[SROA] Switch the common variable name for the 'AllocaSlices' class to
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / SROA.cpp
1 //===- SROA.cpp - Scalar Replacement Of Aggregates ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This transformation implements the well known scalar replacement of
11 /// aggregates transformation. It tries to identify promotable elements of an
12 /// aggregate alloca, and promote them to registers. It will also try to
13 /// convert uses of an element (or set of elements) of an alloca into a vector
14 /// or bitfield-style integer scalar if appropriate.
15 ///
16 /// It works to do this with minimal slicing of the alloca so that regions
17 /// which are merely transferred in and out of external memory remain unchanged
18 /// and are not decomposed to scalar code.
19 ///
20 /// Because this also performs alloca promotion, it can be thought of as also
21 /// serving the purpose of SSA formation. The algorithm iterates on the
22 /// function until all opportunities for promotion have been realized.
23 ///
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25
26 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
27 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
28 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
31 #include "llvm/Analysis/AssumptionTracker.h"
32 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
33 #include "llvm/Analysis/PtrUseVisitor.h"
34 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
35 #include "llvm/IR/Constants.h"
36 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
37 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
38 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
39 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
40 #include "llvm/IR/Dominators.h"
41 #include "llvm/IR/Function.h"
42 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
43 #include "llvm/IR/InstVisitor.h"
44 #include "llvm/IR/Instructions.h"
45 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
46 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
47 #include "llvm/IR/Operator.h"
48 #include "llvm/Pass.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Compiler.h"
51 #include "llvm/Support/Debug.h"
52 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
53 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
54 #include "llvm/Support/TimeValue.h"
55 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
58 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
59
60 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
61 // We only use this for a debug check in C++11
62 #include <random>
63 #endif
64
65 using namespace llvm;
66
67 #define DEBUG_TYPE "sroa"
68
69 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
70 STATISTIC(NumAllocaPartitions, "Number of alloca partitions formed");
71 STATISTIC(MaxPartitionsPerAlloca, "Maximum number of partitions per alloca");
72 STATISTIC(NumAllocaPartitionUses, "Number of alloca partition uses rewritten");
73 STATISTIC(MaxUsesPerAllocaPartition, "Maximum number of uses of a partition");
74 STATISTIC(NumNewAllocas, "Number of new, smaller allocas introduced");
75 STATISTIC(NumPromoted, "Number of allocas promoted to SSA values");
76 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
77 STATISTIC(NumDeleted, "Number of instructions deleted");
78 STATISTIC(NumVectorized, "Number of vectorized aggregates");
79
80 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
81 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
82 static cl::opt<bool>
83 ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false), cl::Hidden);
84
85 /// Hidden option to enable randomly shuffling the slices to help uncover
86 /// instability in their order.
87 static cl::opt<bool> SROARandomShuffleSlices("sroa-random-shuffle-slices",
88                                              cl::init(false), cl::Hidden);
89
90 /// Hidden option to experiment with completely strict handling of inbounds
91 /// GEPs.
92 static cl::opt<bool> SROAStrictInbounds("sroa-strict-inbounds",
93                                         cl::init(false), cl::Hidden);
94
95 namespace {
96 /// \brief A custom IRBuilder inserter which prefixes all names if they are
97 /// preserved.
98 template <bool preserveNames = true>
99 class IRBuilderPrefixedInserter :
100     public IRBuilderDefaultInserter<preserveNames> {
101   std::string Prefix;
102
103 public:
104   void SetNamePrefix(const Twine &P) { Prefix = P.str(); }
105
106 protected:
107   void InsertHelper(Instruction *I, const Twine &Name, BasicBlock *BB,
108                     BasicBlock::iterator InsertPt) const {
109     IRBuilderDefaultInserter<preserveNames>::InsertHelper(
110         I, Name.isTriviallyEmpty() ? Name : Prefix + Name, BB, InsertPt);
111   }
112 };
113
114 // Specialization for not preserving the name is trivial.
115 template <>
116 class IRBuilderPrefixedInserter<false> :
117     public IRBuilderDefaultInserter<false> {
118 public:
119   void SetNamePrefix(const Twine &P) {}
120 };
121
122 /// \brief Provide a typedef for IRBuilder that drops names in release builds.
123 #ifndef NDEBUG
124 typedef llvm::IRBuilder<true, ConstantFolder,
125                         IRBuilderPrefixedInserter<true> > IRBuilderTy;
126 #else
127 typedef llvm::IRBuilder<false, ConstantFolder,
128                         IRBuilderPrefixedInserter<false> > IRBuilderTy;
129 #endif
130 }
131
132 namespace {
133 /// \brief A used slice of an alloca.
134 ///
135 /// This structure represents a slice of an alloca used by some instruction. It
136 /// stores both the begin and end offsets of this use, a pointer to the use
137 /// itself, and a flag indicating whether we can classify the use as splittable
138 /// or not when forming partitions of the alloca.
139 class Slice {
140   /// \brief The beginning offset of the range.
141   uint64_t BeginOffset;
142
143   /// \brief The ending offset, not included in the range.
144   uint64_t EndOffset;
145
146   /// \brief Storage for both the use of this slice and whether it can be
147   /// split.
148   PointerIntPair<Use *, 1, bool> UseAndIsSplittable;
149
150 public:
151   Slice() : BeginOffset(), EndOffset() {}
152   Slice(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U, bool IsSplittable)
153       : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset),
154         UseAndIsSplittable(U, IsSplittable) {}
155
156   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
157   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
158
159   bool isSplittable() const { return UseAndIsSplittable.getInt(); }
160   void makeUnsplittable() { UseAndIsSplittable.setInt(false); }
161
162   Use *getUse() const { return UseAndIsSplittable.getPointer(); }
163
164   bool isDead() const { return getUse() == nullptr; }
165   void kill() { UseAndIsSplittable.setPointer(nullptr); }
166
167   /// \brief Support for ordering ranges.
168   ///
169   /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
170   /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
171   /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
172   /// same start position.
173   bool operator<(const Slice &RHS) const {
174     if (beginOffset() < RHS.beginOffset()) return true;
175     if (beginOffset() > RHS.beginOffset()) return false;
176     if (isSplittable() != RHS.isSplittable()) return !isSplittable();
177     if (endOffset() > RHS.endOffset()) return true;
178     return false;
179   }
180
181   /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
182   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(const Slice &LHS,
183                                               uint64_t RHSOffset) {
184     return LHS.beginOffset() < RHSOffset;
185   }
186   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
187                                               const Slice &RHS) {
188     return LHSOffset < RHS.beginOffset();
189   }
190
191   bool operator==(const Slice &RHS) const {
192     return isSplittable() == RHS.isSplittable() &&
193            beginOffset() == RHS.beginOffset() && endOffset() == RHS.endOffset();
194   }
195   bool operator!=(const Slice &RHS) const { return !operator==(RHS); }
196 };
197 } // end anonymous namespace
198
199 namespace llvm {
200 template <typename T> struct isPodLike;
201 template <> struct isPodLike<Slice> {
202    static const bool value = true;
203 };
204 }
205
206 namespace {
207 /// \brief Representation of the alloca slices.
208 ///
209 /// This class represents the slices of an alloca which are formed by its
210 /// various uses. If a pointer escapes, we can't fully build a representation
211 /// for the slices used and we reflect that in this structure. The uses are
212 /// stored, sorted by increasing beginning offset and with unsplittable slices
213 /// starting at a particular offset before splittable slices.
214 class AllocaSlices {
215 public:
216   /// \brief Construct the slices of a particular alloca.
217   AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI);
218
219   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
220   ///
221   /// If this is true, the slices are never fully built and should be
222   /// ignored.
223   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
224
225   /// \brief Support for iterating over the slices.
226   /// @{
227   typedef SmallVectorImpl<Slice>::iterator iterator;
228   typedef iterator_range<iterator> range;
229   iterator begin() { return Slices.begin(); }
230   iterator end() { return Slices.end(); }
231
232   typedef SmallVectorImpl<Slice>::const_iterator const_iterator;
233   typedef iterator_range<const_iterator> const_range;
234   const_iterator begin() const { return Slices.begin(); }
235   const_iterator end() const { return Slices.end(); }
236   /// @}
237
238   /// \brief Access the dead users for this alloca.
239   ArrayRef<Instruction *> getDeadUsers() const { return DeadUsers; }
240
241   /// \brief Access the dead operands referring to this alloca.
242   ///
243   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
244   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
245   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
246   /// need to replace with undef.
247   ArrayRef<Use *> getDeadOperands() const { return DeadOperands; }
248
249 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
250   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
251   void printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
252                   StringRef Indent = "  ") const;
253   void printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
254                 StringRef Indent = "  ") const;
255   void print(raw_ostream &OS) const;
256   void dump(const_iterator I) const;
257   void dump() const;
258 #endif
259
260 private:
261   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
262   class SliceBuilder;
263   friend class AllocaSlices::SliceBuilder;
264
265 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
266   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
267   AllocaInst &AI;
268 #endif
269
270   /// \brief The instruction responsible for this alloca not having a known set
271   /// of slices.
272   ///
273   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
274   /// store a pointer to that here and abort trying to form slices of the
275   /// alloca. This will be null if the alloca slices are analyzed successfully.
276   Instruction *PointerEscapingInstr;
277
278   /// \brief The slices of the alloca.
279   ///
280   /// We store a vector of the slices formed by uses of the alloca here. This
281   /// vector is sorted by increasing begin offset, and then the unsplittable
282   /// slices before the splittable ones. See the Slice inner class for more
283   /// details.
284   SmallVector<Slice, 8> Slices;
285
286   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
287   ///
288   /// Note that these are not separated by slice. This is because we expect an
289   /// alloca to be completely rewritten or not rewritten at all. If rewritten,
290   /// all these instructions can simply be removed and replaced with undef as
291   /// they come from outside of the allocated space.
292   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
293
294   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
295   ///
296   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
297   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
298   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
299   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
300   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
301   /// the alloca.
302   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
303 };
304 }
305
306 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
307   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
308   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
309   // early on.
310   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
311     return SI.getOperand(1+CI->isZero());
312   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
313     return SI.getOperand(1);
314
315   return nullptr;
316 }
317
318 /// \brief A helper that folds a PHI node or a select.
319 static Value *foldPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
320   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
321     // If PN merges together the same value, return that value.
322     return PN->hasConstantValue();
323   }
324   return foldSelectInst(cast<SelectInst>(I));
325 }
326
327 /// \brief Builder for the alloca slices.
328 ///
329 /// This class builds a set of alloca slices by recursively visiting the uses
330 /// of an alloca and making a slice for each load and store at each offset.
331 class AllocaSlices::SliceBuilder : public PtrUseVisitor<SliceBuilder> {
332   friend class PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
333   friend class InstVisitor<SliceBuilder>;
334   typedef PtrUseVisitor<SliceBuilder> Base;
335
336   const uint64_t AllocSize;
337   AllocaSlices &AS;
338
339   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferSliceMap;
340   SmallDenseMap<Instruction *, uint64_t> PHIOrSelectSizes;
341
342   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
343   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
344
345 public:
346   SliceBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS)
347       : PtrUseVisitor<SliceBuilder>(DL),
348         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())), AS(AS) {}
349
350 private:
351   void markAsDead(Instruction &I) {
352     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
353       AS.DeadUsers.push_back(&I);
354   }
355
356   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
357                  bool IsSplittable = false) {
358     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
359     // past the end of the allocation.
360     if (Size == 0 || Offset.uge(AllocSize)) {
361       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
362                    << " which has zero size or starts outside of the "
363                    << AllocSize << " byte alloca:\n"
364                    << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
365                    << "       use: " << I << "\n");
366       return markAsDead(I);
367     }
368
369     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
370     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
371
372     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
373     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
374     // This may appear superficially to be something we could ignore entirely,
375     // but that is not so! There may be widened loads or PHI-node uses where
376     // some instructions are dead but not others. We can't completely ignore
377     // them, and so have to record at least the information here.
