                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
445                    << " byte alloca:\n"
446                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
447                    << "       use: " << SI << "\n");
448       return markAsDead(SI);
449     }
450
451     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
452            "All simple FCA stores should have been pre-split");
453     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, Size, SI.isVolatile());
454   }
455
456
457   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
458     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
459     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
460     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
461         (IsOffsetKnown && !Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize)))
462       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
463       return markAsDead(II);
464
465     if (!IsOffsetKnown)
466       return PI.setAborted(&II);
467
468     insertUse(II, Offset,
469               Length ? Length->getLimitedValue()
470                      : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
471               (bool)Length);
472   }
473
474   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
475     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
476     if (Length && Length->getValue() == 0)
477       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
478       return markAsDead(II);
479
480     // Because we can visit these intrinsics twice, also check to see if the
481     // first time marked this instruction as dead. If so, skip it.
482     if (VisitedDeadInsts.count(&II))
483       return;
484
485     if (!IsOffsetKnown)
486       return PI.setAborted(&II);
487
488     // This side of the transfer is completely out-of-bounds, and so we can
489     // nuke the entire transfer. However, we also need to nuke the other side
490     // if already added to our partitions.
491     // FIXME: Yet another place we really should bypass this when
492     // instrumenting for ASan.
493     if (!Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize)) {
494       SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI = MemTransferSliceMap.find(&II);
495       if (MTPI != MemTransferSliceMap.end())
496         S.Slices[MTPI->second].kill();
497       return markAsDead(II);
498     }
499
500     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
501     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue()
502                            : AllocSize - RawOffset;
503
504     // Check for the special case where the same exact value is used for both
505     // source and dest.
506     if (*U == II.getRawDest() && *U == II.getRawSource()) {
507       // For non-volatile transfers this is a no-op.
508       if (!II.isVolatile())
509         return markAsDead(II);
510
511       return insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/false);
512     }
513
514     // If we have seen both source and destination for a mem transfer, then
515     // they both point to the same alloca.
516     bool Inserted;
517     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI;
518     llvm::tie(MTPI, Inserted) =
519         MemTransferSliceMap.insert(std::make_pair(&II, S.Slices.size()));
520     unsigned PrevIdx = MTPI->second;
521     if (!Inserted) {
522       Slice &PrevP = S.Slices[PrevIdx];
523
524       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
525       // In that case, we can completely elide the transfer.
526       if (!II.isVolatile() && PrevP.beginOffset() == RawOffset) {
527         PrevP.kill();
528         return markAsDead(II);
529       }
530
531       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
532       // split those.
533       PrevP.makeUnsplittable();
534     }
535
536     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
537     insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/Inserted && Length);
538
539     // Check that we ended up with a valid index in the map.
540     assert(S.Slices[PrevIdx].getUse()->getUser() == &II &&
541            "Map index doesn't point back to a slice with this user.");
542   }
543
544   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
545   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
546   // doesn't make sense.
547   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
548     if (!IsOffsetKnown)
549       return PI.setAborted(&II);
550
551     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
552         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
553       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
554       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
555                                Length->getLimitedValue());
556       insertUse(II, Offset, Size, true);
557       return;
558     }
559
560     Base::visitIntrinsicInst(II);
561   }
562
563   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
564     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
565     // the same offset to be a viable use for slicing purposes. These uses
566     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
567     // size.
568     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
569     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
570     Visited.insert(Root);
571     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
572     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
573     // a size zero access.
574     Size = 0;
575     do {
576       Instruction *I, *UsedI;
577       llvm::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
578
579       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
580         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(LI->getType()));
581         continue;
582       }
583       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
584         Value *Op = SI->getOperand(0);
585         if (Op == UsedI)
586           return SI;
587         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(Op->getType()));
588         continue;
589       }
590
591       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
592         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
593           return GEP;
594       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
595                  !isa<SelectInst>(I)) {
596         return I;
597       }
598
599       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end(); UI != UE;
600            ++UI)
601         if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
602           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(*UI)));
603     } while (!Uses.empty());
604
605     return 0;
606   }
607
608   void visitPHINode(PHINode &PN) {
609     if (PN.use_empty())
610       return markAsDead(PN);
611     if (!IsOffsetKnown)
612       return PI.setAborted(&PN);
613
614     // See if we already have computed info on this node.
615     uint64_t &PHISize = PHIOrSelectSizes[&PN];
616     if (!PHISize) {
617       // This is a new PHI node, check for an unsafe use of the PHI node.
618       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&PN, PHISize))
619         return PI.setAborted(UnsafeI);
620     }
621
622     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
623     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
624     // case them here and use a separate structure to track the operands
625     // themselves which should be replaced with undef.
626     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
627     // for address sanitization.
628     if ((Offset.isNegative() && (-Offset).uge(PHISize)) ||
629         (!Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize))) {
630       S.DeadOperands.push_back(U);
631       return;
632     }
633
634     insertUse(PN, Offset, PHISize);
635   }
636
637   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
638     if (SI.use_empty())
639       return markAsDead(SI);
640     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
641       if (Result == *U)
642         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
643         // through the select as if we had RAUW'ed it.
644         enqueueUsers(SI);
645       else
646         // Otherwise the operand to the select is dead, and we can replace it
647         // with undef.
648         S.DeadOperands.push_back(U);
649
650       return;
651     }
652     if (!IsOffsetKnown)
653       return PI.setAborted(&SI);
654
655     // See if we already have computed info on this node.
656     uint64_t &SelectSize = PHIOrSelectSizes[&SI];
657     if (!SelectSize) {
658       // This is a new Select, check for an unsafe use of it.
659       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&SI, SelectSize))
660         return PI.setAborted(UnsafeI);
661     }
662
663     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
664     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
665     // case them here and use a separate structure to track the operands
666     // themselves which should be replaced with undef.
667     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
668     // for address sanitization.
669     if ((Offset.isNegative() && Offset.uge(SelectSize)) ||
670         (!Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize))) {
671       S.DeadOperands.push_back(U);
672       return;
673     }
674
675     insertUse(SI, Offset, SelectSize);
676   }
677
678   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
679   void visitInstruction(Instruction &I) {
680     PI.setAborted(&I);
681   }
682 };
683
684 AllocaSlices::AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI)
685     :
686 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
687       AI(AI),
688 #endif
689       PointerEscapingInstr(0) {
690   SliceBuilder PB(DL, AI, *this);
691   SliceBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
692   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
693     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
694     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaSlices.
695     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
696                                                   : PtrI.getAbortingInst();
697     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
698     return;
699   }
700
701   Slices.erase(std::remove_if(Slices.begin(), Slices.end(),
702                               std::mem_fun_ref(&Slice::isDead)),
703                Slices.end());
704
705 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
706   if (SROARandomShuffleSlices) {
707     std::mt19937 MT(static_cast<unsigned>(sys::TimeValue::now().msec()));
708     std::shuffle(Slices.begin(), Slices.end(), MT);
709   }
710 #endif
711
712   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
713   // and the sizes to be in descending order.
714   std::sort(Slices.begin(), Slices.end());
715 }
716
717 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
718
719 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
720                          StringRef Indent) const {
721   printSlice(OS, I, Indent);
722   printUse(OS, I, Indent);
723 }
724
725 void AllocaSlices::printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
726                               StringRef Indent) const {
727   OS << Indent << "[" << I->beginOffset() << "," << I->endOffset() << ")"
728      << " slice #" << (I - begin())
729      << (I->isSplittable() ? " (splittable)" : "") << "\n";
730 }
731
732 void AllocaSlices::printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
733                             StringRef Indent) const {
734   OS << Indent << "  used by: " << *I->getUse()->getUser() << "\n";
735 }
736
737 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS) const {
738   if (PointerEscapingInstr) {
739     OS << "Can't analyze slices for alloca: " << AI << "\n"
740        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
741        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
742     return;
743   }
744
745   OS << "Slices of alloca: " << AI << "\n";
746   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
747     print(OS, I);
748 }
749
750 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump(const_iterator I) const {
751   print(dbgs(), I);
752 }
753 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump() const { print(dbgs()); }
754
755 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
756
757 namespace {
758 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
759 ///
760 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
761 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
762 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
763 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
764 /// scalar values.
765 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
766   AllocaInst &AI;
767   DIBuilder &DIB;
768
769   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
770   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
771
772 public:
773   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction *> &Insts, SSAUpdater &S,
774                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
775       : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
776
777   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
778     // Retain the debug information attached to the alloca for use when
779     // rewriting loads and stores.
780     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
781       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
782                                UE = DebugNode->use_end();
783            UI != UE; ++UI)
784         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
785           DDIs.push_back(DDI);
786         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
787           DVIs.push_back(DVI);
788     }
789
790     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
791
792     // While we have the debug information, clear it off of the alloca. The
793     // caller takes care of deleting the alloca.
794     while (!DDIs.empty())
795       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
796     while (!DVIs.empty())
797       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
798   }
799
800   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
801                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
802     Value *Ptr;
803     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
804       Ptr = LI->getOperand(0);
805     else
806       Ptr = cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
807
808     // Only used to detect cycles, which will be rare and quickly found as
809     // we're walking up a chain of defs rather than down through uses.
810     SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
811
812     do {
813       if (Ptr == &AI)
814         return true;
815
816       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Ptr))
817         Ptr = BCI->getOperand(0);
818       else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
819         Ptr = GEPI->getPointerOperand();
820       else
821         return false;
822
823     } while (Visited.insert(Ptr));
824
825     return false;
826   }
827
828   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
829     for (SmallVectorImpl<DbgDeclareInst *>::const_iterator I = DDIs.begin(),
830            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
831       DbgDeclareInst *DDI = *I;
832       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
833         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
834       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
835         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
836     }
837     for (SmallVectorImpl<DbgValueInst *>::const_iterator I = DVIs.begin(),
838            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
839       DbgValueInst *DVI = *I;
840       Value *Arg = 0;
841       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
842         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
843         // may be zapped by an optimization pass in future.
844         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
845           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
846         else if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
847           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
848         if (!Arg)
849           Arg = SI->getValueOperand();
850       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
851         Arg = LI->getPointerOperand();
852       } else {
853         continue;
854       }
855       Instruction *DbgVal =
856         DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
857                                      Inst);
858       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
859     }
860   }
861 };
862 } // end anon namespace
863
864
865 namespace {
866 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
867 ///
868 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
869 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
870 /// a few steps to this process.
871 ///
872 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
873 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
874 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
875 ///    as necessary and try to isolate individual scalar accesses.
