Add a comment to associate a FIXME with a PR where it is matters.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / SROA.cpp
1 //===- SROA.cpp - Scalar Replacement Of Aggregates ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This transformation implements the well known scalar replacement of
11 /// aggregates transformation. It tries to identify promotable elements of an
12 /// aggregate alloca, and promote them to registers. It will also try to
13 /// convert uses of an element (or set of elements) of an alloca into a vector
14 /// or bitfield-style integer scalar if appropriate.
15 ///
16 /// It works to do this with minimal slicing of the alloca so that regions
17 /// which are merely transferred in and out of external memory remain unchanged
18 /// and are not decomposed to scalar code.
19 ///
20 /// Because this also performs alloca promotion, it can be thought of as also
21 /// serving the purpose of SSA formation. The algorithm iterates on the
22 /// function until all opportunities for promotion have been realized.
23 ///
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25
26 #define DEBUG_TYPE "sroa"
27 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
28 #include "llvm/Constants.h"
29 #include "llvm/DIBuilder.h"
30 #include "llvm/DebugInfo.h"
31 #include "llvm/DerivedTypes.h"
32 #include "llvm/Function.h"
33 #include "llvm/IRBuilder.h"
34 #include "llvm/Instructions.h"
35 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
36 #include "llvm/LLVMContext.h"
37 #include "llvm/Module.h"
38 #include "llvm/Operator.h"
39 #include "llvm/Pass.h"
40 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
41 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
42 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
43 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
44 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
45 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
46 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
47 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
48 #include "llvm/Support/Debug.h"
49 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
50 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
51 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
52 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
53 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
54 #include "llvm/DataLayout.h"
55 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
58 using namespace llvm;
59
60 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
61 STATISTIC(NumNewAllocas,      "Number of new, smaller allocas introduced");
62 STATISTIC(NumPromoted,        "Number of allocas promoted to SSA values");
63 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
64 STATISTIC(NumDeleted,         "Number of instructions deleted");
65 STATISTIC(NumVectorized,      "Number of vectorized aggregates");
66
67 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
68 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
69 static cl::opt<bool>
70 ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false), cl::Hidden);
71
72 namespace {
73 /// \brief Alloca partitioning representation.
74 ///
75 /// This class represents a partitioning of an alloca into slices, and
76 /// information about the nature of uses of each slice of the alloca. The goal
77 /// is that this information is sufficient to decide if and how to split the
78 /// alloca apart and replace slices with scalars. It is also intended that this
79 /// structure can capture the relevant information needed both to decide about
80 /// and to enact these transformations.
81 class AllocaPartitioning {
82 public:
83   /// \brief A common base class for representing a half-open byte range.
84   struct ByteRange {
85     /// \brief The beginning offset of the range.
86     uint64_t BeginOffset;
87
88     /// \brief The ending offset, not included in the range.
89     uint64_t EndOffset;
90
91     ByteRange() : BeginOffset(), EndOffset() {}
92     ByteRange(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset)
93         : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset) {}
94
95     /// \brief Support for ordering ranges.
96     ///
97     /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
98     /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
99     /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
100     /// same start position.
101     bool operator<(const ByteRange &RHS) const {
102       if (BeginOffset < RHS.BeginOffset) return true;
103       if (BeginOffset > RHS.BeginOffset) return false;
104       if (EndOffset > RHS.EndOffset) return true;
105       return false;
106     }
107
108     /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
109     friend bool operator<(const ByteRange &LHS, uint64_t RHSOffset) {
110       return LHS.BeginOffset < RHSOffset;
111     }
112
113     friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
114                                                 const ByteRange &RHS) {
115       return LHSOffset < RHS.BeginOffset;
116     }
117
118     bool operator==(const ByteRange &RHS) const {
119       return BeginOffset == RHS.BeginOffset && EndOffset == RHS.EndOffset;
120     }
121     bool operator!=(const ByteRange &RHS) const { return !operator==(RHS); }
122   };
123
124   /// \brief A partition of an alloca.
125   ///
126   /// This structure represents a contiguous partition of the alloca. These are
127   /// formed by examining the uses of the alloca. During formation, they may
128   /// overlap but once an AllocaPartitioning is built, the Partitions within it
129   /// are all disjoint.
130   struct Partition : public ByteRange {
131     /// \brief Whether this partition is splittable into smaller partitions.
132     ///
133     /// We flag partitions as splittable when they are formed entirely due to
134     /// accesses by trivially splittable operations such as memset and memcpy.
135     bool IsSplittable;
136
137     /// \brief Test whether a partition has been marked as dead.
138     bool isDead() const {
139       if (BeginOffset == UINT64_MAX) {
140         assert(EndOffset == UINT64_MAX);
141         return true;
142       }
143       return false;
144     }
145
146     /// \brief Kill a partition.
147     /// This is accomplished by setting both its beginning and end offset to
148     /// the maximum possible value.
149     void kill() {
150       assert(!isDead() && "He's Dead, Jim!");
151       BeginOffset = EndOffset = UINT64_MAX;
152     }
153
154     Partition() : ByteRange(), IsSplittable() {}
155     Partition(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, bool IsSplittable)
156         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), IsSplittable(IsSplittable) {}
157   };
158
159   /// \brief A particular use of a partition of the alloca.
160   ///
161   /// This structure is used to associate uses of a partition with it. They
162   /// mark the range of bytes which are referenced by a particular instruction,
163   /// and includes a handle to the user itself and the pointer value in use.
164   /// The bounds of these uses are determined by intersecting the bounds of the
165   /// memory use itself with a particular partition. As a consequence there is
166   /// intentionally overlap between various uses of the same partition.
167   struct PartitionUse : public ByteRange {
168     /// \brief The use in question. Provides access to both user and used value.
169     ///
170     /// Note that this may be null if the partition use is *dead*, that is, it
171     /// should be ignored.
172     Use *U;
173
174     PartitionUse() : ByteRange(), U() {}
175     PartitionUse(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U)
176         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), U(U) {}
177   };
178
179   /// \brief Construct a partitioning of a particular alloca.
180   ///
181   /// Construction does most of the work for partitioning the alloca. This
182   /// performs the necessary walks of users and builds a partitioning from it.
183   AllocaPartitioning(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI);
184
185   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
186   ///
187   /// If this is true, the partitioning is never fully built and should be
188   /// ignored.
189   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
190
191   /// \brief Support for iterating over the partitions.
192   /// @{
193   typedef SmallVectorImpl<Partition>::iterator iterator;
194   iterator begin() { return Partitions.begin(); }
195   iterator end() { return Partitions.end(); }
196
197   typedef SmallVectorImpl<Partition>::const_iterator const_iterator;
198   const_iterator begin() const { return Partitions.begin(); }
199   const_iterator end() const { return Partitions.end(); }
200   /// @}
201
202   /// \brief Support for iterating over and manipulating a particular
203   /// partition's uses.
204   ///
205   /// The iteration support provided for uses is more limited, but also
206   /// includes some manipulation routines to support rewriting the uses of
207   /// partitions during SROA.
208   /// @{
209   typedef SmallVectorImpl<PartitionUse>::iterator use_iterator;
210   use_iterator use_begin(unsigned Idx) { return Uses[Idx].begin(); }
211   use_iterator use_begin(const_iterator I) { return Uses[I - begin()].begin(); }
212   use_iterator use_end(unsigned Idx) { return Uses[Idx].end(); }
213   use_iterator use_end(const_iterator I) { return Uses[I - begin()].end(); }
214
215   typedef SmallVectorImpl<PartitionUse>::const_iterator const_use_iterator;
216   const_use_iterator use_begin(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].begin(); }
217   const_use_iterator use_begin(const_iterator I) const {
218     return Uses[I - begin()].begin();
219   }
220   const_use_iterator use_end(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].end(); }
221   const_use_iterator use_end(const_iterator I) const {
222     return Uses[I - begin()].end();
223   }
224
225   unsigned use_size(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].size(); }
226   unsigned use_size(const_iterator I) const { return Uses[I - begin()].size(); }
227   const PartitionUse &getUse(unsigned PIdx, unsigned UIdx) const {
228     return Uses[PIdx][UIdx];
229   }
230   const PartitionUse &getUse(const_iterator I, unsigned UIdx) const {
231     return Uses[I - begin()][UIdx];
232   }
233
234   void use_push_back(unsigned Idx, const PartitionUse &PU) {
235     Uses[Idx].push_back(PU);
236   }
237   void use_push_back(const_iterator I, const PartitionUse &PU) {
238     Uses[I - begin()].push_back(PU);
239   }
240   /// @}
241
242   /// \brief Allow iterating the dead users for this alloca.