378     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
379     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
380       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
381                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
382                    << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
383                    << "       use: " << I << "\n");
384       EndOffset = AllocSize;
385     }
386
387     AS.Slices.push_back(Slice(BeginOffset, EndOffset, U, IsSplittable));
388   }
389
390   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
391     if (BC.use_empty())
392       return markAsDead(BC);
393
394     return Base::visitBitCastInst(BC);
395   }
396
397   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
398     if (GEPI.use_empty())
399       return markAsDead(GEPI);
400
401     if (SROAStrictInbounds && GEPI.isInBounds()) {
402       // FIXME: This is a manually un-factored variant of the basic code inside
403       // of GEPs with checking of the inbounds invariant specified in the
404       // langref in a very strict sense. If we ever want to enable
405       // SROAStrictInbounds, this code should be factored cleanly into
406       // PtrUseVisitor, but it is easier to experiment with SROAStrictInbounds
407       // by writing out the code here where we have tho underlying allocation
408       // size readily available.
409       APInt GEPOffset = Offset;
410       for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI),
411                              GTE = gep_type_end(GEPI);
412            GTI != GTE; ++GTI) {
413         ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
414         if (!OpC)
415           break;
416
417         // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
418         if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
419           unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
420           const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
421           GEPOffset +=
422               APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(ElementIdx));
423         } else {
424           // For array or vector indices, scale the index by the size of the type.
425           APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth());
426           GEPOffset += Index * APInt(Offset.getBitWidth(),
427                                      DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
428         }
429
430         // If this index has computed an intermediate pointer which is not
431         // inbounds, then the result of the GEP is a poison value and we can
432         // delete it and all uses.
433         if (GEPOffset.ugt(AllocSize))
434           return markAsDead(GEPI);
435       }
436     }
437
438     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
439   }
440
441   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
442                          uint64_t Size, bool IsVolatile) {
443     // We allow splitting of loads and stores where the type is an integer type
444     // and cover the entire alloca. This prevents us from splitting over
445     // eagerly.
446     // FIXME: In the great blue eventually, we should eagerly split all integer
447     // loads and stores, and then have a separate step that merges adjacent
448     // alloca partitions into a single partition suitable for integer widening.
449     // Or we should skip the merge step and rely on GVN and other passes to
450     // merge adjacent loads and stores that survive mem2reg.
451     bool IsSplittable =
452         Ty->isIntegerTy() && !IsVolatile && Offset == 0 && Size >= AllocSize;
453
454     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
455   }
456
457   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
458     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
459            "All simple FCA loads should have been pre-split");
460
461     if (!IsOffsetKnown)
462       return PI.setAborted(&LI);
463
464     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI.getType());
465     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, Size, LI.isVolatile());
466   }
467
468   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
469     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
470     if (ValOp == *U)
471       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
472     if (!IsOffsetKnown)
473       return PI.setAborted(&SI);
474
475     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(ValOp->getType());
476
477     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
478     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
479     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
480     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
481     // risk of overflow.
482     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
483     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
484     if (Size > AllocSize || Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
485       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte store @" << Offset
486                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
487                    << " byte alloca:\n"
488                    << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
489                    << "       use: " << SI << "\n");
490       return markAsDead(SI);
491     }
492
493     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
494            "All simple FCA stores should have been pre-split");
495     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, Size, SI.isVolatile());
496   }
497
498
499   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
500     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
501     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
502     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
503         (IsOffsetKnown && Offset.uge(AllocSize)))
504       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
505       return markAsDead(II);
506
507     if (!IsOffsetKnown)
508       return PI.setAborted(&II);
509
510     insertUse(II, Offset,
511               Length ? Length->getLimitedValue()
512                      : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
513               (bool)Length);
514   }
515
516   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
517     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
518     if (Length && Length->getValue() == 0)
519       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
520       return markAsDead(II);
521
522     // Because we can visit these intrinsics twice, also check to see if the
523     // first time marked this instruction as dead. If so, skip it.
524     if (VisitedDeadInsts.count(&II))
525       return;
526
527     if (!IsOffsetKnown)
528       return PI.setAborted(&II);
529
530     // This side of the transfer is completely out-of-bounds, and so we can
531     // nuke the entire transfer. However, we also need to nuke the other side
532     // if already added to our partitions.
533     // FIXME: Yet another place we really should bypass this when
534     // instrumenting for ASan.
535     if (Offset.uge(AllocSize)) {
536       SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI = MemTransferSliceMap.find(&II);
537       if (MTPI != MemTransferSliceMap.end())
538         AS.Slices[MTPI->second].kill();
539       return markAsDead(II);
540     }
541
542     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
543     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue()
544                            : AllocSize - RawOffset;
545
546     // Check for the special case where the same exact value is used for both
547     // source and dest.
548     if (*U == II.getRawDest() && *U == II.getRawSource()) {
549       // For non-volatile transfers this is a no-op.
550       if (!II.isVolatile())
551         return markAsDead(II);
552
553       return insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/false);
554     }
555
556     // If we have seen both source and destination for a mem transfer, then
557     // they both point to the same alloca.
558     bool Inserted;
559     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI;
560     std::tie(MTPI, Inserted) =
561         MemTransferSliceMap.insert(std::make_pair(&II, AS.Slices.size()));
562     unsigned PrevIdx = MTPI->second;
563     if (!Inserted) {
564       Slice &PrevP = AS.Slices[PrevIdx];
565
566       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
567       // In that case, we can completely elide the transfer.
568       if (!II.isVolatile() && PrevP.beginOffset() == RawOffset) {
569         PrevP.kill();
570         return markAsDead(II);
571       }
572
573       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
574       // split those.
575       PrevP.makeUnsplittable();
576     }
577
578     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
579     insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/Inserted && Length);
580
581     // Check that we ended up with a valid index in the map.
582     assert(AS.Slices[PrevIdx].getUse()->getUser() == &II &&
583            "Map index doesn't point back to a slice with this user.");
584   }
585
586   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
587   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
588   // doesn't make sense.
589   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
590     if (!IsOffsetKnown)
591       return PI.setAborted(&II);
592
593     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
594         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
595       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
596       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
597                                Length->getLimitedValue());
598       insertUse(II, Offset, Size, true);
599       return;
600     }
601
602     Base::visitIntrinsicInst(II);
603   }
604
605   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
606     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
607     // the same offset to be a viable use for slicing purposes. These uses
608     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
609     // size.
610     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
611     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
612     Visited.insert(Root);
613     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
614     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
615     // a size zero access.
616     Size = 0;
617     do {
618       Instruction *I, *UsedI;
619       std::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
620
621       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
622         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(LI->getType()));
623         continue;
624       }
625       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
626         Value *Op = SI->getOperand(0);
627         if (Op == UsedI)
628           return SI;
629         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(Op->getType()));
630         continue;
631       }
632
633       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
634         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
635           return GEP;
636       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
637                  !isa<SelectInst>(I)) {
638         return I;
639       }
640
641       for (User *U : I->users())
642         if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)))
643           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(U)));
644     } while (!Uses.empty());
645
646     return nullptr;
647   }
648
649   void visitPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
650     assert(isa<PHINode>(I) || isa<SelectInst>(I));
651     if (I.use_empty())
652       return markAsDead(I);
653
654     // TODO: We could use SimplifyInstruction here to fold PHINodes and
655     // SelectInsts. However, doing so requires to change the current
656     // dead-operand-tracking mechanism. For instance, suppose neither loading
657     // from %U nor %other traps. Then "load (select undef, %U, %other)" does not
658     // trap either.  However, if we simply replace %U with undef using the
659     // current dead-operand-tracking mechanism, "load (select undef, undef,
660     // %other)" may trap because the select may return the first operand
661     // "undef".
662     if (Value *Result = foldPHINodeOrSelectInst(I)) {
663       if (Result == *U)
664         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
665         // through the PHI/select as if we had RAUW'ed it.
666         enqueueUsers(I);
667       else
668         // Otherwise the operand to the PHI/select is dead, and we can replace
669         // it with undef.
670         AS.DeadOperands.push_back(U);
671
672       return;
673     }
674
675     if (!IsOffsetKnown)
676       return PI.setAborted(&I);
677
678     // See if we already have computed info on this node.
679     uint64_t &Size = PHIOrSelectSizes[&I];
680     if (!Size) {
681       // This is a new PHI/Select, check for an unsafe use of it.
682       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&I, Size))
683         return PI.setAborted(UnsafeI);
684     }
685
686     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
687     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
688     // case them here and use a separate structure to track the operands
689     // themselves which should be replaced with undef.
690     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
691     // for address sanitization.
692     if (Offset.uge(AllocSize)) {
693       AS.DeadOperands.push_back(U);
694       return;
695     }
696
697     insertUse(I, Offset, Size);
698   }
699
700   void visitPHINode(PHINode &PN) {
701     visitPHINodeOrSelectInst(PN);
702   }
703
704   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
705     visitPHINodeOrSelectInst(SI);
706   }
707
708   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
709   void visitInstruction(Instruction &I) {
710     PI.setAborted(&I);
711   }
712 };
713
714 AllocaSlices::AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI)
715     :
716 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
717       AI(AI),
718 #endif
719       PointerEscapingInstr(nullptr) {
720   SliceBuilder PB(DL, AI, *this);
721   SliceBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
722   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
723     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
724     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaSlices.
725     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
726                                                   : PtrI.getAbortingInst();
727     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
728     return;
729   }
730
731   Slices.erase(std::remove_if(Slices.begin(), Slices.end(),
732                               std::mem_fun_ref(&Slice::isDead)),
733                Slices.end());
734
735 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
736   if (SROARandomShuffleSlices) {
737     std::mt19937 MT(static_cast<unsigned>(sys::TimeValue::now().msec()));
738     std::shuffle(Slices.begin(), Slices.end(), MT);
739   }
740 #endif
741
742   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
743   // and the sizes to be in descending order.
744   std::sort(Slices.begin(), Slices.end());
745 }
746
747 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
748
749 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
750                          StringRef Indent) const {
751   printSlice(OS, I, Indent);
752   printUse(OS, I, Indent);
753 }
754
755 void AllocaSlices::printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
756                               StringRef Indent) const {
757   OS << Indent << "[" << I->beginOffset() << "," << I->endOffset() << ")"
758      << " slice #" << (I - begin())
759      << (I->isSplittable() ? " (splittable)" : "") << "\n";
760 }
761
762 void AllocaSlices::printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
763                             StringRef Indent) const {
764   OS << Indent << "  used by: " << *I->getUse()->getUser() << "\n";
765 }
766
767 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS) const {
768   if (PointerEscapingInstr) {
769     OS << "Can't analyze slices for alloca: " << AI << "\n"
770        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
771        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
772     return;
773   }
774
775   OS << "Slices of alloca: " << AI << "\n";
776   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
777     print(OS, I);
778 }
779
780 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump(const_iterator I) const {
781   print(dbgs(), I);
782 }
783 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump() const { print(dbgs()); }
784
785 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
786
787 namespace {
788 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
789 ///
790 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
791 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
792 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
793 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
794 /// scalar values.
795 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
796   AllocaInst &AI;
797   DIBuilder &DIB;
798
799   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
800   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
801
802 public:
803   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction *> &Insts, SSAUpdater &S,
804                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
805       : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
806
807   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
808     // Retain the debug information attached to the alloca for use when
809     // rewriting loads and stores.
810     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
811       for (User *U : DebugNode->users())
812         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(U))
813           DDIs.push_back(DDI);
814         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(U))
815           DVIs.push_back(DVI);
816     }
817
818     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
819
820     // While we have the debug information, clear it off of the alloca. The
821     // caller takes care of deleting the alloca.
822     while (!DDIs.empty())
823       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
824     while (!DVIs.empty())
825       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
826   }
827
828   bool isInstInList(Instruction *I,
829                     const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const override {
830     Value *Ptr;
831     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
832       Ptr = LI->getOperand(0);
833     else
834       Ptr = cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
835
836     // Only used to detect cycles, which will be rare and quickly found as
837     // we're walking up a chain of defs rather than down through uses.
838     SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
839
840     do {
841       if (Ptr == &AI)
842         return true;
843
844       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Ptr))
845         Ptr = BCI->getOperand(0);
846       else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
847         Ptr = GEPI->getPointerOperand();
848       else
849         return false;
850
851     } while (Visited.insert(Ptr));
852
853     return false;
854   }
855
856   void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const override {
857     for (DbgDeclareInst *DDI : DDIs)
858       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
859         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
860       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
861         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
862     for (DbgValueInst *DVI : DVIs) {
863       Value *Arg = nullptr;
864       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
865         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
866         // may be zapped by an optimization pass in future.