876 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
877 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
878 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
879 ///    select to be a PHI or select of the results.
880 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
881 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
882 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
883 ///    SSA vector values.
884 class SROA : public FunctionPass {
885   const bool RequiresDomTree;
886
887   LLVMContext *C;
888   const DataLayout *DL;
889   DominatorTree *DT;
890
891   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
892   ///
893   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
894   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
895   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
896   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
897   /// already present to ensure it is re-visited.
898   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
899
900   /// \brief A collection of instructions to delete.
901   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
902   /// efficient.
903   SetVector<Instruction *, SmallVector<Instruction *, 8> > DeadInsts;
904
905   /// \brief Post-promotion worklist.
906   ///
907   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
908   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
909   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
910   ///
911   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
912   /// the event they are deleted.
913   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
914
915   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
916   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
917
918   /// \brief A worklist of PHIs to speculate prior to promoting allocas.
919   ///
920   /// All of these PHIs have been checked for the safety of speculation and by
921   /// being speculated will allow promoting allocas currently in the promotable
922   /// queue.
923   SetVector<PHINode *, SmallVector<PHINode *, 2> > SpeculatablePHIs;
924
925   /// \brief A worklist of select instructions to speculate prior to promoting
926   /// allocas.
927   ///
928   /// All of these select instructions have been checked for the safety of
929   /// speculation and by being speculated will allow promoting allocas
930   /// currently in the promotable queue.
931   SetVector<SelectInst *, SmallVector<SelectInst *, 2> > SpeculatableSelects;
932
933 public:
934   SROA(bool RequiresDomTree = true)
935       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
936         C(0), DL(0), DT(0) {
937     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
938   }
939   bool runOnFunction(Function &F);
940   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
941
942   const char *getPassName() const { return "SROA"; }
943   static char ID;
944
945 private:
946   friend class PHIOrSelectSpeculator;
947   friend class AllocaSliceRewriter;
948
949   bool rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S,
950                         AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
951                         int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
952                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses);
953   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S);
954   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
955   void clobberUse(Use &U);
956   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> &DeletedAllocas);
957   bool promoteAllocas(Function &F);
958 };
959 }
960
961 char SROA::ID = 0;
962
963 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
964   return new SROA(RequiresDomTree);
965 }
966
967 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
968                       false, false)
969 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
970 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
971                     false, false)
972
973 /// Walk the range of a partitioning looking for a common type to cover this
974 /// sequence of slices.
975 static Type *findCommonType(AllocaSlices::const_iterator B,
976                             AllocaSlices::const_iterator E,
977                             uint64_t EndOffset) {
978   Type *Ty = 0;
979   bool TyIsCommon = true;
980   IntegerType *ITy = 0;
981
982   // Note that we need to look at *every* alloca slice's Use to ensure we
983   // always get consistent results regardless of the order of slices.
984   for (AllocaSlices::const_iterator I = B; I != E; ++I) {
985     Use *U = I->getUse();
986     if (isa<IntrinsicInst>(*U->getUser()))
987       continue;
988     if (I->beginOffset() != B->beginOffset() || I->endOffset() != EndOffset)
989       continue;
990
991     Type *UserTy = 0;
992     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
993       UserTy = LI->getType();
994     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
995       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
996     }
997
998     if (!UserTy || (Ty && Ty != UserTy))
999       TyIsCommon = false; // Give up on anything but an iN type.
1000     else
1001       Ty = UserTy;
1002
1003     if (IntegerType *UserITy = dyn_cast_or_null<IntegerType>(UserTy)) {
1004       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
1005       // this for split integer operations where we want to use the type of the
1006       // entity causing the split. Also skip if the type is not a byte width
1007       // multiple.
1008       if (UserITy->getBitWidth() % 8 != 0 ||
1009           UserITy->getBitWidth() / 8 > (EndOffset - B->beginOffset()))
1010         continue;
1011
1012       // Track the largest bitwidth integer type used in this way in case there
1013       // is no common type.
1014       if (!ITy || ITy->getBitWidth() < UserITy->getBitWidth())
1015         ITy = UserITy;
1016     }
1017   }
1018
1019   return TyIsCommon ? Ty : ITy;
1020 }
1021
1022 /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1023 /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1024 /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1025 /// From this:
1026 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1027 ///   %V = load i32* %P2
1028 /// to:
1029 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1030 ///   ...
1031 ///   %V2 = load i32* %Other
1032 ///   ...
1033 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1034 ///
1035 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1036 /// to the select can be loaded unconditionally.
1037 ///
1038 /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1039 /// Transforms/Util/Local.h
1040 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN,
1041                                  const DataLayout *DL = 0) {
1042   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1043   // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1044   // TODO: Allow recursive phi users.
1045   // TODO: Allow stores.
1046   BasicBlock *BB = PN.getParent();
1047   unsigned MaxAlign = 0;
1048   bool HaveLoad = false;
1049   for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end(); UI != UE;
1050        ++UI) {
1051     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1052     if (LI == 0 || !LI->isSimple())
1053       return false;
1054
1055     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1056     // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1057     // a PHI.
1058     if (LI->getParent() != BB)
1059       return false;
1060
1061     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1062     // could store.
1063     for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1064       if (BBI->mayWriteToMemory())
1065         return false;
1066
1067     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1068     HaveLoad = true;
1069   }
1070
1071   if (!HaveLoad)
1072     return false;
1073
1074   // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1075   // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1076   // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1077   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1078     TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1079     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1080
1081     // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1082     // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1083     // in the predecessor.
1084     if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1085       return false;
1086
1087     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1088     // critical.
1089     if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1090       continue;
1091
1092     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1093     // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1094     // block.
1095     if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1096         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, DL))
1097       continue;
1098
1099     return false;
1100   }
1101
1102   return true;
1103 }
1104
1105 static void speculatePHINodeLoads(PHINode &PN) {
1106   DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1107
1108   Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1109   IRBuilderTy PHIBuilder(&PN);
1110   PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1111                                         PN.getName() + ".sroa.speculated");
1112
1113   // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1114   // matter which one we get and if any differ.
1115   LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(*PN.use_begin());
1116   MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1117   unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1118
1119   // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1120   while (!PN.use_empty()) {
1121     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(*PN.use_begin());
1122     LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1123     LI->eraseFromParent();
1124   }
1125
1126   // Inject loads into all of the pred blocks.
1127   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1128     BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1129     TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1130     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1131     IRBuilderTy PredBuilder(TI);
1132
1133     LoadInst *Load = PredBuilder.CreateLoad(
1134         InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." + Pred->getName()));
1135     ++NumLoadsSpeculated;
1136     Load->setAlignment(Align);
1137     if (TBAATag)
1138       Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1139     NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1140   }
1141
1142   DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1143   PN.eraseFromParent();
1144 }
1145
1146 /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1147 /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1148 /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1149 /// From this:
1150 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1151 ///   %V = load i32* %P2
1152 /// to:
1153 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1154 ///   %V2 = load i32* %Other
1155 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1156 ///
1157 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1158 /// to the select can be loaded unconditionally.
1159 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI, const DataLayout *DL = 0) {
1160   Value *TValue = SI.getTrueValue();
1161   Value *FValue = SI.getFalseValue();
1162   bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
1163   bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
1164
1165   for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end(); UI != UE;
1166        ++UI) {
1167     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1168     if (LI == 0 || !LI->isSimple())
1169       return false;
1170
1171     // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1172     // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1173     // accesses to it.
1174     if (!TDerefable &&
1175         !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1176       return false;
1177     if (!FDerefable &&
1178         !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1179       return false;
1180   }
1181
1182   return true;
1183 }
1184
1185 static void speculateSelectInstLoads(SelectInst &SI) {
1186   DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1187
1188   IRBuilderTy IRB(&SI);
1189   Value *TV = SI.getTrueValue();
1190   Value *FV = SI.getFalseValue();
1191   // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1192   while (!SI.use_empty()) {
1193     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(*SI.use_begin());
1194     assert(LI->isSimple() && "We only speculate simple loads");
1195
1196     IRB.SetInsertPoint(LI);
1197     LoadInst *TL =
1198         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1199     LoadInst *FL =
1200         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1201     NumLoadsSpeculated += 2;
1202
1203     // Transfer alignment and TBAA info if present.
1204     TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1205     FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1206     if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1207       TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1208       FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1209     }
1210
1211     Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1212                                 LI->getName() + ".sroa.speculated");
1213
1214     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1215     LI->replaceAllUsesWith(V);
1216     LI->eraseFromParent();
1217   }
1218   SI.eraseFromParent();
1219 }
1220
1221 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1222 ///
1223 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1224 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1225 static Value *buildGEP(IRBuilderTy &IRB, Value *BasePtr,
1226                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices, Twine NamePrefix) {
1227   if (Indices.empty())
1228     return BasePtr;
1229
1230   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1231   // in that case.
1232   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1233     return BasePtr;
1234
1235   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, NamePrefix + "sroa_idx");
1236 }
1237
1238 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1239 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1240 ///
1241 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1242 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1243 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1244 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1245 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1246 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1247 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1248                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1249                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1250                                     Twine NamePrefix) {
1251   if (Ty == TargetTy)
1252     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1253
1254   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1255   // type.
1256   unsigned NumLayers = 0;
1257   Type *ElementTy = Ty;
1258   do {
1259     if (ElementTy->isPointerTy())
1260       break;
1261     if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
1262       ElementTy = SeqTy->getElementType();
1263       // Note that we use the default address space as this index is over an
1264       // array or a vector, not a pointer.
1265       Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(DL.getPointerSizeInBits(0), 0)));
1266     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1267       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1268         break; // Nothing left to descend into.
1269       ElementTy = *STy->element_begin();
1270       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1271     } else {
1272       break;
1273     }
1274     ++NumLayers;
1275   } while (ElementTy != TargetTy);
1276   if (ElementTy != TargetTy)
1277     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1278
1279   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1280 }
1281
1282 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1283 ///
1284 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1285 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1286 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1287                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1288                                        Type *TargetTy,
1289                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1290                                        Twine NamePrefix) {
1291   if (Offset == 0)
1292     return getNaturalGEPWithType(IRB, DL, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1293
1294   // We can't recurse through pointer types.
1295   if (Ty->isPointerTy())
1296     return 0;
1297
1298   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1299   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1300   // over a vector from the IR completely.