243   ///
244   /// These are instructions which will never actually use the alloca as they
245   /// are outside the allocated range. They are safe to replace with undef and
246   /// delete.
247   /// @{
248   typedef SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator dead_user_iterator;
249   dead_user_iterator dead_user_begin() const { return DeadUsers.begin(); }
250   dead_user_iterator dead_user_end() const { return DeadUsers.end(); }
251   /// @}
252
253   /// \brief Allow iterating the dead expressions referring to this alloca.
254   ///
255   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
256   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
257   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
258   /// need to replace with undef.
259   /// @{
260   typedef SmallVectorImpl<Use *>::const_iterator dead_op_iterator;
261   dead_op_iterator dead_op_begin() const { return DeadOperands.begin(); }
262   dead_op_iterator dead_op_end() const { return DeadOperands.end(); }
263   /// @}
264
265   /// \brief MemTransferInst auxiliary data.
266   /// This struct provides some auxiliary data about memory transfer
267   /// intrinsics such as memcpy and memmove. These intrinsics can use two
268   /// different ranges within the same alloca, and provide other challenges to
269   /// correctly represent. We stash extra data to help us untangle this
270   /// after the partitioning is complete.
271   struct MemTransferOffsets {
272     /// The destination begin and end offsets when the destination is within
273     /// this alloca. If the end offset is zero the destination is not within
274     /// this alloca.
275     uint64_t DestBegin, DestEnd;
276
277     /// The source begin and end offsets when the source is within this alloca.
278     /// If the end offset is zero, the source is not within this alloca.
279     uint64_t SourceBegin, SourceEnd;
280
281     /// Flag for whether an alloca is splittable.
282     bool IsSplittable;
283   };
284   MemTransferOffsets getMemTransferOffsets(MemTransferInst &II) const {
285     return MemTransferInstData.lookup(&II);
286   }
287
288   /// \brief Map from a PHI or select operand back to a partition.
289   ///
290   /// When manipulating PHI nodes or selects, they can use more than one
291   /// partition of an alloca. We store a special mapping to allow finding the
292   /// partition referenced by each of these operands, if any.
293   iterator findPartitionForPHIOrSelectOperand(Use *U) {
294     SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned> >::const_iterator MapIt
295       = PHIOrSelectOpMap.find(U);
296     if (MapIt == PHIOrSelectOpMap.end())
297       return end();
298
299     return begin() + MapIt->second.first;
300   }
301
302   /// \brief Map from a PHI or select operand back to the specific use of
303   /// a partition.
304   ///
305   /// Similar to mapping these operands back to the partitions, this maps
306   /// directly to the use structure of that partition.
307   use_iterator findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Use *U) {
308     SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned> >::const_iterator MapIt
309       = PHIOrSelectOpMap.find(U);
310     assert(MapIt != PHIOrSelectOpMap.end());
311     return Uses[MapIt->second.first].begin() + MapIt->second.second;
312   }
313
314   /// \brief Compute a common type among the uses of a particular partition.
315   ///
316   /// This routines walks all of the uses of a particular partition and tries
317   /// to find a common type between them. Untyped operations such as memset and
318   /// memcpy are ignored.
319   Type *getCommonType(iterator I) const;
320
321 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
322   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
323   void printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
324                   StringRef Indent = "  ") const;
325   void print(raw_ostream &OS) const;
326   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump(const_iterator I) const;
327   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump() const;
328 #endif
329
330 private:
331   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
332   class PartitionBuilder;
333   friend class AllocaPartitioning::PartitionBuilder;
334   class UseBuilder;
335   friend class AllocaPartitioning::UseBuilder;
336
337 #ifndef NDEBUG
338   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
339   AllocaInst &AI;
340 #endif
341
342   /// \brief The instruction responsible for this alloca having no partitioning.
343   ///
344   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
345   /// store a pointer to that here and abort trying to partition the alloca.
346   /// This will be null if the alloca is partitioned successfully.
347   Instruction *PointerEscapingInstr;
348
349   /// \brief The partitions of the alloca.
350   ///
351   /// We store a vector of the partitions over the alloca here. This vector is
352   /// sorted by increasing begin offset, and then by decreasing end offset. See
353   /// the Partition inner class for more details. Initially (during
354   /// construction) there are overlaps, but we form a disjoint sequence of
355   /// partitions while finishing construction and a fully constructed object is
356   /// expected to always have this as a disjoint space.
357   SmallVector<Partition, 8> Partitions;
358
359   /// \brief The uses of the partitions.
360   ///
361   /// This is essentially a mapping from each partition to a list of uses of
362   /// that partition. The mapping is done with a Uses vector that has the exact
363   /// same number of entries as the partition vector. Each entry is itself
364   /// a vector of the uses.
365   SmallVector<SmallVector<PartitionUse, 2>, 8> Uses;
366
367   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
368   ///
369   /// Note that these are not separated by partition. This is because we expect
370   /// a partitioned alloca to be completely rewritten or not rewritten at all.
371   /// If rewritten, all these instructions can simply be removed and replaced
372   /// with undef as they come from outside of the allocated space.
373   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
374
375   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
376   ///
377   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
378   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
379   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
380   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
381   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
382   /// the alloca.
383   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
384
385   /// \brief The underlying storage for auxiliary memcpy and memset info.
386   SmallDenseMap<MemTransferInst *, MemTransferOffsets, 4> MemTransferInstData;
387
388   /// \brief A side datastructure used when building up the partitions and uses.
389   ///
390   /// This mapping is only really used during the initial building of the
391   /// partitioning so that we can retain information about PHI and select nodes
392   /// processed.
393   SmallDenseMap<Instruction *, std::pair<uint64_t, bool> > PHIOrSelectSizes;
394
395   /// \brief Auxiliary information for particular PHI or select operands.
396   SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned>, 4> PHIOrSelectOpMap;
397
398   /// \brief A utility routine called from the constructor.
399   ///
400   /// This does what it says on the tin. It is the key of the alloca partition
401   /// splitting and merging. After it is called we have the desired disjoint
402   /// collection of partitions.
403   void splitAndMergePartitions();
404 };
405 }
406
407 template <typename DerivedT, typename RetT>
408 class AllocaPartitioning::BuilderBase
409     : public InstVisitor<DerivedT, RetT> {
410 public:
411   BuilderBase(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
412       : TD(TD),
413         AllocSize(TD.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())),
414         P(P) {
415     enqueueUsers(AI, 0);
416   }
417
418 protected:
419   const DataLayout &TD;
420   const uint64_t AllocSize;
421   AllocaPartitioning &P;
422
423   SmallPtrSet<Use *, 8> VisitedUses;
424
425   struct OffsetUse {
426     Use *U;
427     int64_t Offset;
428   };
429   SmallVector<OffsetUse, 8> Queue;
430
431   // The active offset and use while visiting.
432   Use *U;
433   int64_t Offset;
434
435   void enqueueUsers(Instruction &I, int64_t UserOffset) {
436     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end();
437          UI != UE; ++UI) {
438       if (VisitedUses.insert(&UI.getUse())) {
439         OffsetUse OU = { &UI.getUse(), UserOffset };
440         Queue.push_back(OU);
441       }
442     }
443   }
444
445   bool computeConstantGEPOffset(GetElementPtrInst &GEPI, int64_t &GEPOffset) {
446     GEPOffset = Offset;
447     for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI), GTE = gep_type_end(GEPI);
448          GTI != GTE; ++GTI) {
449       ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
450       if (!OpC)
451         return false;
452       if (OpC->isZero())
453         continue;
454
455       // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
456       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
457         unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
458         const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
459         uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
460         // Check that we can continue to model this GEP in a signed 64-bit offset.