867         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
868           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
869         else if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
870           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
871         if (!Arg)
872           Arg = SI->getValueOperand();
873       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
874         Arg = LI->getPointerOperand();
875       } else {
876         continue;
877       }
878       Instruction *DbgVal =
879           DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
880                                       DIExpression(DVI->getExpression()), Inst);
881       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
882     }
883   }
884 };
885 } // end anon namespace
886
887
888 namespace {
889 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
890 ///
891 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
892 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
893 /// a few steps to this process.
894 ///
895 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
896 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
897 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
898 ///    as necessary and try to isolate individual scalar accesses.
899 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
900 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
901 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
902 ///    select to be a PHI or select of the results.
903 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
904 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
905 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
906 ///    SSA vector values.
907 class SROA : public FunctionPass {
908   const bool RequiresDomTree;
909
910   LLVMContext *C;
911   const DataLayout *DL;
912   DominatorTree *DT;
913   AssumptionTracker *AT;
914
915   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
916   ///
917   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
918   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
919   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
920   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
921   /// already present to ensure it is re-visited.
922   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
923
924   /// \brief A collection of instructions to delete.
925   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
926   /// efficient.
927   SetVector<Instruction *, SmallVector<Instruction *, 8> > DeadInsts;
928
929   /// \brief Post-promotion worklist.
930   ///
931   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
932   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
933   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
934   ///
935   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
936   /// the event they are deleted.
937   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
938
939   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
940   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
941
942   /// \brief A worklist of PHIs to speculate prior to promoting allocas.
943   ///
944   /// All of these PHIs have been checked for the safety of speculation and by
945   /// being speculated will allow promoting allocas currently in the promotable
946   /// queue.
947   SetVector<PHINode *, SmallVector<PHINode *, 2> > SpeculatablePHIs;
948
949   /// \brief A worklist of select instructions to speculate prior to promoting
950   /// allocas.
951   ///
952   /// All of these select instructions have been checked for the safety of
953   /// speculation and by being speculated will allow promoting allocas
954   /// currently in the promotable queue.
955   SetVector<SelectInst *, SmallVector<SelectInst *, 2> > SpeculatableSelects;
956
957 public:
958   SROA(bool RequiresDomTree = true)
959       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
960         C(nullptr), DL(nullptr), DT(nullptr) {
961     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
962   }
963   bool runOnFunction(Function &F) override;
964   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
965
966   const char *getPassName() const override { return "SROA"; }
967   static char ID;
968
969 private:
970   friend class PHIOrSelectSpeculator;
971   friend class AllocaSliceRewriter;
972
973   bool rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS,
974                         AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
975                         int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
976                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses);
977   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS);
978   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
979   void clobberUse(Use &U);
980   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSetImpl<AllocaInst *> &DeletedAllocas);
981   bool promoteAllocas(Function &F);
982 };
983 }
984
985 char SROA::ID = 0;
986
987 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
988   return new SROA(RequiresDomTree);
989 }
990
991 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
992                       false, false)
993 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionTracker)
994 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
995 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
996                     false, false)
997
998 /// Walk the range of a partitioning looking for a common type to cover this
999 /// sequence of slices.
1000 static Type *findCommonType(AllocaSlices::const_iterator B,
1001                             AllocaSlices::const_iterator E,
1002                             uint64_t EndOffset) {
1003   Type *Ty = nullptr;
1004   bool TyIsCommon = true;
1005   IntegerType *ITy = nullptr;
1006
1007   // Note that we need to look at *every* alloca slice's Use to ensure we
1008   // always get consistent results regardless of the order of slices.
1009   for (AllocaSlices::const_iterator I = B; I != E; ++I) {
1010     Use *U = I->getUse();
1011     if (isa<IntrinsicInst>(*U->getUser()))
1012       continue;
1013     if (I->beginOffset() != B->beginOffset() || I->endOffset() != EndOffset)
1014       continue;
1015
1016     Type *UserTy = nullptr;
1017     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1018       UserTy = LI->getType();
1019     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1020       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1021     }
1022
1023     if (IntegerType *UserITy = dyn_cast_or_null<IntegerType>(UserTy)) {
1024       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
1025       // this for split integer operations where we want to use the type of the
1026       // entity causing the split. Also skip if the type is not a byte width
1027       // multiple.
1028       if (UserITy->getBitWidth() % 8 != 0 ||
1029           UserITy->getBitWidth() / 8 > (EndOffset - B->beginOffset()))
1030         continue;
1031
1032       // Track the largest bitwidth integer type used in this way in case there
1033       // is no common type.
1034       if (!ITy || ITy->getBitWidth() < UserITy->getBitWidth())
1035         ITy = UserITy;
1036     }
1037
1038     // To avoid depending on the order of slices, Ty and TyIsCommon must not
1039     // depend on types skipped above.
1040     if (!UserTy || (Ty && Ty != UserTy))
1041       TyIsCommon = false; // Give up on anything but an iN type.
1042     else
1043       Ty = UserTy;
1044   }
1045
1046   return TyIsCommon ? Ty : ITy;
1047 }
1048
1049 /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1050 /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1051 /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1052 /// From this:
1053 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1054 ///   %V = load i32* %P2
1055 /// to:
1056 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1057 ///   ...
1058 ///   %V2 = load i32* %Other
1059 ///   ...
1060 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1061 ///
1062 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1063 /// to the select can be loaded unconditionally.
1064 ///
1065 /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1066 /// Transforms/Util/Local.h
1067 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN,
1068                                  const DataLayout *DL = nullptr) {
1069   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1070   // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1071   // TODO: Allow recursive phi users.
1072   // TODO: Allow stores.
1073   BasicBlock *BB = PN.getParent();
1074   unsigned MaxAlign = 0;
1075   bool HaveLoad = false;
1076   for (User *U : PN.users()) {
1077     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1078     if (!LI || !LI->isSimple())
1079       return false;
1080
1081     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1082     // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1083     // a PHI.
1084     if (LI->getParent() != BB)
1085       return false;
1086
1087     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1088     // could store.
1089     for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1090       if (BBI->mayWriteToMemory())
1091         return false;
1092
1093     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1094     HaveLoad = true;
1095   }
1096
1097   if (!HaveLoad)
1098     return false;
1099
1100   // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1101   // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1102   // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1103   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1104     TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1105     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1106
1107     // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1108     // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1109     // in the predecessor.
1110     if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1111       return false;
1112
1113     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1114     // critical.
1115     if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1116       continue;
1117
1118     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1119     // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1120     // block.
1121     if (InVal->isDereferenceablePointer(DL) ||
1122         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, DL))
1123       continue;
1124
1125     return false;
1126   }
1127
1128   return true;
1129 }
1130
1131 static void speculatePHINodeLoads(PHINode &PN) {
1132   DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1133
1134   Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1135   IRBuilderTy PHIBuilder(&PN);
1136   PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1137                                         PN.getName() + ".sroa.speculated");
1138
1139   // Get the AA tags and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1140   // matter which one we get and if any differ.
1141   LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1142
1143   AAMDNodes AATags;
1144   SomeLoad->getAAMetadata(AATags);
1145   unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1146
1147   // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1148   while (!PN.use_empty()) {
1149     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1150     LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1151     LI->eraseFromParent();
1152   }
1153
1154   // Inject loads into all of the pred blocks.
1155   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1156     BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1157     TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1158     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1159     IRBuilderTy PredBuilder(TI);
1160
1161     LoadInst *Load = PredBuilder.CreateLoad(
1162         InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." + Pred->getName()));
1163     ++NumLoadsSpeculated;
1164     Load->setAlignment(Align);
1165     if (AATags)
1166       Load->setAAMetadata(AATags);
1167     NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1168   }
1169
1170   DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1171   PN.eraseFromParent();
1172 }
1173
1174 /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1175 /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1176 /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1177 /// From this:
1178 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1179 ///   %V = load i32* %P2
1180 /// to:
1181 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1182 ///   %V2 = load i32* %Other
1183 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1184 ///
1185 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1186 /// to the select can be loaded unconditionally.
1187 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
1188                                     const DataLayout *DL = nullptr) {
1189   Value *TValue = SI.getTrueValue();
1190   Value *FValue = SI.getFalseValue();
1191   bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer(DL);
1192   bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer(DL);
1193
1194   for (User *U : SI.users()) {
1195     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1196     if (!LI || !LI->isSimple())
1197       return false;
1198
1199     // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1200     // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1201     // accesses to it.
1202     if (!TDerefable &&
1203         !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1204       return false;
1205     if (!FDerefable &&
1206         !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1207       return false;
1208   }
1209
1210   return true;
1211 }
1212
1213 static void speculateSelectInstLoads(SelectInst &SI) {
1214   DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1215
1216   IRBuilderTy IRB(&SI);
1217   Value *TV = SI.getTrueValue();
1218   Value *FV = SI.getFalseValue();
1219   // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1220   while (!SI.use_empty()) {
1221     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI.user_back());
1222     assert(LI->isSimple() && "We only speculate simple loads");
1223
1224     IRB.SetInsertPoint(LI);
1225     LoadInst *TL =
1226         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1227     LoadInst *FL =
1228         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1229     NumLoadsSpeculated += 2;
1230
1231     // Transfer alignment and AA info if present.
1232     TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1233     FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1234
1235     AAMDNodes Tags;
1236     LI->getAAMetadata(Tags);
1237     if (Tags) {
1238       TL->setAAMetadata(Tags);
1239       FL->setAAMetadata(Tags);
1240     }
1241
1242     Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1243                                 LI->getName() + ".sroa.speculated");
1244
1245     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1246     LI->replaceAllUsesWith(V);
1247     LI->eraseFromParent();
1248   }
1249   SI.eraseFromParent();
1250 }
1251
1252 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1253 ///
1254 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1255 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1256 static Value *buildGEP(IRBuilderTy &IRB, Value *BasePtr,
1257                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices, Twine NamePrefix) {
1258   if (Indices.empty())
1259     return BasePtr;
1260
1261   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1262   // in that case.
1263   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1264     return BasePtr;
1265
1266   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, NamePrefix + "sroa_idx");
1267 }
1268
1269 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1270 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1271 ///
1272 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1273 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1274 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1275 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1276 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1277 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1278 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1279                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1280                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1281                                     Twine NamePrefix) {
1282   if (Ty == TargetTy)
1283     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1284
1285   // Pointer size to use for the indices.
1286   unsigned PtrSize = DL.getPointerTypeSizeInBits(BasePtr->getType());
1287
1288   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1289   // type.
1290   unsigned NumLayers = 0;
1291   Type *ElementTy = Ty;
1292   do {
1293     if (ElementTy->isPointerTy())
1294       break;
1295
1296     if (ArrayType *ArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(ElementTy)) {
1297       ElementTy = ArrayTy->getElementType();
1298       Indices.push_back(IRB.getIntN(PtrSize, 0));
1299     } else if (VectorType *VectorTy = dyn_cast<VectorType>(ElementTy)) {
1300       ElementTy = VectorTy->getElementType();
1301       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1302     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1303       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1304         break; // Nothing left to descend into.
1305       ElementTy = *STy->element_begin();
1306       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1307     } else {
1308       break;
1309     }
1310     ++NumLayers;
1311   } while (ElementTy != TargetTy);
1312   if (ElementTy != TargetTy)
1313     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1314
1315   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1316 }
1317
1318 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1319 ///
1320 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1321 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1322 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1323                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1324                                        Type *TargetTy,
1325                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1326                                        Twine NamePrefix) {
1327   if (Offset == 0)
1328     return getNaturalGEPWithType(IRB, DL, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1329
1330   // We can't recurse through pointer types.
1331   if (Ty->isPointerTy())
1332     return nullptr;
1333
1334   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1335   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1336   // over a vector from the IR completely.
1337   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1338     unsigned ElementSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1339     if (ElementSizeInBits % 8 != 0) {
1340       // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1341       return nullptr;
1342     }
1343     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1344     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1345     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1346       return nullptr;
1347     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1348     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1349     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, VecTy->getElementType(),
1350                                     Offset, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1351   }
1352
1353   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1354     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1355     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1356     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1357     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1358       return nullptr;
1359
1360     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1361     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1362     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1363                                     Indices, NamePrefix);
1364   }
1365
1366   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1367   if (!STy)
1368     return nullptr;
1369
1370   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1371   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1372   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1373     return nullptr;
1374   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1375   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1376   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1377   if (Offset.uge(DL.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1378     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
1379
1380   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1381   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1382                                   Indices, NamePrefix);
1383 }
1384
1385 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1386 /// resulting in a particular type.