1301   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1302     unsigned ElementSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1303     if (ElementSizeInBits % 8)
1304       return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1305     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1306     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1307     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1308       return 0;
1309     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1310     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1311     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, VecTy->getElementType(),
1312                                     Offset, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1313   }
1314
1315   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1316     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1317     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1318     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1319     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1320       return 0;
1321
1322     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1323     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1324     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1325                                     Indices, NamePrefix);
1326   }
1327
1328   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1329   if (!STy)
1330     return 0;
1331
1332   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1333   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1334   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1335     return 0;
1336   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1337   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1338   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1339   if (Offset.uge(DL.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1340     return 0; // The offset points into alignment padding.
1341
1342   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1343   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1344                                   Indices, NamePrefix);
1345 }
1346
1347 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1348 /// resulting in a particular type.
1349 ///
1350 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1351 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1352 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1353 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1354 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1355 ///
1356 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1357 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1358                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1359                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1360                                       Twine NamePrefix) {
1361   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1362
1363   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1364   // an i8.
1365   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
1366     return 0;
1367
1368   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1369   if (!ElementTy->isSized())
1370     return 0; // We can't GEP through an unsized element.
1371   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1372   if (ElementSize == 0)
1373     return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1374   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1375
1376   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1377   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1378   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1379                                   Indices, NamePrefix);
1380 }
1381
1382 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1383 /// resulting pointer has PointerTy.
1384 ///
1385 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1386 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1387 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1388 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1389 /// bitcast to the type.
1390 ///
1391 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1392 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1393 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1394 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1395 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1396 /// surrounding code.
1397 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL, Value *Ptr,
1398                              APInt Offset, Type *PointerTy,
1399                              Twine NamePrefix) {
1400   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1401   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1402   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1403   Visited.insert(Ptr);
1404   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1405
1406   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1407   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1408   // fall back to it, so keep it around here.
1409   Value *OffsetPtr = 0;
1410
1411   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1412   // byte offset.
1413   Value *Int8Ptr = 0;
1414   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1415
1416   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1417
1418   do {
1419     // First fold any existing GEPs into the offset.
1420     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1421       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1422       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
1423         break;
1424       Offset += GEPOffset;
1425       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1426       if (!Visited.insert(Ptr))
1427         break;
1428     }
1429
1430     // See if we can perform a natural GEP here.
1431     Indices.clear();
1432     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, DL, Ptr, Offset, TargetTy,
1433                                            Indices, NamePrefix)) {
1434       if (P->getType() == PointerTy) {
1435         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1436         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1437           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1438             I->eraseFromParent();
1439         return P;
1440       }
1441       if (!OffsetPtr) {
1442         OffsetPtr = P;
1443       }
1444     }
1445
1446     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1447     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1448       Int8Ptr = Ptr;
1449       Int8PtrOffset = Offset;
1450     }
1451
1452     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1453     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1454       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1455     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1456       if (GA->mayBeOverridden())
1457         break;
1458       Ptr = GA->getAliasee();
1459     } else {
1460       break;
1461     }
1462     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1463   } while (Visited.insert(Ptr));
1464
1465   if (!OffsetPtr) {
1466     if (!Int8Ptr) {
1467       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
1468                                   NamePrefix + "sroa_raw_cast");
1469       Int8PtrOffset = Offset;
1470     }
1471
1472     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1473       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1474                             NamePrefix + "sroa_raw_idx");
1475   }
1476   Ptr = OffsetPtr;
1477
1478   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1479   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1480     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, NamePrefix + "sroa_cast");
1481
1482   return Ptr;
1483 }
1484
1485 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1486 ///
1487 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1488 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1489 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1490 /// underlying value, and convert that value.
1491 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1492   if (OldTy == NewTy)
1493     return true;
1494   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1495     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1496       if (NewITy->getBitWidth() >= OldITy->getBitWidth())
1497         return true;
1498   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1499     return false;
1500   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1501     return false;
1502
1503   // We can convert pointers to integers and vice-versa. Same for vectors
1504   // of pointers and integers.
1505   OldTy = OldTy->getScalarType();
1506   NewTy = NewTy->getScalarType();
1507   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1508     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
1509       return true;
1510     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
1511       return true;
1512     return false;
1513   }
1514
1515   return true;
1516 }
1517
1518 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1519 /// type.
1520 ///
1521 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1522 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1523 /// two types for viability with this routine.
1524 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1525                            Type *NewTy) {
1526   Type *OldTy = V->getType();
1527   assert(canConvertValue(DL, OldTy, NewTy) && "Value not convertable to type");
1528
1529   if (OldTy == NewTy)
1530     return V;
1531
1532   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1533     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1534       if (NewITy->getBitWidth() > OldITy->getBitWidth())
1535         return IRB.CreateZExt(V, NewITy);
1536
1537   // See if we need inttoptr for this type pair. A cast involving both scalars
1538   // and vectors requires and additional bitcast.
1539   if (OldTy->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1540       NewTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
1541     // Expand <2 x i32> to i8* --> <2 x i32> to i64 to i8*
1542     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1543       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1544                                 NewTy);
1545
1546     // Expand i128 to <2 x i8*> --> i128 to <2 x i64> to <2 x i8*>
1547     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1548       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1549                                 NewTy);
1550
1551     return IRB.CreateIntToPtr(V, NewTy);
1552   }
1553
1554   // See if we need ptrtoint for this type pair. A cast involving both scalars
1555   // and vectors requires and additional bitcast.
1556   if (OldTy->getScalarType()->isPointerTy() &&
1557       NewTy->getScalarType()->isIntegerTy()) {
1558     // Expand <2 x i8*> to i128 --> <2 x i8*> to <2 x i64> to i128
1559     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1560       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1561                                NewTy);
1562
1563     // Expand i8* to <2 x i32> --> i8* to i64 to <2 x i32>
1564     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1565       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1566                                NewTy);
1567
1568     return IRB.CreatePtrToInt(V, NewTy);
1569   }
1570
1571   return IRB.CreateBitCast(V, NewTy);
1572 }
1573
1574 /// \brief Test whether the given slice use can be promoted to a vector.
1575 ///
1576 /// This function is called to test each entry in a partioning which is slated
1577 /// for a single slice.
1578 static bool isVectorPromotionViableForSlice(
1579     const DataLayout &DL, AllocaSlices &S, uint64_t SliceBeginOffset,
1580     uint64_t SliceEndOffset, VectorType *Ty, uint64_t ElementSize,
1581     AllocaSlices::const_iterator I) {
1582   // First validate the slice offsets.
1583   uint64_t BeginOffset =
1584       std::max(I->beginOffset(), SliceBeginOffset) - SliceBeginOffset;
1585   uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1586   if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1587       BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1588     return false;
1589   uint64_t EndOffset =
1590       std::min(I->endOffset(), SliceEndOffset) - SliceBeginOffset;
1591   uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1592   if (EndIndex * ElementSize != EndOffset || EndIndex > Ty->getNumElements())
1593     return false;
1594
1595   assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1596   uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1597   Type *SliceTy =
1598       (NumElements == 1) ? Ty->getElementType()
1599                          : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1600
1601   Type *SplitIntTy =
1602       Type::getIntNTy(Ty->getContext(), NumElements * ElementSize * 8);
1603
1604   Use *U = I->getUse();
1605
1606   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1607     if (MI->isVolatile())
1608       return false;
1609     if (!I->isSplittable())
1610       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1611   } else if (U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1612     // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1613     return false;
1614   } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1615     if (LI->isVolatile())
1616       return false;
1617     Type *LTy = LI->getType();
1618     if (SliceBeginOffset > I->beginOffset() ||
1619         SliceEndOffset < I->endOffset()) {
1620       assert(LTy->isIntegerTy());
1621       LTy = SplitIntTy;
1622     }
1623     if (!canConvertValue(DL, SliceTy, LTy))
1624       return false;
1625   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1626     if (SI->isVolatile())
1627       return false;
1628     Type *STy = SI->getValueOperand()->getType();
1629     if (SliceBeginOffset > I->beginOffset() ||
1630         SliceEndOffset < I->endOffset()) {
1631       assert(STy->isIntegerTy());
1632       STy = SplitIntTy;
1633     }
1634     if (!canConvertValue(DL, STy, SliceTy))
1635       return false;
1636   } else {
1637     return false;
1638   }
1639
1640   return true;
1641 }
1642
1643 /// \brief Test whether the given alloca partitioning and range of slices can be
1644 /// promoted to a vector.
1645 ///
1646 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1647 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1648 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1649 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1650 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1651 /// be promotable, so we have an early test here.
1652 static bool
1653 isVectorPromotionViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy, AllocaSlices &S,
1654                         uint64_t SliceBeginOffset, uint64_t SliceEndOffset,
1655                         AllocaSlices::const_iterator I,
1656                         AllocaSlices::const_iterator E,
1657                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1658   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
1659   if (!Ty)
1660     return false;
1661
1662   uint64_t ElementSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
1663
1664   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1665   // that aren't byte sized.
1666   if (ElementSize % 8)
1667     return false;
1668   assert((DL.getTypeSizeInBits(Ty) % 8) == 0 &&
1669          "vector size not a multiple of element size?");
1670   ElementSize /= 8;
1671
1672   for (; I != E; ++I)
1673     if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, S, SliceBeginOffset,
1674                                          SliceEndOffset, Ty, ElementSize, I))
1675       return false;
1676
1677   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
1678                                                         SUE = SplitUses.end();
1679        SUI != SUE; ++SUI)
1680     if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, S, SliceBeginOffset,
1681                                          SliceEndOffset, Ty, ElementSize, *SUI))
1682       return false;
1683
1684   return true;
1685 }
1686
1687 /// \brief Test whether a slice of an alloca is valid for integer widening.
1688 ///
1689 /// This implements the necessary checking for the \c isIntegerWideningViable
1690 /// test below on a single slice of the alloca.
1691 static bool isIntegerWideningViableForSlice(const DataLayout &DL,
1692                                             Type *AllocaTy,
1693                                             uint64_t AllocBeginOffset,
1694                                             uint64_t Size, AllocaSlices &S,
1695                                             AllocaSlices::const_iterator I,
1696                                             bool &WholeAllocaOp) {
1697   uint64_t RelBegin = I->beginOffset() - AllocBeginOffset;
1698   uint64_t RelEnd = I->endOffset() - AllocBeginOffset;
1699
1700   // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
1701   // the end of the aloca's type and into its padding.
1702   if (RelEnd > Size)
1703     return false;
1704
1705   Use *U = I->getUse();
1706
1707   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1708     if (LI->isVolatile())
1709       return false;
1710     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1711       WholeAllocaOp = true;
1712     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
1713       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1714         return false;
1715     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1716                !canConvertValue(DL, AllocaTy, LI->getType())) {
1717       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
1718       // they are promotable.