461         if (ElementOffset > INT64_MAX ||
462             (GEPOffset >= 0 &&
463              ((uint64_t)GEPOffset + ElementOffset) > INT64_MAX)) {
464           DEBUG(dbgs() << "WARNING: Encountered a cumulative offset exceeding "
465                        << "what can be represented in an int64_t!\n"
466                        << "  alloca: " << P.AI << "\n");
467           return false;
468         }
469         if (GEPOffset < 0)
470           GEPOffset = ElementOffset + (uint64_t)-GEPOffset;
471         else
472           GEPOffset += ElementOffset;
473         continue;
474       }
475
476       APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(TD.getPointerSizeInBits());
477       Index *= APInt(Index.getBitWidth(),
478                      TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
479       Index += APInt(Index.getBitWidth(), (uint64_t)GEPOffset,
480                      /*isSigned*/true);
481       // Check if the result can be stored in our int64_t offset.
482       if (!Index.isSignedIntN(sizeof(GEPOffset) * 8)) {
483         DEBUG(dbgs() << "WARNING: Encountered a cumulative offset exceeding "
484                      << "what can be represented in an int64_t!\n"
485                      << "  alloca: " << P.AI << "\n");
486         return false;
487       }
488
489       GEPOffset = Index.getSExtValue();
490     }
491     return true;
492   }
493
494   Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
495     // If the condition being selected on is a constant or the same value is
496     // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
497     // early on.
498     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
499       return SI.getOperand(1+CI->isZero());
500     if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2)) {
501       assert(*U == SI.getOperand(1));
502       return SI.getOperand(1);
503     }
504     return 0;
505   }
506 };
507
508 /// \brief Builder for the alloca partitioning.
509 ///
510 /// This class builds an alloca partitioning by recursively visiting the uses
511 /// of an alloca and splitting the partitions for each load and store at each
512 /// offset.
513 class AllocaPartitioning::PartitionBuilder
514     : public BuilderBase<PartitionBuilder, bool> {
515   friend class InstVisitor<PartitionBuilder, bool>;
516
517   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferPartitionMap;
518
519 public:
520   PartitionBuilder(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
521       : BuilderBase<PartitionBuilder, bool>(TD, AI, P) {}
522
523   /// \brief Run the builder over the allocation.
524   bool operator()() {
525     // Note that we have to re-evaluate size on each trip through the loop as
526     // the queue grows at the tail.
527     for (unsigned Idx = 0; Idx < Queue.size(); ++Idx) {
528       U = Queue[Idx].U;
529       Offset = Queue[Idx].Offset;
530       if (!visit(cast<Instruction>(U->getUser())))
531         return false;
532     }
533     return true;
534   }
535
536 private:
537   bool markAsEscaping(Instruction &I) {
538     P.PointerEscapingInstr = &I;
539     return false;
540   }
541
542   void insertUse(Instruction &I, int64_t Offset, uint64_t Size,
543                  bool IsSplittable = false) {
544     // Completely skip uses which have a zero size or don't overlap the
545     // allocation.
546     if (Size == 0 ||
547         (Offset >= 0 && (uint64_t)Offset >= AllocSize) ||
548         (Offset < 0 && (uint64_t)-Offset >= Size)) {
549       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
550                    << " which starts past the end of the " << AllocSize
551                    << " byte alloca:\n"
552                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
553                    << "       use: " << I << "\n");
554       return;
555     }
556
557     // Clamp the start to the beginning of the allocation.
558     if (Offset < 0) {
559       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
560                    << " to start at the beginning of the alloca:\n"
561                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
562                    << "       use: " << I << "\n");
563       Size -= (uint64_t)-Offset;
564       Offset = 0;
565     }
566
567     uint64_t BeginOffset = Offset, EndOffset = BeginOffset + Size;
568
569     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
570     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
571     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
572     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
573       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
574                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
575                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
576                    << "       use: " << I << "\n");
577       EndOffset = AllocSize;
578     }
579
580     Partition New(BeginOffset, EndOffset, IsSplittable);
581     P.Partitions.push_back(New);
582   }
583
584   bool handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, int64_t Offset,
585                          bool IsVolatile) {
586     uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(Ty);
587
588     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
589     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
590     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
591     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
592     // risk of overflow.
593     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
594     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
595     if (Offset < 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
596         Size > (AllocSize - (uint64_t)Offset)) {
597       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte "
598                    << (isa<LoadInst>(I) ? "load" : "store") << " @" << Offset
599                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
600                    << " byte alloca:\n"
601                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
602                    << "       use: " << I << "\n");
603       return true;
604     }
605
606     // We allow splitting of loads and stores where the type is an integer type
607     // and which cover the entire alloca. Such integer loads and stores
608     // often require decomposition into fine grained loads and stores.
609     bool IsSplittable = false;
610     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(Ty))
611       IsSplittable = !IsVolatile && ITy->getBitWidth() == AllocSize*8;
612
613     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
614     return true;
615   }
616
617   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
618     enqueueUsers(BC, Offset);
619     return true;
620   }
621
622   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
623     int64_t GEPOffset;
624     if (!computeConstantGEPOffset(GEPI, GEPOffset))
625       return markAsEscaping(GEPI);
626
627     enqueueUsers(GEPI, GEPOffset);
628     return true;
629   }
630
631   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
632     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
633            "All simple FCA loads should have been pre-split");
634     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, LI.isVolatile());
635   }
636
637   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
638     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
639     if (ValOp == *U)
640       return markAsEscaping(SI);
641
642     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
643            "All simple FCA stores should have been pre-split");
644     return handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, SI.isVolatile());
645   }
646
647
648   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
649     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
650     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
651     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
652     insertUse(II, Offset, Size, Length);
653     return true;
654   }
655
656   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
657     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
658     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
659     if (!Size)
660       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
661       return true;
662
663     MemTransferOffsets &Offsets = P.MemTransferInstData[&II];
664
665     // Only intrinsics with a constant length can be split.
666     Offsets.IsSplittable = Length;
667
668     if (*U == II.getRawDest()) {
669       Offsets.DestBegin = Offset;
670       Offsets.DestEnd = Offset + Size;
671     }
672     if (*U == II.getRawSource()) {
673       Offsets.SourceBegin = Offset;
674       Offsets.SourceEnd = Offset + Size;
675     }
676
677     // If we have set up end offsets for both the source and the destination,
678     // we have found both sides of this transfer pointing at the same alloca.
679     bool SeenBothEnds = Offsets.SourceEnd && Offsets.DestEnd;
680     if (SeenBothEnds && II.getRawDest() != II.getRawSource()) {
681       unsigned PrevIdx = MemTransferPartitionMap[&II];
682
683       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
684       // In that case, we can completely elide the transfer.
685       if (!II.isVolatile() && Offsets.SourceBegin == Offsets.DestBegin) {
686         P.Partitions[PrevIdx].kill();
687         return true;
688       }
689
690       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
691       // split those.
692       P.Partitions[PrevIdx].IsSplittable = Offsets.IsSplittable = false;
693     } else if (SeenBothEnds) {
694       // Handle the case where this exact use provides both ends of the
695       // operation.
696       assert(II.getRawDest() == II.getRawSource());
697
698       // For non-volatile transfers this is a no-op.
699       if (!II.isVolatile())
700         return true;
701
702       // Otherwise just suppress splitting.
703       Offsets.IsSplittable = false;
704     }
705
706
707     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
708     insertUse(II, Offset, Size, Offsets.IsSplittable);
709
710     // Setup the mapping from intrinsic to partition of we've not seen both
711     // ends of this transfer.
712     if (!SeenBothEnds) {
713       unsigned NewIdx = P.Partitions.size() - 1;
714       bool Inserted
715         = MemTransferPartitionMap.insert(std::make_pair(&II, NewIdx)).second;
716       assert(Inserted &&
717              "Already have intrinsic in map but haven't seen both ends");
718       (void)Inserted;
719     }
720
721     return true;
722   }
723
724   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
725   // FIXME: What about debug instrinsics? This matches old behavior, but
726   // doesn't make sense.