1387 ///
1388 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1389 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1390 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1391 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1392 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1393 ///
1394 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1395 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1396                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1397                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1398                                       Twine NamePrefix) {
1399   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1400
1401   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1402   // an i8.
1403   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy(Ty->getAddressSpace()) && TargetTy->isIntegerTy(8))
1404     return nullptr;
1405
1406   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1407   if (!ElementTy->isSized())
1408     return nullptr; // We can't GEP through an unsized element.
1409   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1410   if (ElementSize == 0)
1411     return nullptr; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1412   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1413
1414   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1415   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1416   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1417                                   Indices, NamePrefix);
1418 }
1419
1420 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1421 /// resulting pointer has PointerTy.
1422 ///
1423 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1424 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1425 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1426 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1427 /// bitcast to the type.
1428 ///
1429 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1430 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1431 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1432 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1433 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1434 /// surrounding code.
1435 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL, Value *Ptr,
1436                              APInt Offset, Type *PointerTy,
1437                              Twine NamePrefix) {
1438   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1439   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1440   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1441   Visited.insert(Ptr);
1442   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1443
1444   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1445   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1446   // fall back to it, so keep it around here.
1447   Value *OffsetPtr = nullptr;
1448
1449   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1450   // byte offset.
1451   Value *Int8Ptr = nullptr;
1452   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1453
1454   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1455
1456   do {
1457     // First fold any existing GEPs into the offset.
1458     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1459       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1460       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
1461         break;
1462       Offset += GEPOffset;
1463       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1464       if (!Visited.insert(Ptr))
1465         break;
1466     }
1467
1468     // See if we can perform a natural GEP here.
1469     Indices.clear();
1470     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, DL, Ptr, Offset, TargetTy,
1471                                            Indices, NamePrefix)) {
1472       if (P->getType() == PointerTy) {
1473         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1474         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1475           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1476             I->eraseFromParent();
1477         return P;
1478       }
1479       if (!OffsetPtr) {
1480         OffsetPtr = P;
1481       }
1482     }
1483
1484     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1485     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1486       Int8Ptr = Ptr;
1487       Int8PtrOffset = Offset;
1488     }
1489
1490     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1491     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1492       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1493     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1494       if (GA->mayBeOverridden())
1495         break;
1496       Ptr = GA->getAliasee();
1497     } else {
1498       break;
1499     }
1500     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1501   } while (Visited.insert(Ptr));
1502
1503   if (!OffsetPtr) {
1504     if (!Int8Ptr) {
1505       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(
1506           Ptr, IRB.getInt8PtrTy(PointerTy->getPointerAddressSpace()),
1507           NamePrefix + "sroa_raw_cast");
1508       Int8PtrOffset = Offset;
1509     }
1510
1511     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1512       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1513                             NamePrefix + "sroa_raw_idx");
1514   }
1515   Ptr = OffsetPtr;
1516
1517   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1518   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1519     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, NamePrefix + "sroa_cast");
1520
1521   return Ptr;
1522 }
1523
1524 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1525 ///
1526 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1527 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1528 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1529 /// underlying value, and convert that value.
1530 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1531   if (OldTy == NewTy)
1532     return true;
1533   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1534     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1535       if (NewITy->getBitWidth() >= OldITy->getBitWidth())
1536         return true;
1537   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1538     return false;
1539   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1540     return false;
1541
1542   // We can convert pointers to integers and vice-versa. Same for vectors
1543   // of pointers and integers.
1544   OldTy = OldTy->getScalarType();
1545   NewTy = NewTy->getScalarType();
1546   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1547     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
1548       return true;
1549     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
1550       return true;
1551     return false;
1552   }
1553
1554   return true;
1555 }
1556
1557 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1558 /// type.
1559 ///
1560 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1561 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1562 /// two types for viability with this routine.
1563 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1564                            Type *NewTy) {
1565   Type *OldTy = V->getType();
1566   assert(canConvertValue(DL, OldTy, NewTy) && "Value not convertable to type");
1567
1568   if (OldTy == NewTy)
1569     return V;
1570
1571   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1572     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1573       if (NewITy->getBitWidth() > OldITy->getBitWidth())
1574         return IRB.CreateZExt(V, NewITy);
1575
1576   // See if we need inttoptr for this type pair. A cast involving both scalars
1577   // and vectors requires and additional bitcast.
1578   if (OldTy->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1579       NewTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
1580     // Expand <2 x i32> to i8* --> <2 x i32> to i64 to i8*
1581     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1582       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1583                                 NewTy);
1584
1585     // Expand i128 to <2 x i8*> --> i128 to <2 x i64> to <2 x i8*>
1586     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1587       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1588                                 NewTy);
1589
1590     return IRB.CreateIntToPtr(V, NewTy);
1591   }
1592
1593   // See if we need ptrtoint for this type pair. A cast involving both scalars
1594   // and vectors requires and additional bitcast.
1595   if (OldTy->getScalarType()->isPointerTy() &&
1596       NewTy->getScalarType()->isIntegerTy()) {
1597     // Expand <2 x i8*> to i128 --> <2 x i8*> to <2 x i64> to i128
1598     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1599       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1600                                NewTy);
1601
1602     // Expand i8* to <2 x i32> --> i8* to i64 to <2 x i32>
1603     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1604       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1605                                NewTy);
1606
1607     return IRB.CreatePtrToInt(V, NewTy);
1608   }
1609
1610   return IRB.CreateBitCast(V, NewTy);
1611 }
1612
1613 /// \brief Test whether the given slice use can be promoted to a vector.
1614 ///
1615 /// This function is called to test each entry in a partioning which is slated
1616 /// for a single slice.
1617 static bool
1618 isVectorPromotionViableForSlice(const DataLayout &DL, uint64_t SliceBeginOffset,
1619                                 uint64_t SliceEndOffset, VectorType *Ty,
1620                                 uint64_t ElementSize, const Slice &S) {
1621   // First validate the slice offsets.
1622   uint64_t BeginOffset =
1623       std::max(S.beginOffset(), SliceBeginOffset) - SliceBeginOffset;
1624   uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1625   if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1626       BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1627     return false;
1628   uint64_t EndOffset =
1629       std::min(S.endOffset(), SliceEndOffset) - SliceBeginOffset;
1630   uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1631   if (EndIndex * ElementSize != EndOffset || EndIndex > Ty->getNumElements())
1632     return false;
1633
1634   assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1635   uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1636   Type *SliceTy = (NumElements == 1)
1637                       ? Ty->getElementType()
1638                       : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1639
1640   Type *SplitIntTy =
1641       Type::getIntNTy(Ty->getContext(), NumElements * ElementSize * 8);
1642
1643   Use *U = S.getUse();
1644
1645   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1646     if (MI->isVolatile())
1647       return false;
1648     if (!S.isSplittable())
1649       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1650   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1651     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1652         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1653       return false;
1654   } else if (U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1655     // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1656     return false;
1657   } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1658     if (LI->isVolatile())
1659       return false;
1660     Type *LTy = LI->getType();
1661     if (SliceBeginOffset > S.beginOffset() || SliceEndOffset < S.endOffset()) {
1662       assert(LTy->isIntegerTy());
1663       LTy = SplitIntTy;
1664     }
1665     if (!canConvertValue(DL, SliceTy, LTy))
1666       return false;
1667   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1668     if (SI->isVolatile())
1669       return false;
1670     Type *STy = SI->getValueOperand()->getType();
1671     if (SliceBeginOffset > S.beginOffset() || SliceEndOffset < S.endOffset()) {
1672       assert(STy->isIntegerTy());
1673       STy = SplitIntTy;
1674     }
1675     if (!canConvertValue(DL, STy, SliceTy))
1676       return false;
1677   } else {
1678     return false;
1679   }
1680
1681   return true;
1682 }
1683
1684 /// \brief Test whether the given alloca partitioning and range of slices can be
1685 /// promoted to a vector.
1686 ///
1687 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1688 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1689 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1690 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1691 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1692 /// be promotable, so we have an early test here.
1693 static bool
1694 isVectorPromotionViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy,
1695                         uint64_t SliceBeginOffset, uint64_t SliceEndOffset,
1696                         AllocaSlices::const_range Slices,
1697                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1698   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
1699   if (!Ty)
1700     return false;
1701
1702   uint64_t ElementSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
1703
1704   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1705   // that aren't byte sized.
1706   if (ElementSize % 8)
1707     return false;
1708   assert((DL.getTypeSizeInBits(Ty) % 8) == 0 &&
1709          "vector size not a multiple of element size?");
1710   ElementSize /= 8;
1711
1712   for (const auto &S : Slices)
1713     if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, SliceBeginOffset, SliceEndOffset,
1714                                          Ty, ElementSize, S))
1715       return false;
1716
1717   for (const auto &SI : SplitUses)
1718     if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, SliceBeginOffset, SliceEndOffset,
1719                                          Ty, ElementSize, *SI))
1720       return false;
1721
1722   return true;
1723 }
1724
1725 /// \brief Test whether a slice of an alloca is valid for integer widening.
1726 ///
1727 /// This implements the necessary checking for the \c isIntegerWideningViable
1728 /// test below on a single slice of the alloca.
1729 static bool isIntegerWideningViableForSlice(const DataLayout &DL,
1730                                             Type *AllocaTy,
1731                                             uint64_t AllocBeginOffset,
1732                                             uint64_t Size,
1733                                             const Slice &S,
1734                                             bool &WholeAllocaOp) {
1735   uint64_t RelBegin = S.beginOffset() - AllocBeginOffset;
1736   uint64_t RelEnd = S.endOffset() - AllocBeginOffset;
1737
1738   // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
1739   // the end of the aloca's type and into its padding.
1740   if (RelEnd > Size)
1741     return false;
1742
1743   Use *U = S.getUse();
1744
1745   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1746     if (LI->isVolatile())
1747       return false;
1748     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1749       WholeAllocaOp = true;
1750     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
1751       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1752         return false;
1753     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1754                !canConvertValue(DL, AllocaTy, LI->getType())) {
1755       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
1756       // they are promotable.
1757       return false;
1758     }
1759   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1760     Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
1761     if (SI->isVolatile())
1762       return false;
1763     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1764       WholeAllocaOp = true;
1765     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
1766       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1767         return false;
1768     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1769                !canConvertValue(DL, ValueTy, AllocaTy)) {
1770       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
1771       // they are promotable.
1772       return false;
1773     }
1774   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1775     if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
1776       return false;
1777     if (!S.isSplittable())
1778       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1779   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1780     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1781         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1782       return false;
1783   } else {
1784     return false;
1785   }
1786
1787   return true;
1788 }
1789
1790 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
1791 /// widened to promotable ones.
1792 ///
1793 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
1794 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
1795 /// promote the resulting alloca.
1796 static bool
1797 isIntegerWideningViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy,
1798                         uint64_t AllocBeginOffset,
1799                         AllocaSlices::const_range Slices,
1800                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1801   uint64_t SizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
1802   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
1803   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
1804     return false;
1805
1806   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
1807   if (SizeInBits != DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
1808     return false;
1809
1810   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
1811   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
1812   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
1813   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
1814   if (!canConvertValue(DL, AllocaTy, IntTy) ||
1815       !canConvertValue(DL, IntTy, AllocaTy))
1816     return false;
1817
1818   uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(AllocaTy);
1819
1820   // While examining uses, we ensure that the alloca has a covering load or
1821   // store. We don't want to widen the integer operations only to fail to
1822   // promote due to some other unsplittable entry (which we may make splittable
1823   // later). However, if there are only splittable uses, go ahead and assume
1824   // that we cover the alloca.