1719       return false;
1720     }
1721   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1722     Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
1723     if (SI->isVolatile())
1724       return false;
1725     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1726       WholeAllocaOp = true;
1727     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
1728       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1729         return false;
1730     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1731                !canConvertValue(DL, ValueTy, AllocaTy)) {
1732       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
1733       // they are promotable.
1734       return false;
1735     }
1736   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1737     if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
1738       return false;
1739     if (!I->isSplittable())
1740       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1741   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1742     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1743         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1744       return false;
1745   } else {
1746     return false;
1747   }
1748
1749   return true;
1750 }
1751
1752 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
1753 /// widened to promotable ones.
1754 ///
1755 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
1756 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
1757 /// promote the resulting alloca.
1758 static bool
1759 isIntegerWideningViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy,
1760                         uint64_t AllocBeginOffset, AllocaSlices &S,
1761                         AllocaSlices::const_iterator I,
1762                         AllocaSlices::const_iterator E,
1763                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1764   uint64_t SizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
1765   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
1766   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
1767     return false;
1768
1769   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
1770   if (SizeInBits != DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
1771     return false;
1772
1773   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
1774   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
1775   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
1776   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
1777   if (!canConvertValue(DL, AllocaTy, IntTy) ||
1778       !canConvertValue(DL, IntTy, AllocaTy))
1779     return false;
1780
1781   uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(AllocaTy);
1782
1783   // While examining uses, we ensure that the alloca has a covering load or
1784   // store. We don't want to widen the integer operations only to fail to
1785   // promote due to some other unsplittable entry (which we may make splittable
1786   // later). However, if there are only splittable uses, go ahead and assume
1787   // that we cover the alloca.
1788   bool WholeAllocaOp = (I != E) ? false : DL.isLegalInteger(SizeInBits);
1789
1790   for (; I != E; ++I)
1791     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1792                                          S, I, WholeAllocaOp))
1793       return false;
1794
1795   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
1796                                                         SUE = SplitUses.end();
1797        SUI != SUE; ++SUI)
1798     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1799                                          S, *SUI, WholeAllocaOp))
1800       return false;
1801
1802   return WholeAllocaOp;
1803 }
1804
1805 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1806                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
1807                              const Twine &Name) {
1808   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1809   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
1810   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1811          "Element extends past full value");
1812   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1813   if (DL.isBigEndian())
1814     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1815   if (ShAmt) {
1816     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
1817     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1818   }
1819   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1820          "Cannot extract to a larger integer!");
1821   if (Ty != IntTy) {
1822     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
1823     DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
1824   }
1825   return V;
1826 }
1827
1828 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *Old,
1829                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
1830   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
1831   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
1832   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1833          "Cannot insert a larger integer!");
1834   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1835   if (Ty != IntTy) {
1836     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
1837     DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
1838   }
1839   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1840          "Element store outside of alloca store");
1841   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1842   if (DL.isBigEndian())
1843     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1844   if (ShAmt) {
1845     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
1846     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1847   }
1848
1849   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
1850     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
1851     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
1852     DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
1853     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
1854     DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
1855   }
1856   return V;
1857 }
1858
1859 static Value *extractVector(IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1860                             unsigned BeginIndex, unsigned EndIndex,
1861                             const Twine &Name) {
1862   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
1863   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1864   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
1865
1866   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
1867     return V;
1868
1869   if (NumElements == 1) {
1870     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1871                                  Name + ".extract");
1872     DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
1873     return V;
1874   }
1875
1876   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1877   Mask.reserve(NumElements);
1878   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
1879     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
1880   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1881                               ConstantVector::get(Mask),
1882                               Name + ".extract");
1883   DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
1884   return V;
1885 }
1886
1887 static Value *insertVector(IRBuilderTy &IRB, Value *Old, Value *V,
1888                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
1889   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
1890   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
1891
1892   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
1893   if (!Ty) {
1894     // Single element to insert.
1895     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1896                                 Name + ".insert");
1897     DEBUG(dbgs() <<  "     insert: " << *V << "\n");
1898     return V;
1899   }
1900
1901   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
1902          "Too many elements!");
1903   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
1904     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
1905     return V;
1906   }
1907   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
1908
1909   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
1910   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
1911   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
1912   // incoming vector.
1913   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1914   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
1915   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1916     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
1917       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
1918     else
1919       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
1920   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1921                               ConstantVector::get(Mask),
1922                               Name + ".expand");
1923   DEBUG(dbgs() << "    shuffle: " << *V << "\n");
1924
1925   Mask.clear();
1926   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1927     Mask.push_back(IRB.getInt1(i >= BeginIndex && i < EndIndex));
1928
1929   V = IRB.CreateSelect(ConstantVector::get(Mask), V, Old, Name + "blend");
1930
1931   DEBUG(dbgs() << "    blend: " << *V << "\n");
1932   return V;
1933 }
1934
1935 namespace {
1936 /// \brief Visitor to rewrite instructions using p particular slice of an alloca
1937 /// to use a new alloca.
1938 ///
1939 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
1940 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
1941 /// lives here.
1942 class AllocaSliceRewriter : public InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> {
1943   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1944   friend class llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
1945   typedef llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> Base;
1946
1947   const DataLayout &DL;
1948   AllocaSlices &S;
1949   SROA &Pass;
1950   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
1951   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
1952   Type *NewAllocaTy;
1953
1954   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
1955   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
1956   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
1957   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
1958   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
1959   //     element.
1960   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
1961   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
1962   //     which are promotable via mem2reg.
1963   VectorType *VecTy;
1964   Type *ElementTy;
1965   uint64_t ElementSize;
1966
1967   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
1968   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
1969   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
1970   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
1971   IntegerType *IntTy;
1972
1973   // The offset of the slice currently being rewritten.
1974   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
1975   bool IsSplittable;
1976   bool IsSplit;
1977   Use *OldUse;
1978   Instruction *OldPtr;
1979
1980   // Track post-rewrite users which are PHI nodes and Selects.
1981   SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers;
1982   SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers;
1983
1984   // Utility IR builder, whose name prefix is setup for each visited use, and
1985   // the insertion point is set to point to the user.
1986   IRBuilderTy IRB;
1987
1988 public:
1989   AllocaSliceRewriter(const DataLayout &DL, AllocaSlices &S, SROA &Pass,
1990                       AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
1991                       uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset,
1992                       bool IsVectorPromotable, bool IsIntegerPromotable,
1993                       SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers,
1994                       SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers)
1995       : DL(DL), S(S), Pass(Pass), OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
1996         NewAllocaBeginOffset(NewBeginOffset), NewAllocaEndOffset(NewEndOffset),
1997         NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
1998         VecTy(IsVectorPromotable ? cast<VectorType>(NewAllocaTy) : 0),
1999         ElementTy(VecTy ? VecTy->getElementType() : 0),
2000         ElementSize(VecTy ? DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8 : 0),
2001         IntTy(IsIntegerPromotable
2002                   ? Type::getIntNTy(
2003                         NewAI.getContext(),
2004                         DL.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()))
2005                   : 0),
2006         BeginOffset(), EndOffset(), IsSplittable(), IsSplit(), OldUse(),
2007         OldPtr(), PHIUsers(PHIUsers), SelectUsers(SelectUsers),
2008         IRB(NewAI.getContext(), ConstantFolder()) {
2009     if (VecTy) {
2010       assert((DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) % 8) == 0 &&
2011              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2012       ++NumVectorized;
2013     }
2014     assert((!IsVectorPromotable && !IsIntegerPromotable) ||
2015            IsVectorPromotable != IsIntegerPromotable);
2016   }
2017
2018   bool visit(AllocaSlices::const_iterator I) {
2019     bool CanSROA = true;
2020     BeginOffset = I->beginOffset();
2021     EndOffset = I->endOffset();
2022     IsSplittable = I->isSplittable();
2023     IsSplit =
2024         BeginOffset < NewAllocaBeginOffset || EndOffset > NewAllocaEndOffset;
2025
2026     OldUse = I->getUse();
2027     OldPtr = cast<Instruction>(OldUse->get());
2028
2029     Instruction *OldUserI = cast<Instruction>(OldUse->getUser());
2030     IRB.SetInsertPoint(OldUserI);
2031     IRB.SetCurrentDebugLocation(OldUserI->getDebugLoc());
2032     IRB.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) + ".");
2033
2034     CanSROA &= visit(cast<Instruction>(OldUse->getUser()));
2035     if (VecTy || IntTy)
2036       assert(CanSROA);
2037     return CanSROA;
2038   }
2039
2040 private:
2041   // Make sure the other visit overloads are visible.
2042   using Base::visit;
2043
2044   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2045   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2046     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2047     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2048   }
2049
2050   Value *getAdjustedAllocaPtr(IRBuilderTy &IRB, uint64_t Offset,
2051                               Type *PointerTy) {
2052     assert(Offset >= NewAllocaBeginOffset);
2053 #ifndef NDEBUG
2054     StringRef OldName = OldPtr->getName();
2055     // Skip through the last '.sroa.' component of the name.
2056     size_t LastSROAPrefix = OldName.rfind(".sroa.");
2057     if (LastSROAPrefix != StringRef::npos) {
2058       OldName = OldName.substr(LastSROAPrefix + strlen(".sroa."));
2059       // Look for an SROA slice index.
2060       size_t IndexEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2061       if (IndexEnd != StringRef::npos && OldName[IndexEnd] == '.') {
2062         // Strip the index and look for the offset.
2063         OldName = OldName.substr(IndexEnd + 1);
2064         size_t OffsetEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2065         if (OffsetEnd != StringRef::npos && OldName[OffsetEnd] == '.')
2066           // Strip the offset.
2067           OldName = OldName.substr(OffsetEnd + 1);
2068       }
2069     }
2070     // Strip any SROA suffixes as well.
2071     OldName = OldName.substr(0, OldName.find(".sroa_"));
2072 #endif
2073     return getAdjustedPtr(IRB, DL, &NewAI, APInt(DL.getPointerSizeInBits(),
2074                                                  Offset - NewAllocaBeginOffset),
2075                           PointerTy,
2076 #ifndef NDEBUG
2077                           Twine(OldName) + "."
2078 #else
2079                           Twine()
2080 #endif
2081                           );
2082   }
2083
2084   /// \brief Compute suitable alignment to access an offset into the new alloca.