727   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
728     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
729         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
730       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
731       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset, Length->getLimitedValue());
732       insertUse(II, Offset, Size, true);
733       return true;
734     }
735
736     return markAsEscaping(II);
737   }
738
739   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
740     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
741     // the same offset to be a viable use for partitioning purposes. These uses
742     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
743     // size.
744     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
745     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
746     Visited.insert(Root);
747     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
748     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
749     // a size zero access.
750     Size = 0;
751     do {
752       Instruction *I, *UsedI;
753       llvm::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
754
755       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
756         Size = std::max(Size, TD.getTypeStoreSize(LI->getType()));
757         continue;
758       }
759       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
760         Value *Op = SI->getOperand(0);
761         if (Op == UsedI)
762           return SI;
763         Size = std::max(Size, TD.getTypeStoreSize(Op->getType()));
764         continue;
765       }
766
767       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
768         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
769           return GEP;
770       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
771                  !isa<SelectInst>(I)) {
772         return I;
773       }
774
775       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end(); UI != UE;
776            ++UI)
777         if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
778           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(*UI)));
779     } while (!Uses.empty());
780
781     return 0;
782   }
783
784   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
785     // See if we already have computed info on this node.
786     std::pair<uint64_t, bool> &PHIInfo = P.PHIOrSelectSizes[&PN];
787     if (PHIInfo.first) {
788       PHIInfo.second = true;
789       insertUse(PN, Offset, PHIInfo.first);
790       return true;
791     }
792
793     // Check for an unsafe use of the PHI node.
794     if (Instruction *EscapingI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&PN, PHIInfo.first))
795       return markAsEscaping(*EscapingI);
796
797     insertUse(PN, Offset, PHIInfo.first);
798     return true;
799   }
800
801   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
802     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
803       if (Result == *U)
804         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
805         // through the select as if we had RAUW'ed it.
806         enqueueUsers(SI, Offset);
807
808       return true;
809     }
810
811     // See if we already have computed info on this node.
812     std::pair<uint64_t, bool> &SelectInfo = P.PHIOrSelectSizes[&SI];
813     if (SelectInfo.first) {
814       SelectInfo.second = true;
815       insertUse(SI, Offset, SelectInfo.first);
816       return true;
817     }
818
819     // Check for an unsafe use of the PHI node.
820     if (Instruction *EscapingI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&SI, SelectInfo.first))
821       return markAsEscaping(*EscapingI);
822
823     insertUse(SI, Offset, SelectInfo.first);
824     return true;
825   }
826
827   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
828   bool visitInstruction(Instruction &I) { return markAsEscaping(I); }
829 };
830
831
832 /// \brief Use adder for the alloca partitioning.
833 ///
834 /// This class adds the uses of an alloca to all of the partitions which they
835 /// use. For splittable partitions, this can end up doing essentially a linear
836 /// walk of the partitions, but the number of steps remains bounded by the
837 /// total result instruction size:
838 /// - The number of partitions is a result of the number unsplittable
839 ///   instructions using the alloca.
840 /// - The number of users of each partition is at worst the total number of
841 ///   splittable instructions using the alloca.
842 /// Thus we will produce N * M instructions in the end, where N are the number
843 /// of unsplittable uses and M are the number of splittable. This visitor does
844 /// the exact same number of updates to the partitioning.
845 ///
846 /// In the more common case, this visitor will leverage the fact that the
847 /// partition space is pre-sorted, and do a logarithmic search for the
848 /// partition needed, making the total visit a classical ((N + M) * log(N))
849 /// complexity operation.
850 class AllocaPartitioning::UseBuilder : public BuilderBase<UseBuilder> {
851   friend class InstVisitor<UseBuilder>;
852
853   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
854   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
855
856 public:
857   UseBuilder(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
858       : BuilderBase<UseBuilder>(TD, AI, P) {}
859
860   /// \brief Run the builder over the allocation.
861   void operator()() {
862     // Note that we have to re-evaluate size on each trip through the loop as
863     // the queue grows at the tail.
864     for (unsigned Idx = 0; Idx < Queue.size(); ++Idx) {
865       U = Queue[Idx].U;
866       Offset = Queue[Idx].Offset;
867       this->visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
868     }
869   }
870
871 private:
872   void markAsDead(Instruction &I) {
873     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
874       P.DeadUsers.push_back(&I);
875   }
876
877   void insertUse(Instruction &User, int64_t Offset, uint64_t Size) {
878     // If the use has a zero size or extends outside of the allocation, record
879     // it as a dead use for elimination later.
880     if (Size == 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
881         (Offset < 0 && (uint64_t)-Offset >= Size))
882       return markAsDead(User);
883
884     // Clamp the start to the beginning of the allocation.
885     if (Offset < 0) {
886       Size -= (uint64_t)-Offset;
887       Offset = 0;
888     }
889
890     uint64_t BeginOffset = Offset, EndOffset = BeginOffset + Size;
891
892     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
893     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
894     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
895     if (Size > AllocSize - BeginOffset)
896       EndOffset = AllocSize;
897
898     // NB: This only works if we have zero overlapping partitions.
899     iterator B = std::lower_bound(P.begin(), P.end(), BeginOffset);
900     if (B != P.begin() && llvm::prior(B)->EndOffset > BeginOffset)
901       B = llvm::prior(B);
902     for (iterator I = B, E = P.end(); I != E && I->BeginOffset < EndOffset;
903          ++I) {
904       PartitionUse NewPU(std::max(I->BeginOffset, BeginOffset),
905                          std::min(I->EndOffset, EndOffset), U);
906       P.use_push_back(I, NewPU);
907       if (isa<PHINode>(U->getUser()) || isa<SelectInst>(U->getUser()))
908         P.PHIOrSelectOpMap[U]
909           = std::make_pair(I - P.begin(), P.Uses[I - P.begin()].size() - 1);
910     }
911   }
912
913   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, int64_t Offset) {
914     uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(Ty);
915
916     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
917     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
918     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
919     // behavior of insertUse.
920     if (Offset < 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
921         Size > (AllocSize - (uint64_t)Offset))
922       return markAsDead(I);
923
924     insertUse(I, Offset, Size);
925   }
926
927   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
928     if (BC.use_empty())
929       return markAsDead(BC);
930
931     enqueueUsers(BC, Offset);
932   }
933
934   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
935     if (GEPI.use_empty())
936       return markAsDead(GEPI);
937
938     int64_t GEPOffset;
939     if (!computeConstantGEPOffset(GEPI, GEPOffset))
940       llvm_unreachable("Unable to compute constant offset for use");
941
942     enqueueUsers(GEPI, GEPOffset);
943   }
944
945   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
946     handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset);
947   }
948
949   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
950     handleLoadOrStore(SI.getOperand(0)->getType(), SI, Offset);
951   }
952
953   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
954     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
955     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
956     insertUse(II, Offset, Size);
957   }
958
959   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
960     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
961     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
962     if (!Size)
963       return markAsDead(II);
964
965     MemTransferOffsets &Offsets = P.MemTransferInstData[&II];
966     if (!II.isVolatile() && Offsets.DestEnd && Offsets.SourceEnd &&
967         Offsets.DestBegin == Offsets.SourceBegin)
968       return markAsDead(II); // Skip identity transfers without side-effects.
969
970     insertUse(II, Offset, Size);
971   }
972
973   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
974     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
975            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
976
977     ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
978     insertUse(II, Offset,
979               std::min(AllocSize - Offset, Length->getLimitedValue()));
980   }
981
982   void insertPHIOrSelect(Instruction &User, uint64_t Offset) {
983     uint64_t Size = P.PHIOrSelectSizes.lookup(&User).first;
984
985     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
986     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
987     // case them here and use a separate structure to track the operands
988     // themselves which should be replaced with undef.