1825   bool WholeAllocaOp =
1826       Slices.begin() != Slices.end() ? false : DL.isLegalInteger(SizeInBits);
1827
1828   for (const auto &S : Slices)
1829     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1830                                          S, WholeAllocaOp))
1831       return false;
1832
1833   for (const auto &SI : SplitUses)
1834     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1835                                          *SI, WholeAllocaOp))
1836       return false;
1837
1838   return WholeAllocaOp;
1839 }
1840
1841 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1842                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
1843                              const Twine &Name) {
1844   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1845   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
1846   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1847          "Element extends past full value");
1848   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1849   if (DL.isBigEndian())
1850     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1851   if (ShAmt) {
1852     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
1853     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1854   }
1855   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1856          "Cannot extract to a larger integer!");
1857   if (Ty != IntTy) {
1858     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
1859     DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
1860   }
1861   return V;
1862 }
1863
1864 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *Old,
1865                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
1866   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
1867   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
1868   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1869          "Cannot insert a larger integer!");
1870   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1871   if (Ty != IntTy) {
1872     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
1873     DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
1874   }
1875   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1876          "Element store outside of alloca store");
1877   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1878   if (DL.isBigEndian())
1879     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1880   if (ShAmt) {
1881     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
1882     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1883   }
1884
1885   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
1886     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
1887     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
1888     DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
1889     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
1890     DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
1891   }
1892   return V;
1893 }
1894
1895 static Value *extractVector(IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1896                             unsigned BeginIndex, unsigned EndIndex,
1897                             const Twine &Name) {
1898   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
1899   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1900   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
1901
1902   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
1903     return V;
1904
1905   if (NumElements == 1) {
1906     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1907                                  Name + ".extract");
1908     DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
1909     return V;
1910   }
1911
1912   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1913   Mask.reserve(NumElements);
1914   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
1915     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
1916   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1917                               ConstantVector::get(Mask),
1918                               Name + ".extract");
1919   DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
1920   return V;
1921 }
1922
1923 static Value *insertVector(IRBuilderTy &IRB, Value *Old, Value *V,
1924                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
1925   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
1926   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
1927
1928   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
1929   if (!Ty) {
1930     // Single element to insert.
1931     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1932                                 Name + ".insert");
1933     DEBUG(dbgs() <<  "     insert: " << *V << "\n");
1934     return V;
1935   }
1936
1937   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
1938          "Too many elements!");
1939   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
1940     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
1941     return V;
1942   }
1943   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
1944
1945   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
1946   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
1947   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
1948   // incoming vector.
1949   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1950   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
1951   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1952     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
1953       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
1954     else
1955       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
1956   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1957                               ConstantVector::get(Mask),
1958                               Name + ".expand");
1959   DEBUG(dbgs() << "    shuffle: " << *V << "\n");
1960
1961   Mask.clear();
1962   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1963     Mask.push_back(IRB.getInt1(i >= BeginIndex && i < EndIndex));
1964
1965   V = IRB.CreateSelect(ConstantVector::get(Mask), V, Old, Name + "blend");
1966
1967   DEBUG(dbgs() << "    blend: " << *V << "\n");
1968   return V;
1969 }
1970
1971 namespace {
1972 /// \brief Visitor to rewrite instructions using p particular slice of an alloca
1973 /// to use a new alloca.
1974 ///
1975 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
1976 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
1977 /// lives here.
1978 class AllocaSliceRewriter : public InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> {
1979   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1980   friend class llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
1981   typedef llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> Base;
1982
1983   const DataLayout &DL;
1984   AllocaSlices &AS;
1985   SROA &Pass;
1986   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
1987   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
1988   Type *NewAllocaTy;
1989
1990   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
1991   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
1992   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
1993   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
1994   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
1995   //     element.
1996   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
1997   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
1998   //     which are promotable via mem2reg.
1999   VectorType *VecTy;
2000   Type *ElementTy;
2001   uint64_t ElementSize;
2002
2003   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2004   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
2005   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
2006   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2007   IntegerType *IntTy;
2008
2009   // The original offset of the slice currently being rewritten relative to
2010   // the original alloca.
2011   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
2012   // The new offsets of the slice currently being rewritten relative to the
2013   // original alloca.
2014   uint64_t NewBeginOffset, NewEndOffset;
2015
2016   uint64_t SliceSize;
2017   bool IsSplittable;
2018   bool IsSplit;
2019   Use *OldUse;
2020   Instruction *OldPtr;
2021
2022   // Track post-rewrite users which are PHI nodes and Selects.
2023   SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers;
2024   SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers;
2025
2026   // Utility IR builder, whose name prefix is setup for each visited use, and
2027   // the insertion point is set to point to the user.
2028   IRBuilderTy IRB;
2029
2030 public:
2031   AllocaSliceRewriter(const DataLayout &DL, AllocaSlices &AS, SROA &Pass,
2032                       AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2033                       uint64_t NewAllocaBeginOffset,
2034                       uint64_t NewAllocaEndOffset, bool IsVectorPromotable,
2035                       bool IsIntegerPromotable,
2036                       SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers,
2037                       SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers)
2038       : DL(DL), AS(AS), Pass(Pass), OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2039         NewAllocaBeginOffset(NewAllocaBeginOffset),
2040         NewAllocaEndOffset(NewAllocaEndOffset),
2041         NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
2042         VecTy(IsVectorPromotable ? cast<VectorType>(NewAllocaTy) : nullptr),
2043         ElementTy(VecTy ? VecTy->getElementType() : nullptr),
2044         ElementSize(VecTy ? DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8 : 0),
2045         IntTy(IsIntegerPromotable
2046                   ? Type::getIntNTy(
2047                         NewAI.getContext(),
2048                         DL.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()))
2049                   : nullptr),
2050         BeginOffset(), EndOffset(), IsSplittable(), IsSplit(), OldUse(),
2051         OldPtr(), PHIUsers(PHIUsers), SelectUsers(SelectUsers),
2052         IRB(NewAI.getContext(), ConstantFolder()) {
2053     if (VecTy) {
2054       assert((DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) % 8) == 0 &&
2055              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2056       ++NumVectorized;
2057     }
2058     assert((!IsVectorPromotable && !IsIntegerPromotable) ||
2059            IsVectorPromotable != IsIntegerPromotable);
2060   }
2061
2062   bool visit(AllocaSlices::const_iterator I) {
2063     bool CanSROA = true;
2064     BeginOffset = I->beginOffset();
2065     EndOffset = I->endOffset();
2066     IsSplittable = I->isSplittable();
2067     IsSplit =
2068         BeginOffset < NewAllocaBeginOffset || EndOffset > NewAllocaEndOffset;
2069
2070     // Compute the intersecting offset range.
2071     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2072     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2073     NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2074     NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2075
2076     SliceSize = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2077
2078     OldUse = I->getUse();
2079     OldPtr = cast<Instruction>(OldUse->get());
2080
2081     Instruction *OldUserI = cast<Instruction>(OldUse->getUser());
2082     IRB.SetInsertPoint(OldUserI);
2083     IRB.SetCurrentDebugLocation(OldUserI->getDebugLoc());
2084     IRB.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) + ".");
2085
2086     CanSROA &= visit(cast<Instruction>(OldUse->getUser()));
2087     if (VecTy || IntTy)
2088       assert(CanSROA);
2089     return CanSROA;
2090   }
2091
2092 private:
2093   // Make sure the other visit overloads are visible.
2094   using Base::visit;
2095
2096   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2097   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2098     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2099     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2100   }
2101
2102   Value *getNewAllocaSlicePtr(IRBuilderTy &IRB, Type *PointerTy) {
2103     // Note that the offset computation can use BeginOffset or NewBeginOffset
2104     // interchangeably for unsplit slices.
2105     assert(IsSplit || BeginOffset == NewBeginOffset);
2106     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2107
2108 #ifndef NDEBUG
2109     StringRef OldName = OldPtr->getName();
2110     // Skip through the last '.sroa.' component of the name.
2111     size_t LastSROAPrefix = OldName.rfind(".sroa.");
2112     if (LastSROAPrefix != StringRef::npos) {
2113       OldName = OldName.substr(LastSROAPrefix + strlen(".sroa."));
2114       // Look for an SROA slice index.
2115       size_t IndexEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2116       if (IndexEnd != StringRef::npos && OldName[IndexEnd] == '.') {
2117         // Strip the index and look for the offset.
2118         OldName = OldName.substr(IndexEnd + 1);
2119         size_t OffsetEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2120         if (OffsetEnd != StringRef::npos && OldName[OffsetEnd] == '.')
2121           // Strip the offset.
2122           OldName = OldName.substr(OffsetEnd + 1);
2123       }
2124     }
2125     // Strip any SROA suffixes as well.
2126     OldName = OldName.substr(0, OldName.find(".sroa_"));
2127 #endif
2128
2129     return getAdjustedPtr(IRB, DL, &NewAI,
2130                           APInt(DL.getPointerSizeInBits(), Offset), PointerTy,
2131 #ifndef NDEBUG
2132                           Twine(OldName) + "."
2133 #else
2134                           Twine()
2135 #endif
2136                           );
2137   }
2138
2139   /// \brief Compute suitable alignment to access this slice of the *new* alloca.
2140   ///
2141   /// You can optionally pass a type to this routine and if that type's ABI
2142   /// alignment is itself suitable, this will return zero.
2143   unsigned getSliceAlign(Type *Ty = nullptr) {
2144     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2145     if (!NewAIAlign)
2146       NewAIAlign = DL.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2147     unsigned Align = MinAlign(NewAIAlign, NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2148     return (Ty && Align == DL.getABITypeAlignment(Ty)) ? 0 : Align;
2149   }
2150
2151   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
2152     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2153     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2154     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2155     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2156     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2157     return Index;
2158   }
2159
2160   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2161     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2162     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2163       Pass.DeadInsts.insert(I);
2164   }
2165
2166   Value *rewriteVectorizedLoadInst() {
2167     unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2168     unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2169     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2170
2171     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2172                                      "load");
2173     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2174   }
2175
2176   Value *rewriteIntegerLoad(LoadInst &LI) {
2177     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2178     assert(!LI.isVolatile());
2179     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2180                                      "load");
2181     V = convertValue(DL, IRB, V, IntTy);
2182     assert(NewBeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2183     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2184     if (Offset > 0 || NewEndOffset < NewAllocaEndOffset)
2185       V = extractInteger(DL, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2186                          "extract");
2187     return V;
2188   }
2189
2190   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2191     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2192     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2193     assert(OldOp == OldPtr);
2194
2195     Type *TargetTy = IsSplit ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), SliceSize * 8)
2196                              : LI.getType();
2197     bool IsPtrAdjusted = false;
2198     Value *V;
2199     if (VecTy) {
2200       V = rewriteVectorizedLoadInst();
2201     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2202       V = rewriteIntegerLoad(LI);
2203     } else if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2204                canConvertValue(DL, NewAllocaTy, LI.getType())) {
2205       V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2206                                 LI.isVolatile(), LI.getName());
2207     } else {
2208       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo();
2209       V = IRB.CreateAlignedLoad(getNewAllocaSlicePtr(IRB, LTy),
2210                                 getSliceAlign(TargetTy), LI.isVolatile(),
2211                                 LI.getName());
2212       IsPtrAdjusted = true;
2213     }
2214     V = convertValue(DL, IRB, V, TargetTy);
2215
2216     if (IsSplit) {
2217       assert(!LI.isVolatile());
2218       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2219              "Only integer type loads and stores are split");
2220       assert(SliceSize < DL.getTypeStoreSize(LI.getType()) &&
2221              "Split load isn't smaller than original load");
2222       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2223              DL.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2224              "Non-byte-multiple bit width");
2225       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2226       IRB.SetInsertPoint(std::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2227       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2228       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2229       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2230       // LI only used for this computation.
2231       Value *Placeholder
2232         = new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo()));
2233       V = insertInteger(DL, IRB, Placeholder, V, NewBeginOffset,
2234                         "insert");
2235       LI.replaceAllUsesWith(V);
2236       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2237       delete Placeholder;
2238     } else {
2239       LI.replaceAllUsesWith(V);
2240     }
2241
2242     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2243     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2244     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2245     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2246   }
2247
2248   bool rewriteVectorizedStoreInst(Value *V, StoreInst &SI, Value *OldOp) {
2249     if (V->getType() != VecTy) {
2250       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2251       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2252       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2253       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2254       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2255       Type *SliceTy =
2256           (NumElements == 1) ? ElementTy
2257                              : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2258       if (V->getType() != SliceTy)
2259         V = convertValue(DL, IRB, V, SliceTy);
2260
2261       // Mix in the existing elements.