2085   unsigned getOffsetAlign(uint64_t Offset) {
2086     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2087     if (!NewAIAlign)
2088       NewAIAlign = DL.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2089     return MinAlign(NewAIAlign, Offset);
2090   }
2091
2092   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at an offset of the
2093   /// new alloca.
2094   ///
2095   /// \returns zero if the type's ABI alignment is a suitable alignment,
2096   /// otherwise returns the maximal suitable alignment.
2097   unsigned getOffsetTypeAlign(Type *Ty, uint64_t Offset) {
2098     unsigned Align = getOffsetAlign(Offset);
2099     return Align == DL.getABITypeAlignment(Ty) ? 0 : Align;
2100   }
2101
2102   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
2103     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2104     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2105     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2106     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2107     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2108     return Index;
2109   }
2110
2111   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2112     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2113     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2114       Pass.DeadInsts.insert(I);
2115   }
2116
2117   Value *rewriteVectorizedLoadInst(uint64_t NewBeginOffset,
2118                                    uint64_t NewEndOffset) {
2119     unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2120     unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2121     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2122
2123     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2124                                      "load");
2125     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2126   }
2127
2128   Value *rewriteIntegerLoad(LoadInst &LI, uint64_t NewBeginOffset,
2129                             uint64_t NewEndOffset) {
2130     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2131     assert(!LI.isVolatile());
2132     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2133                                      "load");
2134     V = convertValue(DL, IRB, V, IntTy);
2135     assert(NewBeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2136     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2137     if (Offset > 0 || NewEndOffset < NewAllocaEndOffset)
2138       V = extractInteger(DL, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2139                          "extract");
2140     return V;
2141   }
2142
2143   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2144     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2145     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2146     assert(OldOp == OldPtr);
2147
2148     // Compute the intersecting offset range.
2149     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2150     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2151     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2152     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2153
2154     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2155
2156     Type *TargetTy = IsSplit ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), Size * 8)
2157                              : LI.getType();
2158     bool IsPtrAdjusted = false;
2159     Value *V;
2160     if (VecTy) {
2161       V = rewriteVectorizedLoadInst(NewBeginOffset, NewEndOffset);
2162     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2163       V = rewriteIntegerLoad(LI, NewBeginOffset, NewEndOffset);
2164     } else if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2165                canConvertValue(DL, NewAllocaTy, LI.getType())) {
2166       V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2167                                 LI.isVolatile(), LI.getName());
2168     } else {
2169       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo();
2170       V = IRB.CreateAlignedLoad(
2171           getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, LTy),
2172           getOffsetTypeAlign(TargetTy, NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset),
2173           LI.isVolatile(), LI.getName());
2174       IsPtrAdjusted = true;
2175     }
2176     V = convertValue(DL, IRB, V, TargetTy);
2177
2178     if (IsSplit) {
2179       assert(!LI.isVolatile());
2180       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2181              "Only integer type loads and stores are split");
2182       assert(Size < DL.getTypeStoreSize(LI.getType()) &&
2183              "Split load isn't smaller than original load");
2184       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2185              DL.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2186              "Non-byte-multiple bit width");
2187       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2188       IRB.SetInsertPoint(llvm::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2189       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2190       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2191       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2192       // LI only used for this computation.
2193       Value *Placeholder
2194         = new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo()));
2195       V = insertInteger(DL, IRB, Placeholder, V, NewBeginOffset,
2196                         "insert");
2197       LI.replaceAllUsesWith(V);
2198       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2199       delete Placeholder;
2200     } else {
2201       LI.replaceAllUsesWith(V);
2202     }
2203
2204     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2205     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2206     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2207     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2208   }
2209
2210   bool rewriteVectorizedStoreInst(Value *V, StoreInst &SI, Value *OldOp,
2211                                   uint64_t NewBeginOffset,
2212                                   uint64_t NewEndOffset) {
2213     if (V->getType() != VecTy) {
2214       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2215       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2216       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2217       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2218       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2219       Type *SliceTy =
2220           (NumElements == 1) ? ElementTy
2221                              : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2222       if (V->getType() != SliceTy)
2223         V = convertValue(DL, IRB, V, SliceTy);
2224
2225       // Mix in the existing elements.
2226       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2227                                          "load");
2228       V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, "vec");
2229     }
2230     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2231     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2232
2233     (void)Store;
2234     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2235     return true;
2236   }
2237
2238   bool rewriteIntegerStore(Value *V, StoreInst &SI,
2239                            uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset) {
2240     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2241     assert(!SI.isVolatile());
2242     if (DL.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2243       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2244                                          "oldload");
2245       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2246       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2247       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2248       V = insertInteger(DL, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset,
2249                         "insert");
2250     }
2251     V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2252     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2253     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2254     (void)Store;
2255     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2256     return true;
2257   }
2258
2259   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2260     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2261     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2262     assert(OldOp == OldPtr);
2263
2264     Value *V = SI.getValueOperand();
2265
2266     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2267     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2268     if (V->getType()->isPointerTy())
2269       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2270         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2271
2272     // Compute the intersecting offset range.
2273     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2274     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2275     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2276     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2277
2278     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2279     if (Size < DL.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2280       assert(!SI.isVolatile());
2281       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2282              "Only integer type loads and stores are split");
2283       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2284              DL.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2285              "Non-byte-multiple bit width");
2286       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), Size * 8);
2287       V = extractInteger(DL, IRB, V, NarrowTy, NewBeginOffset,
2288                          "extract");
2289     }
2290
2291     if (VecTy)
2292       return rewriteVectorizedStoreInst(V, SI, OldOp, NewBeginOffset,
2293                                         NewEndOffset);
2294     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2295       return rewriteIntegerStore(V, SI, NewBeginOffset, NewEndOffset);
2296
2297     StoreInst *NewSI;
2298     if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2299         NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2300         canConvertValue(DL, V->getType(), NewAllocaTy)) {
2301       V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2302       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2303                                      SI.isVolatile());
2304     } else {
2305       Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset,
2306                                            V->getType()->getPointerTo());
2307       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(
2308           V, NewPtr, getOffsetTypeAlign(V->getType(),
2309                                         NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset),
2310           SI.isVolatile());
2311     }
2312     (void)NewSI;
2313     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2314     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2315
2316     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2317     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2318   }
2319
2320   /// \brief Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2321   /// number of bytes.
2322   ///
2323   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2324   /// call this routine.
2325   /// FIXME: Heed the advice above.
2326   ///
2327   /// \param V The i8 value to splat.
2328   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2329   Value *getIntegerSplat(Value *V, unsigned Size) {
2330     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2331     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2332     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2333     if (Size == 1)
2334       return V;
2335
2336     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size*8);
2337     V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, "zext"),
2338                       ConstantExpr::getUDiv(
2339                         Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2340                         ConstantExpr::getZExt(
2341                           Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2342                           SplatIntTy)),
2343                       "isplat");
2344     return V;
2345   }
2346
2347   /// \brief Compute a vector splat for a given element value.
2348   Value *getVectorSplat(Value *V, unsigned NumElements) {
2349     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, "vsplat");
2350     DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2351     return V;
2352   }
2353
2354   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2355     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2356     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2357
2358     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2359     // pointer to the new alloca.
2360     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2361       assert(!IsSplit);
2362       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset);
2363       II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset, OldPtr->getType()));
2364       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2365       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getOffsetAlign(BeginOffset)));
2366
2367       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2368       return false;
2369     }
2370
2371     // Record this instruction for deletion.
2372     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2373
2374     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2375     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2376
2377     // Compute the intersecting offset range.
2378     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2379     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2380     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2381     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2382     uint64_t SliceOffset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2383
2384     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2385     // a single value type, just emit a memset.
2386     if (!VecTy && !IntTy &&
2387         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2388          EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2389          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2390          !DL.isLegalInteger(DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)) ||
2391          DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)%8 != 0)) {
2392       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2393       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2394       CallInst *New = IRB.CreateMemSet(
2395           getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, OldPtr->getType()),
2396           II.getValue(), Size, getOffsetAlign(SliceOffset), II.isVolatile());
2397       (void)New;
2398       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2399       return false;
2400     }
2401
2402     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2403     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2404     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2405     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2406     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2407     Value *V;
2408
2409     if (VecTy) {
2410       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2411       assert(ElementTy == ScalarTy);
2412
2413       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2414       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2415       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2416       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2417       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2418
2419       Value *Splat =
2420           getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8);
2421       Splat = convertValue(DL, IRB, Splat, ElementTy);
2422       if (NumElements > 1)
2423         Splat = getVectorSplat(Splat, NumElements);
2424
2425       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2426                                          "oldload");
2427       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, "vec");
2428     } else if (IntTy) {
2429       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2430       // set integer.
2431       assert(!II.isVolatile());
2432
2433       uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2434       V = getIntegerSplat(II.getValue(), Size);
2435
2436       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2437                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2438         Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2439                                            "oldload");
2440         Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2441         uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2442         V = insertInteger(DL, IRB, Old, V, Offset, "insert");
2443       } else {
2444         assert(V->getType() == IntTy &&
2445                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2446       }
2447       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2448     } else {
2449       // Established these invariants above.
2450       assert(NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2451       assert(NewEndOffset == NewAllocaEndOffset);
2452
2453       V = getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) / 8);
2454       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2455         V = getVectorSplat(V, AllocaVecTy->getNumElements());
2456
2457       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2458     }
2459
2460     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2461                                         II.isVolatile());
2462     (void)New;
2463     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2464     return !II.isVolatile();
2465   }
2466
2467   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2468     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2469     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2470
2471     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2472
2473     // Compute the intersecting offset range.
2474     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2475     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2476     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2477     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2478
2479     bool IsDest = &II.getRawDestUse() == OldUse;
2480     assert((IsDest && II.getRawDest() == OldPtr) ||
2481            (!IsDest && II.getRawSource() == OldPtr));
2482
2483     // Compute the relative offset within the transfer.
2484     unsigned IntPtrWidth = DL.getPointerSizeInBits();
2485     APInt RelOffset(IntPtrWidth, NewBeginOffset - BeginOffset);
2486
2487     unsigned Align = II.getAlignment();
2488     uint64_t SliceOffset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2489     if (Align > 1)
2490       Align =
2491           MinAlign(RelOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue(),
2492                    MinAlign(II.getAlignment(), getOffsetAlign(SliceOffset)));
2493
2494     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2495     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2496     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2497     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2498     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2499     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2500     // update both source and dest of a single call.