989     if (Offset >= AllocSize) {
990       P.DeadOperands.push_back(U);
991       return;
992     }
993
994     insertUse(User, Offset, Size);
995   }
996   void visitPHINode(PHINode &PN) {
997     if (PN.use_empty())
998       return markAsDead(PN);
999
1000     insertPHIOrSelect(PN, Offset);
1001   }
1002   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
1003     if (SI.use_empty())
1004       return markAsDead(SI);
1005
1006     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
1007       if (Result == *U)
1008         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
1009         // through the select as if we had RAUW'ed it.
1010         enqueueUsers(SI, Offset);
1011       else
1012         // Otherwise the operand to the select is dead, and we can replace it
1013         // with undef.
1014         P.DeadOperands.push_back(U);
1015
1016       return;
1017     }
1018
1019     insertPHIOrSelect(SI, Offset);
1020   }
1021
1022   /// \brief Unreachable, we've already visited the alloca once.
1023   void visitInstruction(Instruction &I) {
1024     llvm_unreachable("Unhandled instruction in use builder.");
1025   }
1026 };
1027
1028 void AllocaPartitioning::splitAndMergePartitions() {
1029   size_t NumDeadPartitions = 0;
1030
1031   // Track the range of splittable partitions that we pass when accumulating
1032   // overlapping unsplittable partitions.
1033   uint64_t SplitEndOffset = 0ull;
1034
1035   Partition New(0ull, 0ull, false);
1036
1037   for (unsigned i = 0, j = i, e = Partitions.size(); i != e; i = j) {
1038     ++j;
1039
1040     if (!Partitions[i].IsSplittable || New.BeginOffset == New.EndOffset) {
1041       assert(New.BeginOffset == New.EndOffset);
1042       New = Partitions[i];
1043     } else {
1044       assert(New.IsSplittable);
1045       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[i].EndOffset);
1046     }
1047     assert(New.BeginOffset != New.EndOffset);
1048
1049     // Scan the overlapping partitions.
1050     while (j != e && New.EndOffset > Partitions[j].BeginOffset) {
1051       // If the new partition we are forming is splittable, stop at the first
1052       // unsplittable partition.
1053       if (New.IsSplittable && !Partitions[j].IsSplittable)
1054         break;
1055
1056       // Grow the new partition to include any equally splittable range. 'j' is
1057       // always equally splittable when New is splittable, but when New is not
1058       // splittable, we may subsume some (or part of some) splitable partition
1059       // without growing the new one.
1060       if (New.IsSplittable == Partitions[j].IsSplittable) {
1061         New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[j].EndOffset);
1062       } else {
1063         assert(!New.IsSplittable);
1064         assert(Partitions[j].IsSplittable);
1065         SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, Partitions[j].EndOffset);
1066       }
1067
1068       Partitions[j].kill();
1069       ++NumDeadPartitions;
1070       ++j;
1071     }
1072
1073     // If the new partition is splittable, chop off the end as soon as the
1074     // unsplittable subsequent partition starts and ensure we eventually cover
1075     // the splittable area.
1076     if (j != e && New.IsSplittable) {
1077       SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, New.EndOffset);
1078       New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
1079     }
1080
1081     // Add the new partition if it differs from the original one and is
1082     // non-empty. We can end up with an empty partition here if it was
1083     // splittable but there is an unsplittable one that starts at the same
1084     // offset.
1085     if (New != Partitions[i]) {
1086       if (New.BeginOffset != New.EndOffset)
1087         Partitions.push_back(New);
1088       // Mark the old one for removal.
1089       Partitions[i].kill();
1090       ++NumDeadPartitions;
1091     }
1092
1093     New.BeginOffset = New.EndOffset;
1094     if (!New.IsSplittable) {
1095       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, SplitEndOffset);
1096       if (j != e && !Partitions[j].IsSplittable)
1097         New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
1098       New.IsSplittable = true;
1099       // If there is a trailing splittable partition which won't be fused into
1100       // the next splittable partition go ahead and add it onto the partitions
1101       // list.
1102       if (New.BeginOffset < New.EndOffset &&
1103           (j == e || !Partitions[j].IsSplittable ||
1104            New.EndOffset < Partitions[j].BeginOffset)) {
1105         Partitions.push_back(New);
1106         New.BeginOffset = New.EndOffset = 0ull;
1107       }
1108     }
1109   }
1110
1111   // Re-sort the partitions now that they have been split and merged into
1112   // disjoint set of partitions. Also remove any of the dead partitions we've
1113   // replaced in the process.
1114   std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1115   if (NumDeadPartitions) {
1116     assert(Partitions.back().isDead());
1117     assert((ptrdiff_t)NumDeadPartitions ==
1118            std::count(Partitions.begin(), Partitions.end(), Partitions.back()));
1119   }
1120   Partitions.erase(Partitions.end() - NumDeadPartitions, Partitions.end());
1121 }
1122
1123 AllocaPartitioning::AllocaPartitioning(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI)
1124     :
1125 #ifndef NDEBUG
1126       AI(AI),
1127 #endif
1128       PointerEscapingInstr(0) {
1129   PartitionBuilder PB(TD, AI, *this);
1130   if (!PB())
1131     return;
1132
1133   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
1134   // and the sizes to be in descending order.
1135   std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1136
1137   // Remove any partitions from the back which are marked as dead.
1138   while (!Partitions.empty() && Partitions.back().isDead())
1139     Partitions.pop_back();
1140
1141   if (Partitions.size() > 1) {
1142     // Intersect splittability for all partitions with equal offsets and sizes.
1143     // Then remove all but the first so that we have a sequence of non-equal but
1144     // potentially overlapping partitions.
1145     for (iterator I = Partitions.begin(), J = I, E = Partitions.end(); I != E;
1146          I = J) {
1147       ++J;
1148       while (J != E && *I == *J) {
1149         I->IsSplittable &= J->IsSplittable;
1150         ++J;
1151       }
1152     }
1153     Partitions.erase(std::unique(Partitions.begin(), Partitions.end()),
1154                      Partitions.end());
1155
1156     // Split splittable and merge unsplittable partitions into a disjoint set
1157     // of partitions over the used space of the allocation.
1158     splitAndMergePartitions();
1159   }
1160
1161   // Now build up the user lists for each of these disjoint partitions by
1162   // re-walking the recursive users of the alloca.
1163   Uses.resize(Partitions.size());
1164   UseBuilder UB(TD, AI, *this);
1165   UB();
1166 }
1167
1168 Type *AllocaPartitioning::getCommonType(iterator I) const {
1169   Type *Ty = 0;
1170   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I); UI != UE; ++UI) {
1171     if (!UI->U)
1172       continue; // Skip dead uses.
1173     if (isa<IntrinsicInst>(*UI->U->getUser()))
1174       continue;
1175     if (UI->BeginOffset != I->BeginOffset || UI->EndOffset != I->EndOffset)
1176       continue;
1177
1178     Type *UserTy = 0;
1179     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UI->U->getUser())) {
1180       UserTy = LI->getType();
1181     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI->U->getUser())) {
1182       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1183     } else {
1184       return 0; // Bail if we have weird uses.
1185     }
1186
1187     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(UserTy)) {
1188       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
1189       // this for split integer operations where we want to use the type of the
1190       // entity causing the split.
1191       if (ITy->getBitWidth() > (I->EndOffset - I->BeginOffset)*8)
1192         continue;
1193
1194       // If we have found an integer type use covering the alloca, use that
1195       // regardless of the other types, as integers are often used for a "bucket
1196       // of bits" type.
1197       return ITy;
1198     }
1199
1200     if (Ty && Ty != UserTy)
1201       return 0;
1202
1203     Ty = UserTy;
1204   }
1205   return Ty;
1206 }
1207
1208 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1209
1210 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1211                                StringRef Indent) const {
1212   OS << Indent << "partition #" << (I - begin())
1213      << " [" << I->BeginOffset << "," << I->EndOffset << ")"
1214      << (I->IsSplittable ? " (splittable)" : "")
1215      << (Uses[I - begin()].empty() ? " (zero uses)" : "")
1216      << "\n";
1217 }
1218
1219 void AllocaPartitioning::printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1220                                     StringRef Indent) const {
1221   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I);
1222        UI != UE; ++UI) {
1223     if (!UI->U)
1224       continue; // Skip dead uses.