2262       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2263                                          "load");
2264       V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, "vec");
2265     }
2266     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2267     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2268
2269     (void)Store;
2270     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2271     return true;
2272   }
2273
2274   bool rewriteIntegerStore(Value *V, StoreInst &SI) {
2275     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2276     assert(!SI.isVolatile());
2277     if (DL.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2278       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2279                                          "oldload");
2280       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2281       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2282       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2283       V = insertInteger(DL, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset,
2284                         "insert");
2285     }
2286     V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2287     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2288     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2289     (void)Store;
2290     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2291     return true;
2292   }
2293
2294   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2295     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2296     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2297     assert(OldOp == OldPtr);
2298
2299     Value *V = SI.getValueOperand();
2300
2301     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2302     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2303     if (V->getType()->isPointerTy())
2304       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2305         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2306
2307     if (SliceSize < DL.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2308       assert(!SI.isVolatile());
2309       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2310              "Only integer type loads and stores are split");
2311       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2312              DL.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2313              "Non-byte-multiple bit width");
2314       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), SliceSize * 8);
2315       V = extractInteger(DL, IRB, V, NarrowTy, NewBeginOffset,
2316                          "extract");
2317     }
2318
2319     if (VecTy)
2320       return rewriteVectorizedStoreInst(V, SI, OldOp);
2321     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2322       return rewriteIntegerStore(V, SI);
2323
2324     StoreInst *NewSI;
2325     if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2326         NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2327         canConvertValue(DL, V->getType(), NewAllocaTy)) {
2328       V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2329       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2330                                      SI.isVolatile());
2331     } else {
2332       Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, V->getType()->getPointerTo());
2333       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, NewPtr, getSliceAlign(V->getType()),
2334                                      SI.isVolatile());
2335     }
2336     (void)NewSI;
2337     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2338     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2339
2340     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2341     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2342   }
2343
2344   /// \brief Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2345   /// number of bytes.
2346   ///
2347   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2348   /// call this routine.
2349   /// FIXME: Heed the advice above.
2350   ///
2351   /// \param V The i8 value to splat.
2352   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2353   Value *getIntegerSplat(Value *V, unsigned Size) {
2354     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2355     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2356     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2357     if (Size == 1)
2358       return V;
2359
2360     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size*8);
2361     V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, "zext"),
2362                       ConstantExpr::getUDiv(
2363                         Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2364                         ConstantExpr::getZExt(
2365                           Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2366                           SplatIntTy)),
2367                       "isplat");
2368     return V;
2369   }
2370
2371   /// \brief Compute a vector splat for a given element value.
2372   Value *getVectorSplat(Value *V, unsigned NumElements) {
2373     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, "vsplat");
2374     DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2375     return V;
2376   }
2377
2378   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2379     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2380     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2381
2382     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2383     // pointer to the new alloca.
2384     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2385       assert(!IsSplit);
2386       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2387       II.setDest(getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()));
2388       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2389       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getSliceAlign()));
2390
2391       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2392       return false;
2393     }
2394
2395     // Record this instruction for deletion.
2396     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2397
2398     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2399     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2400
2401     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2402     // a single value type, just emit a memset.
2403     if (!VecTy && !IntTy &&
2404         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2405          EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2406          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(AllocaTy) ||
2407          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2408          !DL.isLegalInteger(DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)) ||
2409          DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)%8 != 0)) {
2410       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2411       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2412       CallInst *New = IRB.CreateMemSet(
2413           getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()), II.getValue(), Size,
2414           getSliceAlign(), II.isVolatile());
2415       (void)New;
2416       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2417       return false;
2418     }
2419
2420     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2421     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2422     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2423     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2424     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2425     Value *V;
2426
2427     if (VecTy) {
2428       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2429       assert(ElementTy == ScalarTy);
2430
2431       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2432       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2433       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2434       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2435       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2436
2437       Value *Splat =
2438           getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8);
2439       Splat = convertValue(DL, IRB, Splat, ElementTy);
2440       if (NumElements > 1)
2441         Splat = getVectorSplat(Splat, NumElements);
2442
2443       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2444                                          "oldload");
2445       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, "vec");
2446     } else if (IntTy) {
2447       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2448       // set integer.
2449       assert(!II.isVolatile());
2450
2451       uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2452       V = getIntegerSplat(II.getValue(), Size);
2453
2454       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2455                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2456         Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2457                                            "oldload");
2458         Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2459         uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2460         V = insertInteger(DL, IRB, Old, V, Offset, "insert");
2461       } else {
2462         assert(V->getType() == IntTy &&
2463                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2464       }
2465       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2466     } else {
2467       // Established these invariants above.
2468       assert(NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2469       assert(NewEndOffset == NewAllocaEndOffset);
2470
2471       V = getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) / 8);
2472       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2473         V = getVectorSplat(V, AllocaVecTy->getNumElements());
2474
2475       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2476     }
2477
2478     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2479                                         II.isVolatile());
2480     (void)New;
2481     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2482     return !II.isVolatile();
2483   }
2484
2485   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2486     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2487     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2488
2489     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2490
2491     bool IsDest = &II.getRawDestUse() == OldUse;
2492     assert((IsDest && II.getRawDest() == OldPtr) ||
2493            (!IsDest && II.getRawSource() == OldPtr));
2494
2495     unsigned SliceAlign = getSliceAlign();
2496
2497     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2498     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2499     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2500     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2501     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2502     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2503     // update both source and dest of a single call.
2504     if (!IsSplittable) {
2505       Value *AdjustedPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2506       if (IsDest)
2507         II.setDest(AdjustedPtr);
2508       else
2509         II.setSource(AdjustedPtr);
2510
2511       if (II.getAlignment() > SliceAlign) {
2512         Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2513         II.setAlignment(
2514             ConstantInt::get(CstTy, MinAlign(II.getAlignment(), SliceAlign)));
2515       }
2516
2517       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2518       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2519       return false;
2520     }
2521     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2522     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2523     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2524     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2525     // downsides to splitting and transforming the operations.
2526
2527     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2528     // a single value type, just emit a memcpy.
2529     bool EmitMemCpy =
2530         !VecTy && !IntTy &&
2531         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2532          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(NewAI.getAllocatedType()) ||
2533          !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2534
2535     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2536     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2537     // a no-op.
2538     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2539       // Ensure the start lines up.
2540       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2541
2542       // Rewrite the size as needed.
2543       if (NewEndOffset != EndOffset)
2544         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2545                                       NewEndOffset - NewBeginOffset));
2546       return false;
2547     }
2548     // Record this instruction for deletion.
2549     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2550
2551     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2552     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2553     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2554     if (AllocaInst *AI
2555           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets())) {
2556       assert(AI != &OldAI && AI != &NewAI &&
2557              "Splittable transfers cannot reach the same alloca on both ends.");
2558       Pass.Worklist.insert(AI);
2559     }
2560
2561     Type *OtherPtrTy = OtherPtr->getType();
2562     unsigned OtherAS = OtherPtrTy->getPointerAddressSpace();
2563
2564     // Compute the relative offset for the other pointer within the transfer.
2565     unsigned IntPtrWidth = DL.getPointerSizeInBits(OtherAS);
2566     APInt OtherOffset(IntPtrWidth, NewBeginOffset - BeginOffset);
2567     unsigned OtherAlign = MinAlign(II.getAlignment() ? II.getAlignment() : 1,
2568                                    OtherOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue());
2569
2570     if (EmitMemCpy) {
2571       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2572       // a single, simple GEP in most cases.
2573       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2574                                 OtherPtr->getName() + ".");
2575
2576       Value *OurPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2577       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2578       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2579
2580       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(
2581           IsDest ? OurPtr : OtherPtr, IsDest ? OtherPtr : OurPtr, Size,
2582           MinAlign(SliceAlign, OtherAlign), II.isVolatile());
2583       (void)New;
2584       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2585       return false;
2586     }
2587
2588     bool IsWholeAlloca = NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2589                          NewEndOffset == NewAllocaEndOffset;
2590     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2591     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(NewBeginOffset) : 0;
2592     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(NewEndOffset) : 0;
2593     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2594     IntegerType *SubIntTy
2595       = IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size*8) : nullptr;
2596
2597     // Reset the other pointer type to match the register type we're going to
2598     // use, but using the address space of the original other pointer.
2599     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
2600       if (NumElements == 1)
2601         OtherPtrTy = VecTy->getElementType();
2602       else
2603         OtherPtrTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
2604
2605       OtherPtrTy = OtherPtrTy->getPointerTo(OtherAS);
2606     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
2607       OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo(OtherAS);
2608     } else {
2609       OtherPtrTy = NewAllocaTy->getPointerTo(OtherAS);
2610     }
2611
2612     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2613                                    OtherPtr->getName() + ".");
2614     unsigned SrcAlign = OtherAlign;
2615     Value *DstPtr = &NewAI;
2616     unsigned DstAlign = SliceAlign;
2617     if (!IsDest) {
2618       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2619       std::swap(SrcAlign, DstAlign);
2620     }
2621
2622     Value *Src;
2623     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2624       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2625                                   "load");
2626       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2627     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2628       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2629                                   "load");
2630       Src = convertValue(DL, IRB, Src, IntTy);
2631       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2632       Src = extractInteger(DL, IRB, Src, SubIntTy, Offset, "extract");
2633     } else {
2634       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, SrcAlign, II.isVolatile(),
2635                                   "copyload");
2636     }
2637
2638     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2639       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2640                                          "oldload");
2641       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, "vec");
2642     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2643       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2644                                          "oldload");
2645       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2646       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2647       Src = insertInteger(DL, IRB, Old, Src, Offset, "insert");
2648       Src = convertValue(DL, IRB, Src, NewAllocaTy);
2649     }
2650
2651     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2652         IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, DstAlign, II.isVolatile()));
2653     (void)Store;
2654     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2655     return !II.isVolatile();
2656   }
2657
2658   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2659     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2660            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2661     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2662     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2663
2664     // Record this instruction for deletion.
2665     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2666
2667     ConstantInt *Size
2668       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2669                          NewEndOffset - NewBeginOffset);
2670     Value *Ptr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2671     Value *New;
2672     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2673       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2674     else
2675       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2676
2677     (void)New;
2678     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2679     return true;
2680   }
2681
2682   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2683     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2684     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "PHIs are unsplittable");
2685     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "PHIs are unsplittable");
2686
2687     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2688     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2689     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2690     // dominate the PHI.
2691     IRBuilderTy PtrBuilder(IRB);
2692     if (isa<PHINode>(OldPtr))
2693       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr->getParent()->getFirstInsertionPt());
2694     else
2695       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr);
2696     PtrBuilder.SetCurrentDebugLocation(OldPtr->getDebugLoc());
2697
2698     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2699     // Replace the operands which were using the old pointer.
2700     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
2701
2702     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2703     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2704
2705     // PHIs can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
2706     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
2707     // fully-rewritten alloca.
2708     PHIUsers.insert(&PN);
2709     return true;
2710   }
2711
2712   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2713     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2714     assert((SI.getTrueValue() == OldPtr || SI.getFalseValue() == OldPtr) &&
2715            "Pointer isn't an operand!");
2716     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Selects are unsplittable");
2717     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "Selects are unsplittable");
2718
2719     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2720     // Replace the operands which were using the old pointer.
2721     if (SI.getOperand(1) == OldPtr)
2722       SI.setOperand(1, NewPtr);
2723     if (SI.getOperand(2) == OldPtr)
2724       SI.setOperand(2, NewPtr);
2725
2726     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2727     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2728
2729     // Selects can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
2730     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
2731     // fully-rewritten alloca.
2732     SelectUsers.insert(&SI);
2733     return true;
2734   }
2735
2736 };
2737 }
2738
2739 namespace {
2740 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2741 ///
2742 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2743 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2744 /// with scalar loads and stores.
2745 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2746   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2747   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2748
2749   const DataLayout &DL;
2750
2751   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2752   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2753
2754   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2755   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2756
2757   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2758   /// value (as opposed to the user).
2759   Use *U;
2760
2761 public:
2762   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
2763
2764   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2765   /// it.
2766   bool rewrite(Instruction &I) {
2767     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2768     enqueueUsers(I);
2769     bool Changed = false;
2770     while (!Queue.empty()) {
2771       U = Queue.pop_back_val();
2772       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2773     }
2774     return Changed;
2775   }
2776
2777 private:
2778   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2779   /// This uses a set to de-duplicate users.