2501     if (!IsSplittable) {
2502       Value *AdjustedPtr =
2503           getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset, OldPtr->getType());
2504       if (IsDest)
2505         II.setDest(AdjustedPtr);
2506       else
2507         II.setSource(AdjustedPtr);
2508
2509       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2510       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, Align));
2511
2512       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2513       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2514       return false;
2515     }
2516     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2517     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2518     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2519     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2520     // downsides to splitting and transforming the operations.
2521
2522     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2523     // a single value type, just emit a memcpy.
2524     bool EmitMemCpy
2525       = !VecTy && !IntTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2526                              EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2527                              !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2528
2529     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2530     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2531     // a no-op.
2532     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2533       // Ensure the start lines up.
2534       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2535
2536       // Rewrite the size as needed.
2537       if (NewEndOffset != EndOffset)
2538         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2539                                       NewEndOffset - NewBeginOffset));
2540       return false;
2541     }
2542     // Record this instruction for deletion.
2543     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2544
2545     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2546     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2547     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2548     if (AllocaInst *AI
2549           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets())) {
2550       assert(AI != &OldAI && AI != &NewAI &&
2551              "Splittable transfers cannot reach the same alloca on both ends.");
2552       Pass.Worklist.insert(AI);
2553     }
2554
2555     if (EmitMemCpy) {
2556       Type *OtherPtrTy = OtherPtr->getType();
2557
2558       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2559       // a single, simple GEP in most cases.
2560       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy,
2561                                 OtherPtr->getName() + ".");
2562
2563       Value *OurPtr =
2564           getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, OldPtr->getType());
2565       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2566       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2567
2568       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(IsDest ? OurPtr : OtherPtr,
2569                                        IsDest ? OtherPtr : OurPtr,
2570                                        Size, Align, II.isVolatile());
2571       (void)New;
2572       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2573       return false;
2574     }
2575
2576     // Note that we clamp the alignment to 1 here as a 0 alignment for a memcpy
2577     // is equivalent to 1, but that isn't true if we end up rewriting this as
2578     // a load or store.
2579     if (!Align)
2580       Align = 1;
2581
2582     bool IsWholeAlloca = NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2583                          NewEndOffset == NewAllocaEndOffset;
2584     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2585     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(NewBeginOffset) : 0;
2586     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(NewEndOffset) : 0;
2587     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2588     IntegerType *SubIntTy
2589       = IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size*8) : 0;
2590
2591     Type *OtherPtrTy = NewAI.getType();
2592     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
2593       if (NumElements == 1)
2594         OtherPtrTy = VecTy->getElementType();
2595       else
2596         OtherPtrTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
2597
2598       OtherPtrTy = OtherPtrTy->getPointerTo();
2599     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
2600       OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo();
2601     }
2602
2603     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy,
2604                                    OtherPtr->getName() + ".");
2605     Value *DstPtr = &NewAI;
2606     if (!IsDest)
2607       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2608
2609     Value *Src;
2610     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2611       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2612                                   "load");
2613       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2614     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2615       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2616                                   "load");
2617       Src = convertValue(DL, IRB, Src, IntTy);
2618       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2619       Src = extractInteger(DL, IRB, Src, SubIntTy, Offset, "extract");
2620     } else {
2621       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, II.isVolatile(),
2622                                   "copyload");
2623     }
2624
2625     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2626       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2627                                          "oldload");
2628       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, "vec");
2629     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2630       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2631                                          "oldload");
2632       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2633       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2634       Src = insertInteger(DL, IRB, Old, Src, Offset, "insert");
2635       Src = convertValue(DL, IRB, Src, NewAllocaTy);
2636     }
2637
2638     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2639       IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, Align, II.isVolatile()));
2640     (void)Store;
2641     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2642     return !II.isVolatile();
2643   }
2644
2645   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2646     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2647            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2648     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2649     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2650
2651     // Compute the intersecting offset range.
2652     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2653     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2654     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2655     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2656
2657     // Record this instruction for deletion.
2658     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2659
2660     ConstantInt *Size
2661       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2662                          NewEndOffset - NewBeginOffset);
2663     Value *Ptr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, OldPtr->getType());
2664     Value *New;
2665     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2666       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2667     else
2668       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2669
2670     (void)New;
2671     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2672     return true;
2673   }
2674
2675   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2676     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2677     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "PHIs are unsplittable");
2678     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "PHIs are unsplittable");
2679
2680     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2681     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2682     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2683     // dominate the PHI.
2684     IRBuilderTy PtrBuilder(IRB);
2685     PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr);
2686     PtrBuilder.SetCurrentDebugLocation(OldPtr->getDebugLoc());
2687
2688     Value *NewPtr =
2689         getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, BeginOffset, OldPtr->getType());
2690     // Replace the operands which were using the old pointer.
2691     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
2692
2693     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2694     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2695
2696     // PHIs can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
2697     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
2698     // fully-rewritten alloca.
2699     PHIUsers.insert(&PN);
2700     return true;
2701   }
2702
2703   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2704     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2705     assert((SI.getTrueValue() == OldPtr || SI.getFalseValue() == OldPtr) &&
2706            "Pointer isn't an operand!");
2707     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Selects are unsplittable");
2708     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "Selects are unsplittable");
2709
2710     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset, OldPtr->getType());
2711     // Replace the operands which were using the old pointer.
2712     if (SI.getOperand(1) == OldPtr)
2713       SI.setOperand(1, NewPtr);
2714     if (SI.getOperand(2) == OldPtr)
2715       SI.setOperand(2, NewPtr);
2716
2717     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2718     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2719
2720     // Selects can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
2721     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
2722     // fully-rewritten alloca.
2723     SelectUsers.insert(&SI);
2724     return true;
2725   }
2726
2727 };
2728 }
2729
2730 namespace {
2731 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2732 ///
2733 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2734 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2735 /// with scalar loads and stores.
2736 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2737   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2738   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2739
2740   const DataLayout &DL;
2741
2742   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2743   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2744
2745   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2746   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2747
2748   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2749   /// value (as opposed to the user).
2750   Use *U;
2751
2752 public:
2753   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
2754
2755   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2756   /// it.
2757   bool rewrite(Instruction &I) {
2758     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2759     enqueueUsers(I);
2760     bool Changed = false;
2761     while (!Queue.empty()) {
2762       U = Queue.pop_back_val();
2763       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2764     }
2765     return Changed;
2766   }
2767
2768 private:
2769   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2770   /// This uses a set to de-duplicate users.
2771   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2772     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
2773          ++UI)
2774       if (Visited.insert(*UI))
2775         Queue.push_back(&UI.getUse());
2776   }
2777
2778   // Conservative default is to not rewrite anything.
2779   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2780
2781   /// \brief Generic recursive split emission class.
2782   template <typename Derived>
2783   class OpSplitter {
2784   protected:
2785     /// The builder used to form new instructions.
2786     IRBuilderTy IRB;
2787     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
2788     /// appropriate value within the aggregate.
2789     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2790     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
2791     /// within the aggregate.
2792     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2793     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
2794     /// split operations.
2795     Value *Ptr;
2796
2797     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
2798     /// single zero GEP index.
2799     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2800       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
2801
2802   public:
2803     /// \brief Generic recursive split emission routine.
2804     ///
2805     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2806     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2807     /// and emits that single value operation via the template argument.
2808     ///
2809     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
2810     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
2811     /// formatted differently (GEPs need actual values).
2812     ///
2813     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
2814     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
2815     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
2816     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2817       if (Ty->isSingleValueType())
2818         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
2819
2820       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2821         unsigned OldSize = Indices.size();
2822         (void)OldSize;
2823         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
2824              ++Idx) {
2825           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2826           Indices.push_back(Idx);
2827           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2828           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2829           GEPIndices.pop_back();
2830           Indices.pop_back();
2831         }
2832         return;
2833       }
2834
2835       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2836         unsigned OldSize = Indices.size();
2837         (void)OldSize;
2838         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
2839              ++Idx) {
2840           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2841           Indices.push_back(Idx);
2842           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2843           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2844           GEPIndices.pop_back();
2845           Indices.pop_back();
2846         }
2847         return;
2848       }
2849
2850       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
2851     }
2852   };
2853
2854   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
2855     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2856       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2857
2858     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
2859     /// recursive emission to actually load values.
2860     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2861       assert(Ty->isSingleValueType());
2862       // Load the single value and insert it using the indices.
2863       Value *GEP = IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
2864       Value *Load = IRB.CreateLoad(GEP, Name + ".load");
2865       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
2866       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
2867     }
2868   };
2869
2870   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2871     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
2872     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
2873       return false;
2874
2875     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
2876     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2877     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
2878     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
2879     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
2880     LI.replaceAllUsesWith(V);
2881     LI.eraseFromParent();
2882     return true;
2883   }
2884
2885   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
2886     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2887       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2888
2889     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
2890     /// recursive emission to actually produce stores.
2891     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2892       assert(Ty->isSingleValueType());
2893       // Extract the single value and store it using the indices.
2894       Value *Store = IRB.CreateStore(
2895         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
2896         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
2897       (void)Store;
2898       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2899     }
2900   };
2901
2902   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2903     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
2904       return false;
2905     Value *V = SI.getValueOperand();
2906     if (V->getType()->isSingleValueType())
2907       return false;
2908
2909     // We have an aggregate being stored, split it apart.
2910     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2911     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
2912     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
2913     SI.eraseFromParent();
2914     return true;
2915   }
2916
2917   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
2918     enqueueUsers(BC);
2919     return false;
2920   }
2921
2922   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
2923     enqueueUsers(GEPI);
2924     return false;
2925   }
2926
2927   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2928     enqueueUsers(PN);
2929     return false;
2930   }
2931
2932   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2933     enqueueUsers(SI);
2934     return false;
2935   }
2936 };
2937 }
2938
2939 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
2940 ///
2941 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
2942 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
2943 /// size or the allocated size.
2944 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
2945   if (Ty->isSingleValueType())
2946     return Ty;
2947
2948   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
2949   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
2950
2951   Type *InnerTy;
2952   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2953     InnerTy = ArrTy->getElementType();
2954   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2955     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
2956     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
2957     InnerTy = STy->getElementType(Index);
2958   } else {
2959     return Ty;
2960   }
2961
2962   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
2963       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
2964     return Ty;
2965
2966   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
2967 }
2968
2969 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
2970 /// offset and size.
2971 ///
2972 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
2973 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
2974 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
2975 /// and the same for structs.
2976 ///
2977 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
2978 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
2979 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
2980 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
2981 /// return a type if necessary.