1225     OS << Indent << "  [" << UI->BeginOffset << "," << UI->EndOffset << ") "
1226        << "used by: " << *UI->U->getUser() << "\n";
1227     if (MemTransferInst *II = dyn_cast<MemTransferInst>(UI->U->getUser())) {
1228       const MemTransferOffsets &MTO = MemTransferInstData.lookup(II);
1229       bool IsDest;
1230       if (!MTO.IsSplittable)
1231         IsDest = UI->BeginOffset == MTO.DestBegin;
1232       else
1233         IsDest = MTO.DestBegin != 0u;
1234       OS << Indent << "    (original " << (IsDest ? "dest" : "source") << ": "
1235          << "[" << (IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin)
1236          << "," << (IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd) << ")\n";
1237     }
1238   }
1239 }
1240
1241 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS) const {
1242   if (PointerEscapingInstr) {
1243     OS << "No partitioning for alloca: " << AI << "\n"
1244        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
1245        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
1246     return;
1247   }
1248
1249   OS << "Partitioning of alloca: " << AI << "\n";
1250   unsigned Num = 0;
1251   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I, ++Num) {
1252     print(OS, I);
1253     printUsers(OS, I);
1254   }
1255 }
1256
1257 void AllocaPartitioning::dump(const_iterator I) const { print(dbgs(), I); }
1258 void AllocaPartitioning::dump() const { print(dbgs()); }
1259
1260 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1261
1262
1263 namespace {
1264 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
1265 ///
1266 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
1267 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
1268 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
1269 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
1270 /// scalar values.
1271 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1272   AllocaInst &AI;
1273   DIBuilder &DIB;
1274
1275   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
1276   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
1277
1278 public:
1279   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
1280                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
1281     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
1282
1283   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
1284     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
1285     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
1286       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
1287                                UE = DebugNode->use_end();
1288            UI != UE; ++UI)
1289         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
1290           DDIs.push_back(DDI);
1291         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
1292           DVIs.push_back(DVI);
1293     }
1294
1295     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1296     AI.eraseFromParent();
1297     while (!DDIs.empty())
1298       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1299     while (!DVIs.empty())
1300       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1301   }
1302
1303   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
1304                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
1305     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1306       return LI->getOperand(0) == &AI;
1307     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == &AI;
1308   }
1309
1310   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
1311     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::const_iterator I = DDIs.begin(),
1312            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1313       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1314       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1315         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
1316       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
1317         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
1318     }
1319     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::const_iterator I = DVIs.begin(),
1320            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1321       DbgValueInst *DVI = *I;
1322       Value *Arg = NULL;
1323       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1324         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
1325         // may be zapped by an optimization pass in future.
1326         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
1327           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
1328         if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
1329           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
1330         if (!Arg)
1331           Arg = SI->getOperand(0);
1332       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
1333         Arg = LI->getOperand(0);
1334       } else {
1335         continue;
1336       }
1337       Instruction *DbgVal =
1338         DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
1339                                      Inst);
1340       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1341     }
1342   }
1343 };
1344 } // end anon namespace
1345
1346
1347 namespace {
1348 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
1349 ///
1350 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
1351 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
1352 /// a few steps to this process.
1353 ///
1354 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
1355 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
1356 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
1357 ///    as necessary and try to isolate invidual scalar accesses.
1358 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
1359 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
1360 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
1361 ///    select to be a PHI or select of the results.
1362 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
1363 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
1364 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
1365 ///    SSA vector values.
1366 class SROA : public FunctionPass {
1367   const bool RequiresDomTree;
1368
1369   LLVMContext *C;
1370   const DataLayout *TD;
1371   DominatorTree *DT;
1372
1373   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
1374   ///
1375   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
1376   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
1377   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
1378   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
1379   /// already present to ensure it is re-visited.
1380   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
1381
1382   /// \brief A collection of instructions to delete.
1383   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
1384   /// efficient.
1385   SetVector<Instruction *, SmallVector<Instruction *, 8> > DeadInsts;
1386
1387   /// \brief Post-promotion worklist.
1388   ///
1389   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
1390   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
1391   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
1392   ///
1393   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
1394   /// the event they are deleted.
1395   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
1396
1397   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
1398   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
1399
1400 public:
1401   SROA(bool RequiresDomTree = true)
1402       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
1403         C(0), TD(0), DT(0) {
1404     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1405   }
1406   bool runOnFunction(Function &F);
1407   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1408
1409   const char *getPassName() const { return "SROA"; }
1410   static char ID;
1411
1412 private:
1413   friend class PHIOrSelectSpeculator;
1414   friend class AllocaPartitionRewriter;
1415   friend class AllocaPartitionVectorRewriter;
1416
1417   bool rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
1418                               AllocaPartitioning &P,
1419                               AllocaPartitioning::iterator PI);
1420   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P);
1421   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
1422   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> &DeletedAllocas);
1423   bool promoteAllocas(Function &F);
1424 };
1425 }
1426
1427 char SROA::ID = 0;
1428
1429 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
1430   return new SROA(RequiresDomTree);
1431 }
1432
1433 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1434                       false, false)
1435 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
1436 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1437                     false, false)
1438
1439 namespace {
1440 /// \brief Visitor to speculate PHIs and Selects where possible.
1441 class PHIOrSelectSpeculator : public InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator> {
1442   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1443   friend class llvm::InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator>;
1444
1445   const DataLayout &TD;
1446   AllocaPartitioning &P;
1447   SROA &Pass;
1448
1449 public:
1450   PHIOrSelectSpeculator(const DataLayout &TD, AllocaPartitioning &P, SROA &Pass)
1451     : TD(TD), P(P), Pass(Pass) {}
1452
1453   /// \brief Visit the users of an alloca partition and rewrite them.
1454   void visitUsers(AllocaPartitioning::const_iterator PI) {
1455     // Note that we need to use an index here as the underlying vector of uses
1456     // may be grown during speculation. However, we never need to re-visit the
1457     // new uses, and so we can use the initial size bound.
1458     for (unsigned Idx = 0, Size = P.use_size(PI); Idx != Size; ++Idx) {
1459       const AllocaPartitioning::PartitionUse &PU = P.getUse(PI, Idx);
1460       if (!PU.U)
1461         continue; // Skip dead use.
1462
1463       visit(cast<Instruction>(PU.U->getUser()));
1464     }
1465   }
1466
1467 private:
1468   // By default, skip this instruction.
1469   void visitInstruction(Instruction &I) {}
1470
1471   /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1472   /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1473   /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1474   /// From this:
1475   ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1476   ///   %V = load i32* %P2
1477   /// to:
1478   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1479   ///   ...
1480   ///   %V2 = load i32* %Other
1481   ///   ...
1482   ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1483   ///
1484   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1485   /// to the select can be loaded unconditionally.
1486   ///
1487   /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1488   /// Transforms/Util/Local.h
1489   bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN, SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
1490     // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1491     // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1492     // TODO: Allow recursive phi users.
1493     // TODO: Allow stores.
1494     BasicBlock *BB = PN.getParent();
1495     unsigned MaxAlign = 0;
1496     for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end();
1497          UI != UE; ++UI) {
1498       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1499       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1500
1501       // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1502       // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1503       // a PHI.
1504       if (LI->getParent() != BB) return false;
1505
1506       // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1507       // could store.
1508       for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1509         if (BBI->mayWriteToMemory())
1510           return false;
1511
1512       MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1513       Loads.push_back(LI);
1514     }
1515
1516     // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1517     // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1518     // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1519     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num;
1520          ++Idx) {
1521       TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1522       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1523
1524       // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1525       // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1526       // in the predecessor.
1527       if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1528         return false;
1529
1530       // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1531       // critical.
1532       if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1533         continue;
1534
1535       // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1536       // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1537       // block.