2780   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2781     for (Use &U : I.uses())
2782       if (Visited.insert(U.getUser()))
2783         Queue.push_back(&U);
2784   }
2785
2786   // Conservative default is to not rewrite anything.
2787   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2788
2789   /// \brief Generic recursive split emission class.
2790   template <typename Derived>
2791   class OpSplitter {
2792   protected:
2793     /// The builder used to form new instructions.
2794     IRBuilderTy IRB;
2795     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
2796     /// appropriate value within the aggregate.
2797     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2798     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
2799     /// within the aggregate.
2800     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2801     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
2802     /// split operations.
2803     Value *Ptr;
2804
2805     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
2806     /// single zero GEP index.
2807     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2808       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
2809
2810   public:
2811     /// \brief Generic recursive split emission routine.
2812     ///
2813     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2814     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2815     /// and emits that single value operation via the template argument.
2816     ///
2817     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
2818     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
2819     /// formatted differently (GEPs need actual values).
2820     ///
2821     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
2822     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
2823     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
2824     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2825       if (Ty->isSingleValueType())
2826         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
2827
2828       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2829         unsigned OldSize = Indices.size();
2830         (void)OldSize;
2831         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
2832              ++Idx) {
2833           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2834           Indices.push_back(Idx);
2835           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2836           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2837           GEPIndices.pop_back();
2838           Indices.pop_back();
2839         }
2840         return;
2841       }
2842
2843       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2844         unsigned OldSize = Indices.size();
2845         (void)OldSize;
2846         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
2847              ++Idx) {
2848           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2849           Indices.push_back(Idx);
2850           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2851           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2852           GEPIndices.pop_back();
2853           Indices.pop_back();
2854         }
2855         return;
2856       }
2857
2858       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
2859     }
2860   };
2861
2862   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
2863     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2864       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2865
2866     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
2867     /// recursive emission to actually load values.
2868     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2869       assert(Ty->isSingleValueType());
2870       // Load the single value and insert it using the indices.
2871       Value *GEP = IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
2872       Value *Load = IRB.CreateLoad(GEP, Name + ".load");
2873       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
2874       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
2875     }
2876   };
2877
2878   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2879     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
2880     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
2881       return false;
2882
2883     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
2884     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2885     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
2886     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
2887     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
2888     LI.replaceAllUsesWith(V);
2889     LI.eraseFromParent();
2890     return true;
2891   }
2892
2893   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
2894     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2895       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2896
2897     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
2898     /// recursive emission to actually produce stores.
2899     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2900       assert(Ty->isSingleValueType());
2901       // Extract the single value and store it using the indices.
2902       Value *Store = IRB.CreateStore(
2903         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
2904         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
2905       (void)Store;
2906       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2907     }
2908   };
2909
2910   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2911     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
2912       return false;
2913     Value *V = SI.getValueOperand();
2914     if (V->getType()->isSingleValueType())
2915       return false;
2916
2917     // We have an aggregate being stored, split it apart.
2918     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2919     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
2920     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
2921     SI.eraseFromParent();
2922     return true;
2923   }
2924
2925   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
2926     enqueueUsers(BC);
2927     return false;
2928   }
2929
2930   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
2931     enqueueUsers(GEPI);
2932     return false;
2933   }
2934
2935   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2936     enqueueUsers(PN);
2937     return false;
2938   }
2939
2940   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2941     enqueueUsers(SI);
2942     return false;
2943   }
2944 };
2945 }
2946
2947 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
2948 ///
2949 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
2950 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
2951 /// size or the allocated size.
2952 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
2953   if (Ty->isSingleValueType())
2954     return Ty;
2955
2956   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
2957   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
2958
2959   Type *InnerTy;
2960   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2961     InnerTy = ArrTy->getElementType();
2962   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2963     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
2964     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
2965     InnerTy = STy->getElementType(Index);
2966   } else {
2967     return Ty;
2968   }
2969
2970   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
2971       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
2972     return Ty;
2973
2974   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
2975 }
2976
2977 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
2978 /// offset and size.
2979 ///
2980 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
2981 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
2982 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
2983 /// and the same for structs.
2984 ///
2985 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
2986 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
2987 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
2988 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
2989 /// return a type if necessary.
2990 static Type *getTypePartition(const DataLayout &DL, Type *Ty,
2991                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
2992   if (Offset == 0 && DL.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
2993     return stripAggregateTypeWrapping(DL, Ty);
2994   if (Offset > DL.getTypeAllocSize(Ty) ||
2995       (DL.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
2996     return nullptr;
2997
2998   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
2999     // We can't partition pointers...
3000     if (SeqTy->isPointerTy())
3001       return nullptr;
3002
3003     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
3004     uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3005     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
3006     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy)) {
3007       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
3008         return nullptr;
3009     } else if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy)) {
3010       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
3011         return nullptr;
3012     }
3013     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3014
3015     // First check if we need to recurse.
3016     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3017       // Bail if the partition ends in a different array element.
3018       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3019         return nullptr;
3020       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3021       return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3022     }
3023     assert(Offset == 0);
3024
3025     if (Size == ElementSize)
3026       return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3027     assert(Size > ElementSize);
3028     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3029     if (NumElements * ElementSize != Size)
3030       return nullptr;
3031     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3032   }
3033
3034   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3035   if (!STy)
3036     return nullptr;
3037
3038   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3039   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3040     return nullptr;
3041   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3042   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3043     return nullptr;
3044
3045   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3046   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3047
3048   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3049   uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3050   if (Offset >= ElementSize)
3051     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
3052
3053   // See if any partition must be contained by the element.
3054   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3055     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3056       return nullptr;
3057     return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3058   }
3059   assert(Offset == 0);
3060
3061   if (Size == ElementSize)
3062     return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3063
3064   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3065                                EE = STy->element_end();
3066   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3067     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3068     if (Index == EndIndex)
3069       return nullptr; // Within a single element and its padding.
3070
3071     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3072     // expected size.
3073     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3074     // sub-struct to find a natural end point.
3075     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3076       return nullptr;
3077
3078     assert(Index < EndIndex);
3079     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3080   }
3081
3082   // Try to build up a sub-structure.
3083   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE),
3084                                       STy->isPacked());
3085   const StructLayout *SubSL = DL.getStructLayout(SubTy);
3086   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3087     return nullptr; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3088
3089   return SubTy;
3090 }
3091
3092 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3093 ///
3094 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3095 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3096 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3097 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3098 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3099 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3100 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3101 /// promoted.
3102 bool SROA::rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS,
3103                             AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
3104                             int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
3105                             ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
3106   assert(BeginOffset < EndOffset);
3107   uint64_t SliceSize = EndOffset - BeginOffset;
3108
3109   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3110   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3111   // or an i8 array of an appropriate size.
3112   Type *SliceTy = nullptr;
3113   if (Type *CommonUseTy = findCommonType(B, E, EndOffset))
3114     if (DL->getTypeAllocSize(CommonUseTy) >= SliceSize)
3115       SliceTy = CommonUseTy;
3116   if (!SliceTy)
3117     if (Type *TypePartitionTy = getTypePartition(*DL, AI.getAllocatedType(),
3118                                                  BeginOffset, SliceSize))
3119       SliceTy = TypePartitionTy;
3120   if ((!SliceTy || (SliceTy->isArrayTy() &&
3121                     SliceTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3122       DL->isLegalInteger(SliceSize * 8))
3123     SliceTy = Type::getIntNTy(*C, SliceSize * 8);
3124   if (!SliceTy)
3125     SliceTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), SliceSize);
3126   assert(DL->getTypeAllocSize(SliceTy) >= SliceSize);
3127
3128   bool IsVectorPromotable =
3129       isVectorPromotionViable(*DL, SliceTy, BeginOffset, EndOffset,
3130                               AllocaSlices::const_range(B, E), SplitUses);
3131
3132   bool IsIntegerPromotable =
3133       !IsVectorPromotable &&
3134       isIntegerWideningViable(*DL, SliceTy, BeginOffset,
3135                               AllocaSlices::const_range(B, E), SplitUses);
3136
3137   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3138   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3139   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3140   // perform phi and select speculation.
3141   AllocaInst *NewAI;
3142   if (SliceTy == AI.getAllocatedType()) {
3143     assert(BeginOffset == 0 &&
3144            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3145     NewAI = &AI;
3146     // FIXME: We should be able to bail at this point with "nothing changed".
3147     // FIXME: We might want to defer PHI speculation until after here.
3148   } else {
3149     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3150     if (!Alignment) {
3151       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3152       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3153       // type.
3154       Alignment = DL->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3155     }
3156     Alignment = MinAlign(Alignment, BeginOffset);
3157     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3158     // the alloca's alignment unconstrained.
3159     if (Alignment <= DL->getABITypeAlignment(SliceTy))
3160       Alignment = 0;
3161     NewAI =
3162         new AllocaInst(SliceTy, nullptr, Alignment,
3163                        AI.getName() + ".sroa." + Twine(B - AS.begin()), &AI);
3164     ++NumNewAllocas;
3165   }
3166
3167   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3168                << "[" << BeginOffset << "," << EndOffset << ") to: " << *NewAI
3169                << "\n");
3170
3171   // Track the high watermark on the worklist as it is only relevant for
3172   // promoted allocas. We will reset it to this point if the alloca is not in
3173   // fact scheduled for promotion.
3174   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3175   unsigned NumUses = 0;
3176   SmallPtrSet<PHINode *, 8> PHIUsers;
3177   SmallPtrSet<SelectInst *, 8> SelectUsers;
3178
3179   AllocaSliceRewriter Rewriter(*DL, AS, *this, AI, *NewAI, BeginOffset,
3180                                EndOffset, IsVectorPromotable,
3181                                IsIntegerPromotable, PHIUsers, SelectUsers);
3182   bool Promotable = true;
3183   for (auto & SplitUse : SplitUses) {
3184     DEBUG(dbgs() << "  rewriting split ");
3185     DEBUG(AS.printSlice(dbgs(), SplitUse, ""));
3186     Promotable &= Rewriter.visit(SplitUse);
3187     ++NumUses;
3188   }
3189   for (AllocaSlices::iterator I = B; I != E; ++I) {
3190     DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3191     DEBUG(AS.printSlice(dbgs(), I, ""));
3192     Promotable &= Rewriter.visit(I);
3193     ++NumUses;
3194   }
3195
3196   NumAllocaPartitionUses += NumUses;
3197   MaxUsesPerAllocaPartition =
3198       std::max<unsigned>(NumUses, MaxUsesPerAllocaPartition);
3199
3200   // Now that we've processed all the slices in the new partition, check if any
3201   // PHIs or Selects would block promotion.
3202   for (SmallPtrSetImpl<PHINode *>::iterator I = PHIUsers.begin(),
3203                                             E = PHIUsers.end();
3204        I != E; ++I)
3205     if (!isSafePHIToSpeculate(**I, DL)) {
3206       Promotable = false;
3207       PHIUsers.clear();
3208       SelectUsers.clear();
3209       break;
3210     }
3211   for (SmallPtrSetImpl<SelectInst *>::iterator I = SelectUsers.begin(),
3212                                                E = SelectUsers.end();
3213        I != E; ++I)
3214     if (!isSafeSelectToSpeculate(**I, DL)) {
3215       Promotable = false;
3216       PHIUsers.clear();
3217       SelectUsers.clear();
3218       break;
3219     }
3220
3221   if (Promotable) {
3222     if (PHIUsers.empty() && SelectUsers.empty()) {
3223       // Promote the alloca.
3224       PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3225     } else {
3226       // If we have either PHIs or Selects to speculate, add them to those
3227       // worklists and re-queue the new alloca so that we promote in on the
3228       // next iteration.