2982 static Type *getTypePartition(const DataLayout &DL, Type *Ty,
2983                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
2984   if (Offset == 0 && DL.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
2985     return stripAggregateTypeWrapping(DL, Ty);
2986   if (Offset > DL.getTypeAllocSize(Ty) ||
2987       (DL.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
2988     return 0;
2989
2990   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
2991     // We can't partition pointers...
2992     if (SeqTy->isPointerTy())
2993       return 0;
2994
2995     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
2996     uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
2997     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
2998     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy)) {
2999       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
3000         return 0;
3001     } else if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy)) {
3002       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
3003         return 0;
3004     }
3005     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3006
3007     // First check if we need to recurse.
3008     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3009       // Bail if the partition ends in a different array element.
3010       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3011         return 0;
3012       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3013       return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3014     }
3015     assert(Offset == 0);
3016
3017     if (Size == ElementSize)
3018       return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3019     assert(Size > ElementSize);
3020     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3021     if (NumElements * ElementSize != Size)
3022       return 0;
3023     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3024   }
3025
3026   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3027   if (!STy)
3028     return 0;
3029
3030   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3031   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3032     return 0;
3033   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3034   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3035     return 0;
3036
3037   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3038   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3039
3040   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3041   uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3042   if (Offset >= ElementSize)
3043     return 0; // The offset points into alignment padding.
3044
3045   // See if any partition must be contained by the element.
3046   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3047     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3048       return 0;
3049     return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3050   }
3051   assert(Offset == 0);
3052
3053   if (Size == ElementSize)
3054     return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3055
3056   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3057                                EE = STy->element_end();
3058   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3059     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3060     if (Index == EndIndex)
3061       return 0; // Within a single element and its padding.
3062
3063     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3064     // expected size.
3065     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3066     // sub-struct to find a natural end point.
3067     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3068       return 0;
3069
3070     assert(Index < EndIndex);
3071     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3072   }
3073
3074   // Try to build up a sub-structure.
3075   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE),
3076                                       STy->isPacked());
3077   const StructLayout *SubSL = DL.getStructLayout(SubTy);
3078   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3079     return 0; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3080
3081   return SubTy;
3082 }
3083
3084 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3085 ///
3086 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3087 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3088 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3089 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3090 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3091 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3092 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3093 /// promoted.
3094 bool SROA::rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S,
3095                             AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
3096                             int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
3097                             ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
3098   assert(BeginOffset < EndOffset);
3099   uint64_t SliceSize = EndOffset - BeginOffset;
3100
3101   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3102   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3103   // or an i8 array of an appropriate size.
3104   Type *SliceTy = 0;
3105   if (Type *CommonUseTy = findCommonType(B, E, EndOffset))
3106     if (DL->getTypeAllocSize(CommonUseTy) >= SliceSize)
3107       SliceTy = CommonUseTy;
3108   if (!SliceTy)
3109     if (Type *TypePartitionTy = getTypePartition(*DL, AI.getAllocatedType(),
3110                                                  BeginOffset, SliceSize))
3111       SliceTy = TypePartitionTy;
3112   if ((!SliceTy || (SliceTy->isArrayTy() &&
3113                     SliceTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3114       DL->isLegalInteger(SliceSize * 8))
3115     SliceTy = Type::getIntNTy(*C, SliceSize * 8);
3116   if (!SliceTy)
3117     SliceTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), SliceSize);
3118   assert(DL->getTypeAllocSize(SliceTy) >= SliceSize);
3119
3120   bool IsVectorPromotable = isVectorPromotionViable(
3121       *DL, SliceTy, S, BeginOffset, EndOffset, B, E, SplitUses);
3122
3123   bool IsIntegerPromotable =
3124       !IsVectorPromotable &&
3125       isIntegerWideningViable(*DL, SliceTy, BeginOffset, S, B, E, SplitUses);
3126
3127   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3128   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3129   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3130   // perform phi and select speculation.
3131   AllocaInst *NewAI;
3132   if (SliceTy == AI.getAllocatedType()) {
3133     assert(BeginOffset == 0 &&
3134            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3135     NewAI = &AI;
3136     // FIXME: We should be able to bail at this point with "nothing changed".
3137     // FIXME: We might want to defer PHI speculation until after here.
3138   } else {
3139     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3140     if (!Alignment) {
3141       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3142       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3143       // type.
3144       Alignment = DL->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3145     }
3146     Alignment = MinAlign(Alignment, BeginOffset);
3147     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3148     // the alloca's alignment unconstrained.
3149     if (Alignment <= DL->getABITypeAlignment(SliceTy))
3150       Alignment = 0;
3151     NewAI = new AllocaInst(SliceTy, 0, Alignment,
3152                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(B - S.begin()), &AI);
3153     ++NumNewAllocas;
3154   }
3155
3156   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3157                << "[" << BeginOffset << "," << EndOffset << ") to: " << *NewAI
3158                << "\n");
3159
3160   // Track the high watermark on the worklist as it is only relevant for
3161   // promoted allocas. We will reset it to this point if the alloca is not in
3162   // fact scheduled for promotion.
3163   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3164   unsigned NumUses = 0;
3165   SmallPtrSet<PHINode *, 8> PHIUsers;
3166   SmallPtrSet<SelectInst *, 8> SelectUsers;
3167
3168   AllocaSliceRewriter Rewriter(*DL, S, *this, AI, *NewAI, BeginOffset,
3169                                EndOffset, IsVectorPromotable,
3170                                IsIntegerPromotable, PHIUsers, SelectUsers);
3171   bool Promotable = true;
3172   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
3173                                                         SUE = SplitUses.end();
3174        SUI != SUE; ++SUI) {
3175     DEBUG(dbgs() << "  rewriting split ");
3176     DEBUG(S.printSlice(dbgs(), *SUI, ""));
3177     Promotable &= Rewriter.visit(*SUI);
3178     ++NumUses;
3179   }
3180   for (AllocaSlices::iterator I = B; I != E; ++I) {
3181     DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3182     DEBUG(S.printSlice(dbgs(), I, ""));
3183     Promotable &= Rewriter.visit(I);
3184     ++NumUses;
3185   }
3186
3187   NumAllocaPartitionUses += NumUses;
3188   MaxUsesPerAllocaPartition =
3189       std::max<unsigned>(NumUses, MaxUsesPerAllocaPartition);
3190
3191   // Now that we've processed all the slices in the new partition, check if any
3192   // PHIs or Selects would block promotion.
3193   for (SmallPtrSetImpl<PHINode *>::iterator I = PHIUsers.begin(),
3194                                             E = PHIUsers.end();
3195        I != E; ++I)
3196     if (!isSafePHIToSpeculate(**I, DL)) {
3197       Promotable = false;
3198       PHIUsers.clear();
3199       SelectUsers.clear();
3200       break;
3201     }
3202   for (SmallPtrSetImpl<SelectInst *>::iterator I = SelectUsers.begin(),
3203                                                E = SelectUsers.end();
3204        I != E; ++I)
3205     if (!isSafeSelectToSpeculate(**I, DL)) {
3206       Promotable = false;
3207       PHIUsers.clear();
3208       SelectUsers.clear();
3209       break;
3210     }
3211
3212   if (Promotable) {
3213     if (PHIUsers.empty() && SelectUsers.empty()) {
3214       // Promote the alloca.
3215       PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3216     } else {
3217       // If we have either PHIs or Selects to speculate, add them to those
3218       // worklists and re-queue the new alloca so that we promote in on the
3219       // next iteration.
3220       for (SmallPtrSetImpl<PHINode *>::iterator I = PHIUsers.begin(),
3221                                                 E = PHIUsers.end();
3222            I != E; ++I)
3223         SpeculatablePHIs.insert(*I);
3224       for (SmallPtrSetImpl<SelectInst *>::iterator I = SelectUsers.begin(),
3225                                                    E = SelectUsers.end();
3226            I != E; ++I)
3227         SpeculatableSelects.insert(*I);
3228       Worklist.insert(NewAI);
3229     }
3230   } else {
3231     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3232     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3233     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3234     if (NewAI != &AI)
3235       Worklist.insert(NewAI);
3236
3237     // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3238     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3239       PostPromotionWorklist.pop_back();
3240   }
3241
3242   return true;
3243 }
3244
3245 namespace {
3246 struct IsSliceEndLessOrEqualTo {
3247   uint64_t UpperBound;
3248
3249   IsSliceEndLessOrEqualTo(uint64_t UpperBound) : UpperBound(UpperBound) {}
3250
3251   bool operator()(const AllocaSlices::iterator &I) {
3252     return I->endOffset() <= UpperBound;
3253   }
3254 };
3255 }
3256
3257 static void
3258 removeFinishedSplitUses(SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator> &SplitUses,
3259                         uint64_t &MaxSplitUseEndOffset, uint64_t Offset) {
3260   if (Offset >= MaxSplitUseEndOffset) {
3261     SplitUses.clear();
3262     MaxSplitUseEndOffset = 0;
3263     return;
3264   }
3265
3266   size_t SplitUsesOldSize = SplitUses.size();
3267   SplitUses.erase(std::remove_if(SplitUses.begin(), SplitUses.end(),
3268                                  IsSliceEndLessOrEqualTo(Offset)),
3269                   SplitUses.end());
3270   if (SplitUsesOldSize == SplitUses.size())
3271     return;
3272
3273   // Recompute the max. While this is linear, so is remove_if.
3274   MaxSplitUseEndOffset = 0;
3275   for (SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator>::iterator
3276            SUI = SplitUses.begin(),
3277            SUE = SplitUses.end();
3278        SUI != SUE; ++SUI)
3279     MaxSplitUseEndOffset = std::max((*SUI)->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3280 }
3281
3282 /// \brief Walks the slices of an alloca and form partitions based on them,
3283 /// rewriting each of their uses.
3284 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S) {
3285   if (S.begin() == S.end())
3286     return false;
3287
3288   unsigned NumPartitions = 0;
3289   bool Changed = false;
3290   SmallVector<AllocaSlices::iterator, 4> SplitUses;
3291   uint64_t MaxSplitUseEndOffset = 0;
3292
3293   uint64_t BeginOffset = S.begin()->beginOffset();
3294
3295   for (AllocaSlices::iterator SI = S.begin(), SJ = llvm::next(SI), SE = S.end();
3296        SI != SE; SI = SJ) {
3297     uint64_t MaxEndOffset = SI->endOffset();
3298
3299     if (!SI->isSplittable()) {
3300       // When we're forming an unsplittable region, it must always start at the
3301       // first slice and will extend through its end.
3302       assert(BeginOffset == SI->beginOffset());
3303
3304       // Form a partition including all of the overlapping slices with this
3305       // unsplittable slice.