1538       if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1539           isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, &TD))
1540         continue;
1541
1542       return false;
1543     }
1544
1545     return true;
1546   }
1547
1548   void visitPHINode(PHINode &PN) {
1549     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1550
1551     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
1552     if (!isSafePHIToSpeculate(PN, Loads))
1553       return;
1554
1555     assert(!Loads.empty());
1556
1557     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1558     IRBuilder<> PHIBuilder(&PN);
1559     PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1560                                           PN.getName() + ".sroa.speculated");
1561
1562     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1563     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1564     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(Loads.back());
1565     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1566     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1567
1568     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1569     do {
1570       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
1571       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1572       Pass.DeadInsts.insert(LI);
1573     } while (!Loads.empty());
1574
1575     // Inject loads into all of the pred blocks.
1576     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1577       BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1578       TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1579       Use *InUse = &PN.getOperandUse(PN.getOperandNumForIncomingValue(Idx));
1580       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1581       IRBuilder<> PredBuilder(TI);
1582
1583       LoadInst *Load
1584         = PredBuilder.CreateLoad(InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." +
1585                                          Pred->getName()));
1586       ++NumLoadsSpeculated;
1587       Load->setAlignment(Align);
1588       if (TBAATag)
1589         Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1590       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1591
1592       Instruction *Ptr = dyn_cast<Instruction>(InVal);
1593       if (!Ptr)
1594         // No uses to rewrite.
1595         continue;
1596
1597       // Try to lookup and rewrite any partition uses corresponding to this phi
1598       // input.
1599       AllocaPartitioning::iterator PI
1600         = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(InUse);
1601       if (PI == P.end())
1602         continue;
1603
1604       // Replace the Use in the PartitionUse for this operand with the Use
1605       // inside the load.
1606       AllocaPartitioning::use_iterator UI
1607         = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(InUse);
1608       assert(isa<PHINode>(*UI->U->getUser()));
1609       UI->U = &Load->getOperandUse(Load->getPointerOperandIndex());
1610     }
1611     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1612   }
1613
1614   /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1615   /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1616   /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1617   /// From this:
1618   ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1619   ///   %V = load i32* %P2
1620   /// to:
1621   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1622   ///   %V2 = load i32* %Other
1623   ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1624   ///
1625   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1626   /// to the select can be loaded unconditionally.
1627   bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
1628                                SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
1629     Value *TValue = SI.getTrueValue();
1630     Value *FValue = SI.getFalseValue();
1631     bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
1632     bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
1633
1634     for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end();
1635          UI != UE; ++UI) {
1636       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1637       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1638
1639       // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1640       // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1641       // accesses to it.
1642       if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI,
1643                                                       LI->getAlignment(), &TD))
1644         return false;
1645       if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI,
1646                                                       LI->getAlignment(), &TD))
1647         return false;
1648       Loads.push_back(LI);
1649     }
1650
1651     return true;
1652   }
1653
1654   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
1655     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1656     IRBuilder<> IRB(&SI);
1657
1658     // If the select isn't safe to speculate, just use simple logic to emit it.
1659     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
1660     if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, Loads))
1661       return;
1662
1663     Use *Ops[2] = { &SI.getOperandUse(1), &SI.getOperandUse(2) };
1664     AllocaPartitioning::iterator PIs[2];
1665     AllocaPartitioning::PartitionUse PUs[2];
1666     for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
1667       PIs[i] = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
1668       if (PIs[i] != P.end()) {
1669         // If the pointer is within the partitioning, remove the select from
1670         // its uses. We'll add in the new loads below.
1671         AllocaPartitioning::use_iterator UI
1672           = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
1673         PUs[i] = *UI;
1674         // Clear out the use here so that the offsets into the use list remain
1675         // stable but this use is ignored when rewriting.
1676         UI->U = 0;
1677       }
1678     }
1679
1680     Value *TV = SI.getTrueValue();
1681     Value *FV = SI.getFalseValue();
1682     // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1683     while (!Loads.empty()) {
1684       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
1685
1686       IRB.SetInsertPoint(LI);
1687       LoadInst *TL =
1688         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1689       LoadInst *FL =
1690         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1691       NumLoadsSpeculated += 2;
1692
1693       // Transfer alignment and TBAA info if present.
1694       TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1695       FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1696       if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1697         TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1698         FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1699       }
1700
1701       Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1702                                   LI->getName() + ".sroa.speculated");
1703
1704       LoadInst *Loads[2] = { TL, FL };
1705       for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
1706         if (PIs[i] != P.end()) {
1707           Use *LoadUse = &Loads[i]->getOperandUse(0);
1708           assert(PUs[i].U->get() == LoadUse->get());
1709           PUs[i].U = LoadUse;
1710           P.use_push_back(PIs[i], PUs[i]);
1711         }
1712       }
1713
1714       DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1715       LI->replaceAllUsesWith(V);
1716       Pass.DeadInsts.insert(LI);
1717     }
1718   }
1719 };
1720 }
1721
1722 /// \brief Accumulate the constant offsets in a GEP into a single APInt offset.
1723 ///
1724 /// If the provided GEP is all-constant, the total byte offset formed by the
1725 /// GEP is computed and Offset is set to it. If the GEP has any non-constant
1726 /// operands, the function returns false and the value of Offset is unmodified.
1727 static bool accumulateGEPOffsets(const DataLayout &TD, GEPOperator &GEP,
1728                                  APInt &Offset) {
1729   APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1730   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1731        GTI != GTE; ++GTI) {
1732     ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1733     if (!OpC)
1734       return false;
1735     if (OpC->isZero()) continue;
1736
1737     // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
1738     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1739       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1740       const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1741       GEPOffset += APInt(Offset.getBitWidth(),
1742                          SL->getElementOffset(ElementIdx));
1743       continue;
1744     }
1745
1746     APInt TypeSize(Offset.getBitWidth(),
1747                    TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
1748     if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(*GTI)) {
1749       assert((VTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
1750              "vector element size is not a multiple of 8, cannot GEP over it");
1751       TypeSize = VTy->getScalarSizeInBits() / 8;
1752     }
1753
1754     GEPOffset += OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth()) * TypeSize;
1755   }
1756   Offset = GEPOffset;
1757   return true;
1758 }
1759
1760 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1761 ///
1762 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1763 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1764 static Value *buildGEP(IRBuilder<> &IRB, Value *BasePtr,
1765                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1766                        const Twine &Prefix) {
1767   if (Indices.empty())
1768     return BasePtr;
1769
1770   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1771   // in that case.
1772   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1773     return BasePtr;
1774
1775   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, Prefix + ".idx");
1776 }
1777
1778 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1779 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1780 ///
1781 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1782 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1783 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1784 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1785 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1786 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1787 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1788                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1789                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1790                                     const Twine &Prefix) {
1791   if (Ty == TargetTy)
1792     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1793
1794   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1795   // type.
1796   unsigned NumLayers = 0;
1797   Type *ElementTy = Ty;
1798   do {
1799     if (ElementTy->isPointerTy())
1800       break;
1801     if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
1802       ElementTy = SeqTy->getElementType();
1803       // Note that we use the default address space as this index is over an
1804       // array or a vector, not a pointer.
1805       Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(TD.getPointerSizeInBits(0), 0)));
1806     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1807       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1808         break; // Nothing left to descend into.
1809       ElementTy = *STy->element_begin();
1810       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1811     } else {
1812       break;
1813     }
1814     ++NumLayers;
1815   } while (ElementTy != TargetTy);
1816   if (ElementTy != TargetTy)
1817     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1818
1819   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1820 }
1821
1822 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1823 ///
1824 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1825 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1826 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1827                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1828                                        Type *TargetTy,
1829                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1830                                        const Twine &Prefix) {
1831   if (Offset == 0)
1832     return getNaturalGEPWithType(IRB, TD, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, Prefix);
1833
1834   // We can't recurse through pointer types.
1835   if (Ty->isPointerTy())
1836     return 0;
1837
1838   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1839   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1840   // over a vector from the IR completely.