3229       for (PHINode *PHIUser : PHIUsers)
3230         SpeculatablePHIs.insert(PHIUser);
3231       for (SelectInst *SelectUser : SelectUsers)
3232         SpeculatableSelects.insert(SelectUser);
3233       Worklist.insert(NewAI);
3234     }
3235   } else {
3236     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3237     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3238     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3239     if (NewAI != &AI)
3240       Worklist.insert(NewAI);
3241
3242     // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3243     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3244       PostPromotionWorklist.pop_back();
3245   }
3246
3247   return true;
3248 }
3249
3250 static void
3251 removeFinishedSplitUses(SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator> &SplitUses,
3252                         uint64_t &MaxSplitUseEndOffset, uint64_t Offset) {
3253   if (Offset >= MaxSplitUseEndOffset) {
3254     SplitUses.clear();
3255     MaxSplitUseEndOffset = 0;
3256     return;
3257   }
3258
3259   size_t SplitUsesOldSize = SplitUses.size();
3260   SplitUses.erase(std::remove_if(SplitUses.begin(), SplitUses.end(),
3261                                  [Offset](const AllocaSlices::iterator &I) {
3262                     return I->endOffset() <= Offset;
3263                   }),
3264                   SplitUses.end());
3265   if (SplitUsesOldSize == SplitUses.size())
3266     return;
3267
3268   // Recompute the max. While this is linear, so is remove_if.
3269   MaxSplitUseEndOffset = 0;
3270   for (AllocaSlices::iterator SplitUse : SplitUses)
3271     MaxSplitUseEndOffset =
3272         std::max(SplitUse->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3273 }
3274
3275 /// \brief Walks the slices of an alloca and form partitions based on them,
3276 /// rewriting each of their uses.
3277 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS) {
3278   if (AS.begin() == AS.end())
3279     return false;
3280
3281   unsigned NumPartitions = 0;
3282   bool Changed = false;
3283   SmallVector<AllocaSlices::iterator, 4> SplitUses;
3284   uint64_t MaxSplitUseEndOffset = 0;
3285
3286   uint64_t BeginOffset = AS.begin()->beginOffset();
3287
3288   for (AllocaSlices::iterator SI = AS.begin(), SJ = std::next(SI),
3289                               SE = AS.end();
3290        SI != SE; SI = SJ) {
3291     uint64_t MaxEndOffset = SI->endOffset();
3292
3293     if (!SI->isSplittable()) {
3294       // When we're forming an unsplittable region, it must always start at the
3295       // first slice and will extend through its end.
3296       assert(BeginOffset == SI->beginOffset());
3297
3298       // Form a partition including all of the overlapping slices with this
3299       // unsplittable slice.
3300       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3301         if (!SJ->isSplittable())
3302           MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3303         ++SJ;
3304       }
3305     } else {
3306       assert(SI->isSplittable()); // Established above.
3307
3308       // Collect all of the overlapping splittable slices.
3309       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset &&
3310              SJ->isSplittable()) {
3311         MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3312         ++SJ;
3313       }
3314
3315       // Back up MaxEndOffset and SJ if we ended the span early when
3316       // encountering an unsplittable slice.
3317       if (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3318         assert(!SJ->isSplittable());
3319         MaxEndOffset = SJ->beginOffset();
3320       }
3321     }
3322
3323     // Check if we have managed to move the end offset forward yet. If so,
3324     // we'll have to rewrite uses and erase old split uses.
3325     if (BeginOffset < MaxEndOffset) {
3326       // Rewrite a sequence of overlapping slices.
3327       Changed |= rewritePartition(AI, AS, SI, SJ, BeginOffset, MaxEndOffset,
3328                                   SplitUses);
3329       ++NumPartitions;
3330
3331       removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset, MaxEndOffset);
3332     }
3333
3334     // Accumulate all the splittable slices from the [SI,SJ) region which
3335     // overlap going forward.
3336     for (AllocaSlices::iterator SK = SI; SK != SJ; ++SK)
3337       if (SK->isSplittable() && SK->endOffset() > MaxEndOffset) {
3338         SplitUses.push_back(SK);
3339         MaxSplitUseEndOffset = std::max(SK->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3340       }
3341
3342     // If we're already at the end and we have no split uses, we're done.
3343     if (SJ == SE && SplitUses.empty())
3344       break;
3345
3346     // If we have no split uses or no gap in offsets, we're ready to move to
3347     // the next slice.
3348     if (SplitUses.empty() || (SJ != SE && MaxEndOffset == SJ->beginOffset())) {
3349       BeginOffset = SJ->beginOffset();
3350       continue;
3351     }
3352
3353     // Even if we have split slices, if the next slice is splittable and the
3354     // split slices reach it, we can simply set up the beginning offset of the
3355     // next iteration to bridge between them.
3356     if (SJ != SE && SJ->isSplittable() &&
3357         MaxSplitUseEndOffset > SJ->beginOffset()) {
3358       BeginOffset = MaxEndOffset;
3359       continue;
3360     }
3361
3362     // Otherwise, we have a tail of split slices. Rewrite them with an empty
3363     // range of slices.
3364     uint64_t PostSplitEndOffset =
3365         SJ == SE ? MaxSplitUseEndOffset : SJ->beginOffset();
3366
3367     Changed |= rewritePartition(AI, AS, SJ, SJ, MaxEndOffset,
3368                                 PostSplitEndOffset, SplitUses);
3369     ++NumPartitions;
3370
3371     if (SJ == SE)
3372       break; // Skip the rest, we don't need to do any cleanup.
3373
3374     removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset,
3375                             PostSplitEndOffset);
3376
3377     // Now just reset the begin offset for the next iteration.
3378     BeginOffset = SJ->beginOffset();
3379   }
3380
3381   NumAllocaPartitions += NumPartitions;
3382   MaxPartitionsPerAlloca =
3383       std::max<unsigned>(NumPartitions, MaxPartitionsPerAlloca);
3384
3385   return Changed;
3386 }
3387
3388 /// \brief Clobber a use with undef, deleting the used value if it becomes dead.
3389 void SROA::clobberUse(Use &U) {
3390   Value *OldV = U;
3391   // Replace the use with an undef value.
3392   U = UndefValue::get(OldV->getType());
3393
3394   // Check for this making an instruction dead. We have to garbage collect
3395   // all the dead instructions to ensure the uses of any alloca end up being
3396   // minimal.
3397   if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3398     if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3399       DeadInsts.insert(OldI);
3400     }
3401 }
3402
3403 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3404 ///
3405 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3406 /// the slices of the alloca, and then hands it off to be split and
3407 /// rewritten as needed.
3408 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3409   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3410   ++NumAllocasAnalyzed;
3411
3412   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3413   if (AI.use_empty()) {
3414     AI.eraseFromParent();
3415     return true;
3416   }
3417
3418   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3419   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3420       DL->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3421     return false;
3422
3423   bool Changed = false;
3424
3425   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3426   // better splitting and promotion opportunities.
3427   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*DL);
3428   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3429
3430   // Build the slices using a recursive instruction-visiting builder.
3431   AllocaSlices AS(*DL, AI);
3432   DEBUG(AS.print(dbgs()));
3433   if (AS.isEscaped())
3434     return Changed;
3435
3436   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3437   for (Instruction *DeadUser : AS.getDeadUsers()) {
3438     // Free up everything used by this instruction.
3439     for (Use &DeadOp : DeadUser->operands())
3440       clobberUse(DeadOp);
3441
3442     // Now replace the uses of this instruction.
3443     DeadUser->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(DeadUser->getType()));
3444
3445     // And mark it for deletion.
3446     DeadInsts.insert(DeadUser);
3447     Changed = true;
3448   }
3449   for (Use *DeadOp : AS.getDeadOperands()) {
3450     clobberUse(*DeadOp);
3451     Changed = true;
3452   }
3453
3454   // No slices to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3455   if (AS.begin() == AS.end())
3456     return Changed;
3457
3458   Changed |= splitAlloca(AI, AS);
3459
3460   DEBUG(dbgs() << "  Speculating PHIs\n");
3461   while (!SpeculatablePHIs.empty())
3462     speculatePHINodeLoads(*SpeculatablePHIs.pop_back_val());
3463
3464   DEBUG(dbgs() << "  Speculating Selects\n");
3465   while (!SpeculatableSelects.empty())
3466     speculateSelectInstLoads(*SpeculatableSelects.pop_back_val());
3467
3468   return Changed;
3469 }
3470
3471 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3472 ///
3473 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3474 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3475 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3476 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3477 ///
3478 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3479 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3480 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSetImpl<AllocaInst*> &DeletedAllocas) {
3481   while (!DeadInsts.empty()) {
3482     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3483     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3484
3485     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
3486
3487     for (Use &Operand : I->operands())
3488       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Operand)) {
3489         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3490         Operand = nullptr;
3491         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3492           DeadInsts.insert(U);
3493       }
3494
3495     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3496       DeletedAllocas.insert(AI);
3497
3498     ++NumDeleted;
3499     I->eraseFromParent();
3500   }
3501 }
3502
3503 static void enqueueUsersInWorklist(Instruction &I,
3504                                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist,
3505                                    SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Visited) {
3506   for (User *U : I.users())
3507     if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)))
3508       Worklist.push_back(cast<Instruction>(U));
3509 }
3510
3511 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3512 ///
3513 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3514 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3515 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3516 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3517 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3518 /// promotion occurred.
3519 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3520   if (PromotableAllocas.empty())
3521     return false;
3522
3523   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3524
3525   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3526     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3527     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT, nullptr, AT);
3528     PromotableAllocas.clear();
3529     return true;
3530   }
3531
3532   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3533   SSAUpdater SSA;
3534   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3535   SmallVector<Instruction *, 64> Insts;
3536
3537   // We need a worklist to walk the uses of each alloca.
3538   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
3539   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3540   SmallVector<Instruction *, 32> DeadInsts;
3541
3542   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3543     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3544     Insts.clear();
3545     Worklist.clear();
3546     Visited.clear();
3547
3548     enqueueUsersInWorklist(*AI, Worklist, Visited);
3549
3550     while (!Worklist.empty()) {
3551       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3552
3553       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3554       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3555       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3556       // scalar values produced.
3557       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3558         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3559                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3560         II->eraseFromParent();
3561         continue;
3562       }
3563
3564       // Push the loads and stores we find onto the list. SROA will already
3565       // have validated that all loads and stores are viable candidates for
3566       // promotion.
3567       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3568         assert(LI->getType() == AI->getAllocatedType());
3569         Insts.push_back(LI);
3570         continue;
3571       }
3572       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
3573         assert(SI->getValueOperand()->getType() == AI->getAllocatedType());
3574         Insts.push_back(SI);
3575         continue;
3576       }
3577
3578       // For everything else, we know that only no-op bitcasts and GEPs will
3579       // make it this far, just recurse through them and recall them for later
3580       // removal.
3581       DeadInsts.push_back(I);
3582       enqueueUsersInWorklist(*I, Worklist, Visited);
3583     }
3584     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3585     while (!DeadInsts.empty())
3586       DeadInsts.pop_back_val()->eraseFromParent();
3587     AI->eraseFromParent();
3588   }
3589
3590   PromotableAllocas.clear();
3591   return true;
3592 }
3593
3594 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3595   if (skipOptnoneFunction(F))
3596     return false;
3597
3598   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3599   C = &F.getContext();
3600   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
3601   if (!DLP) {
3602     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3603     return false;
3604   }
3605   DL = &DLP->getDataLayout();
3606   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
3607       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
3608   DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
3609   AT = &getAnalysis<AssumptionTracker>();
3610
3611   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3612   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = std::prev(EntryBB.end());
3613        I != E; ++I)
3614     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3615       Worklist.insert(AI);
3616
3617   bool Changed = false;
3618   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3619   // the list of promotable allocas.
3620   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3621
3622   do {
3623     while (!Worklist.empty()) {
3624       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3625       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3626
3627       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3628       // continue processing them.
3629       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3630         auto IsInSet = [&](AllocaInst *AI) {
3631           return DeletedAllocas.count(AI);
3632         };
3633         Worklist.remove_if(IsInSet);
3634         PostPromotionWorklist.remove_if(IsInSet);
3635         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3636                                                PromotableAllocas.end(),
3637                                                IsInSet),
3638                                 PromotableAllocas.end());
3639         DeletedAllocas.clear();
3640       }
3641     }
3642
3643     Changed |= promoteAllocas(F);
3644
3645     Worklist = PostPromotionWorklist;
3646     PostPromotionWorklist.clear();
3647   } while (!Worklist.empty());
3648
3649   return Changed;
3650 }
3651
3652 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3653   AU.addRequired<AssumptionTracker>();
3654   if (RequiresDomTree)
3655     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
3656   AU.setPreservesCFG();
3657 }