3306       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3307         if (!SJ->isSplittable())
3308           MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3309         ++SJ;
3310       }
3311     } else {
3312       assert(SI->isSplittable()); // Established above.
3313
3314       // Collect all of the overlapping splittable slices.
3315       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset &&
3316              SJ->isSplittable()) {
3317         MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3318         ++SJ;
3319       }
3320
3321       // Back up MaxEndOffset and SJ if we ended the span early when
3322       // encountering an unsplittable slice.
3323       if (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3324         assert(!SJ->isSplittable());
3325         MaxEndOffset = SJ->beginOffset();
3326       }
3327     }
3328
3329     // Check if we have managed to move the end offset forward yet. If so,
3330     // we'll have to rewrite uses and erase old split uses.
3331     if (BeginOffset < MaxEndOffset) {
3332       // Rewrite a sequence of overlapping slices.
3333       Changed |=
3334           rewritePartition(AI, S, SI, SJ, BeginOffset, MaxEndOffset, SplitUses);
3335       ++NumPartitions;
3336
3337       removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset, MaxEndOffset);
3338     }
3339
3340     // Accumulate all the splittable slices from the [SI,SJ) region which
3341     // overlap going forward.
3342     for (AllocaSlices::iterator SK = SI; SK != SJ; ++SK)
3343       if (SK->isSplittable() && SK->endOffset() > MaxEndOffset) {
3344         SplitUses.push_back(SK);
3345         MaxSplitUseEndOffset = std::max(SK->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3346       }
3347
3348     // If we're already at the end and we have no split uses, we're done.
3349     if (SJ == SE && SplitUses.empty())
3350       break;
3351
3352     // If we have no split uses or no gap in offsets, we're ready to move to
3353     // the next slice.
3354     if (SplitUses.empty() || (SJ != SE && MaxEndOffset == SJ->beginOffset())) {
3355       BeginOffset = SJ->beginOffset();
3356       continue;
3357     }
3358
3359     // Even if we have split slices, if the next slice is splittable and the
3360     // split slices reach it, we can simply set up the beginning offset of the
3361     // next iteration to bridge between them.
3362     if (SJ != SE && SJ->isSplittable() &&
3363         MaxSplitUseEndOffset > SJ->beginOffset()) {
3364       BeginOffset = MaxEndOffset;
3365       continue;
3366     }
3367
3368     // Otherwise, we have a tail of split slices. Rewrite them with an empty
3369     // range of slices.
3370     uint64_t PostSplitEndOffset =
3371         SJ == SE ? MaxSplitUseEndOffset : SJ->beginOffset();
3372
3373     Changed |= rewritePartition(AI, S, SJ, SJ, MaxEndOffset, PostSplitEndOffset,
3374                                 SplitUses);
3375     ++NumPartitions;
3376
3377     if (SJ == SE)
3378       break; // Skip the rest, we don't need to do any cleanup.
3379
3380     removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset,
3381                             PostSplitEndOffset);
3382
3383     // Now just reset the begin offset for the next iteration.
3384     BeginOffset = SJ->beginOffset();
3385   }
3386
3387   NumAllocaPartitions += NumPartitions;
3388   MaxPartitionsPerAlloca =
3389       std::max<unsigned>(NumPartitions, MaxPartitionsPerAlloca);
3390
3391   return Changed;
3392 }
3393
3394 /// \brief Clobber a use with undef, deleting the used value if it becomes dead.
3395 void SROA::clobberUse(Use &U) {
3396   Value *OldV = U;
3397   // Replace the use with an undef value.
3398   U = UndefValue::get(OldV->getType());
3399
3400   // Check for this making an instruction dead. We have to garbage collect
3401   // all the dead instructions to ensure the uses of any alloca end up being
3402   // minimal.
3403   if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3404     if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3405       DeadInsts.insert(OldI);
3406     }
3407 }
3408
3409 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3410 ///
3411 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3412 /// the slices of the alloca, and then hands it off to be split and
3413 /// rewritten as needed.
3414 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3415   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3416   ++NumAllocasAnalyzed;
3417
3418   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3419   if (AI.use_empty()) {
3420     AI.eraseFromParent();
3421     return true;
3422   }
3423
3424   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3425   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3426       DL->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3427     return false;
3428
3429   bool Changed = false;
3430
3431   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3432   // better splitting and promotion opportunities.
3433   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*DL);
3434   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3435
3436   // Build the slices using a recursive instruction-visiting builder.
3437   AllocaSlices S(*DL, AI);
3438   DEBUG(S.print(dbgs()));
3439   if (S.isEscaped())
3440     return Changed;
3441
3442   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3443   for (AllocaSlices::dead_user_iterator DI = S.dead_user_begin(),
3444                                         DE = S.dead_user_end();
3445        DI != DE; ++DI) {
3446     // Free up everything used by this instruction.
3447     for (User::op_iterator DOI = (*DI)->op_begin(), DOE = (*DI)->op_end();
3448          DOI != DOE; ++DOI)
3449       clobberUse(*DOI);
3450
3451     // Now replace the uses of this instruction.
3452     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
3453
3454     // And mark it for deletion.
3455     DeadInsts.insert(*DI);
3456     Changed = true;
3457   }
3458   for (AllocaSlices::dead_op_iterator DO = S.dead_op_begin(),
3459                                       DE = S.dead_op_end();
3460        DO != DE; ++DO) {
3461     clobberUse(**DO);
3462     Changed = true;
3463   }
3464
3465   // No slices to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3466   if (S.begin() == S.end())
3467     return Changed;
3468
3469   Changed |= splitAlloca(AI, S);
3470
3471   DEBUG(dbgs() << "  Speculating PHIs\n");
3472   while (!SpeculatablePHIs.empty())
3473     speculatePHINodeLoads(*SpeculatablePHIs.pop_back_val());
3474
3475   DEBUG(dbgs() << "  Speculating Selects\n");
3476   while (!SpeculatableSelects.empty())
3477     speculateSelectInstLoads(*SpeculatableSelects.pop_back_val());
3478
3479   return Changed;
3480 }
3481
3482 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3483 ///
3484 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3485 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3486 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3487 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3488 ///
3489 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3490 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3491 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst*, 4> &DeletedAllocas) {
3492   while (!DeadInsts.empty()) {
3493     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3494     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3495
3496     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
3497
3498     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
3499       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
3500         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3501         *OI = 0;
3502         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3503           DeadInsts.insert(U);
3504       }
3505
3506     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3507       DeletedAllocas.insert(AI);
3508
3509     ++NumDeleted;
3510     I->eraseFromParent();
3511   }
3512 }
3513
3514 static void enqueueUsersInWorklist(Instruction &I,
3515                                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist,
3516                                    SmallPtrSet<Instruction *, 8> &Visited) {
3517   for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
3518        ++UI)
3519     if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
3520       Worklist.push_back(cast<Instruction>(*UI));
3521 }
3522
3523 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3524 ///
3525 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3526 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3527 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3528 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3529 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3530 /// promotion occurred.
3531 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3532   if (PromotableAllocas.empty())
3533     return false;
3534
3535   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3536
3537   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3538     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3539     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT);
3540     PromotableAllocas.clear();
3541     return true;
3542   }
3543
3544   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3545   SSAUpdater SSA;
3546   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3547   SmallVector<Instruction *, 64> Insts;
3548
3549   // We need a worklist to walk the uses of each alloca.
3550   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
3551   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3552   SmallVector<Instruction *, 32> DeadInsts;
3553
3554   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3555     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3556     Insts.clear();
3557     Worklist.clear();
3558     Visited.clear();
3559
3560     enqueueUsersInWorklist(*AI, Worklist, Visited);
3561
3562     while (!Worklist.empty()) {
3563       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3564
3565       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3566       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3567       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3568       // scalar values produced.
3569       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3570         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3571                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3572         II->eraseFromParent();
3573         continue;
3574       }
3575
3576       // Push the loads and stores we find onto the list. SROA will already
3577       // have validated that all loads and stores are viable candidates for
3578       // promotion.
3579       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3580         assert(LI->getType() == AI->getAllocatedType());
3581         Insts.push_back(LI);
3582         continue;
3583       }
3584       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
3585         assert(SI->getValueOperand()->getType() == AI->getAllocatedType());
3586         Insts.push_back(SI);
3587         continue;
3588       }
3589
3590       // For everything else, we know that only no-op bitcasts and GEPs will
3591       // make it this far, just recurse through them and recall them for later
3592       // removal.
3593       DeadInsts.push_back(I);
3594       enqueueUsersInWorklist(*I, Worklist, Visited);
3595     }
3596     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3597     while (!DeadInsts.empty())
3598       DeadInsts.pop_back_val()->eraseFromParent();
3599     AI->eraseFromParent();
3600   }
3601
3602   PromotableAllocas.clear();
3603   return true;
3604 }
3605
3606 namespace {
3607   /// \brief A predicate to test whether an alloca belongs to a set.
3608   class IsAllocaInSet {
3609     typedef SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> SetType;
3610     const SetType &Set;
3611
3612   public:
3613     typedef AllocaInst *argument_type;
3614
3615     IsAllocaInSet(const SetType &Set) : Set(Set) {}
3616     bool operator()(AllocaInst *AI) const { return Set.count(AI); }
3617   };
3618 }
3619
3620 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3621   if (skipOptnoneFunction(F))
3622     return false;
3623
3624   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3625   C = &F.getContext();
3626   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
3627   if (!DLP) {
3628     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3629     return false;
3630   }
3631   DL = &DLP->getDataLayout();
3632   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
3633       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
3634   DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : 0;
3635
3636   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3637   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = llvm::prior(EntryBB.end());
3638        I != E; ++I)
3639     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3640       Worklist.insert(AI);
3641
3642   bool Changed = false;
3643   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3644   // the list of promotable allocas.
3645   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3646
3647   do {
3648     while (!Worklist.empty()) {
3649       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3650       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3651
3652       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3653       // continue processing them.
3654       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3655         Worklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3656         PostPromotionWorklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3657         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3658                                                PromotableAllocas.end(),
3659                                                IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
3660                                 PromotableAllocas.end());
3661         DeletedAllocas.clear();
3662       }
3663     }
3664
3665     Changed |= promoteAllocas(F);
3666
3667     Worklist = PostPromotionWorklist;
3668     PostPromotionWorklist.clear();
3669   } while (!Worklist.empty());
3670
3671   return Changed;
3672 }
3673
3674 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3675   if (RequiresDomTree)
3676     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
3677   AU.setPreservesCFG();
3678 }