1841   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1842     unsigned ElementSizeInBits = VecTy->getScalarSizeInBits();
1843     if (ElementSizeInBits % 8)
1844       return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1845     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1846     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1847     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1848       return 0;
1849     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1850     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1851     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, VecTy->getElementType(),
1852                                     Offset, TargetTy, Indices, Prefix);
1853   }
1854
1855   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1856     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1857     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1858     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1859     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1860       return 0;
1861
1862     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1863     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1864     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1865                                     Indices, Prefix);
1866   }
1867
1868   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1869   if (!STy)
1870     return 0;
1871
1872   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1873   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1874   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1875     return 0;
1876   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1877   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1878   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1879   if (Offset.uge(TD.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1880     return 0; // The offset points into alignment padding.
1881
1882   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1883   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1884                                   Indices, Prefix);
1885 }
1886
1887 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1888 /// resulting in a particular type.
1889 ///
1890 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1891 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1892 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1893 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1894 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1895 ///
1896 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1897 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1898                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1899                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1900                                       const Twine &Prefix) {
1901   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1902
1903   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1904   // an i8.
1905   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
1906     return 0;
1907
1908   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1909   if (!ElementTy->isSized())
1910     return 0; // We can't GEP through an unsized element.
1911   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1912   if (ElementSize == 0)
1913     return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1914   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1915
1916   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1917   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1918   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1919                                   Indices, Prefix);
1920 }
1921
1922 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1923 /// resulting pointer has PointerTy.
1924 ///
1925 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1926 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1927 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1928 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1929 /// bitcast to the type.
1930 ///
1931 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1932 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1933 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1934 /// properities. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1935 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1936 /// surrounding code.
1937 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
1938                              Value *Ptr, APInt Offset, Type *PointerTy,
1939                              const Twine &Prefix) {
1940   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1941   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1942   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1943   Visited.insert(Ptr);
1944   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1945
1946   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1947   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1948   // fall back to it, so keep it around here.
1949   Value *OffsetPtr = 0;
1950
1951   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1952   // byte offset.
1953   Value *Int8Ptr = 0;
1954   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1955
1956   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1957
1958   do {
1959     // First fold any existing GEPs into the offset.
1960     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1961       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1962       if (!accumulateGEPOffsets(TD, *GEP, GEPOffset))
1963         break;
1964       Offset += GEPOffset;
1965       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1966       if (!Visited.insert(Ptr))
1967         break;
1968     }
1969
1970     // See if we can perform a natural GEP here.
1971     Indices.clear();
1972     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, TD, Ptr, Offset, TargetTy,
1973                                            Indices, Prefix)) {
1974       if (P->getType() == PointerTy) {
1975         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1976         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1977           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1978             I->eraseFromParent();
1979         return P;
1980       }
1981       if (!OffsetPtr) {
1982         OffsetPtr = P;
1983       }
1984     }
1985
1986     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1987     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1988       Int8Ptr = Ptr;
1989       Int8PtrOffset = Offset;
1990     }
1991
1992     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1993     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1994       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1995     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1996       if (GA->mayBeOverridden())
1997         break;
1998       Ptr = GA->getAliasee();
1999     } else {
2000       break;
2001     }
2002     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
2003   } while (Visited.insert(Ptr));
2004
2005   if (!OffsetPtr) {
2006     if (!Int8Ptr) {
2007       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
2008                                   Prefix + ".raw_cast");
2009       Int8PtrOffset = Offset;
2010     }
2011
2012     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
2013       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
2014                             Prefix + ".raw_idx");
2015   }
2016   Ptr = OffsetPtr;
2017
2018   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
2019   if (Ptr->getType() != PointerTy)
2020     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, Prefix + ".cast");
2021
2022   return Ptr;
2023 }
2024
2025 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
2026 ///
2027 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
2028 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
2029 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
2030 /// underlying value, and convert that value.
2031 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
2032   if (OldTy == NewTy)
2033     return true;
2034   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
2035     return false;
2036   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
2037     return false;
2038
2039   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
2040     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
2041       return true;
2042     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
2043       return true;
2044     return false;
2045   }
2046
2047   return true;
2048 }
2049
2050 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
2051 /// type.
2052 ///
2053 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
2054 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
2055 /// two types for viability with this routine.
2056 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilder<> &IRB, Value *V,
2057                            Type *Ty) {
2058   assert(canConvertValue(DL, V->getType(), Ty) &&
2059          "Value not convertable to type");
2060   if (V->getType() == Ty)
2061     return V;
2062   if (V->getType()->isIntegerTy() && Ty->isPointerTy())
2063     return IRB.CreateIntToPtr(V, Ty);
2064   if (V->getType()->isPointerTy() && Ty->isIntegerTy())
2065     return IRB.CreatePtrToInt(V, Ty);
2066
2067   return IRB.CreateBitCast(V, Ty);
2068 }
2069
2070 /// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to a vector.
2071 ///
2072 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
2073 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
2074 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
2075 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
2076 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
2077 /// be promotable, so we have an early test here.
2078 static bool isVectorPromotionViable(const DataLayout &TD,
2079                                     Type *AllocaTy,
2080                                     AllocaPartitioning &P,
2081                                     uint64_t PartitionBeginOffset,
2082                                     uint64_t PartitionEndOffset,
2083                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2084                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2085   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
2086   if (!Ty)
2087     return false;
2088
2089   uint64_t VecSize = TD.getTypeSizeInBits(Ty);
2090   uint64_t ElementSize = Ty->getScalarSizeInBits();
2091
2092   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
2093   // that aren't byte sized.
2094   if (ElementSize % 8)
2095     return false;
2096   assert((VecSize % 8) == 0 && "vector size not a multiple of element size?");
2097   VecSize /= 8;
2098   ElementSize /= 8;
2099
2100   for (; I != E; ++I) {
2101     if (!I->U)
2102       continue; // Skip dead use.
2103
2104     uint64_t BeginOffset = I->BeginOffset - PartitionBeginOffset;
2105     uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
2106     if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
2107         BeginIndex >= Ty->getNumElements())
2108       return false;
2109     uint64_t EndOffset = I->EndOffset - PartitionBeginOffset;
2110     uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
2111     if (EndIndex * ElementSize != EndOffset ||
2112         EndIndex > Ty->getNumElements())
2113       return false;
2114
2115     // FIXME: We should build shuffle vector instructions to handle
2116     // non-element-sized accesses. See PR14055 for an example of where this
2117     // matters.
2118     if ((EndOffset - BeginOffset) != ElementSize &&
2119         (EndOffset - BeginOffset) != VecSize)
2120       return false;
2121
2122     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
2123       if (MI->isVolatile())
2124         return false;
2125       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
2126         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2127           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
2128         if (!MTO.IsSplittable)
2129           return false;
2130       }
2131     } else if (I->U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
2132       // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
2133       return false;
2134     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->U->getUser())) {
2135       if (LI->isVolatile())
2136         return false;
2137     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I->U->getUser())) {
2138       if (SI->isVolatile())
2139         return false;
2140     } else {
2141       return false;
2142     }
2143   }
2144   return true;
2145 }
2146
2147 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
2148 /// widened to promotable ones.
2149 ///
2150 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
2151 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
2152 /// promote the resulting alloca.
2153 static bool isIntegerWideningViable(const DataLayout &TD,
2154                                     Type *AllocaTy,
2155                                     uint64_t AllocBeginOffset,
2156                                     AllocaPartitioning &P,
2157                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2158                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2159   uint64_t SizeInBits = TD.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
2160
2161   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
2162   if (SizeInBits != TD.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
2163     return false;
2164
2165   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
2166   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
2167   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
2168   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
2169   if (!canConvertValue(TD, AllocaTy, IntTy) ||
2170       !canConvertValue(TD, IntTy, AllocaTy))
2171     return false;
2172
2173   uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(AllocaTy);
2174
2175   // Check the uses to ensure the uses are (likely) promoteable integer uses.
2176   // Also ensure that the alloca has a covering load or store. We don't want
2177   // to widen the integer operotains only to fail to promote due to some other
2178   // unsplittable entry (which we may make splittable later).
2179   bool WholeAllocaOp = false;
2180   for (; I != E; ++I) {
2181     if (!I->U)
2182       continue; // Skip dead use.
2183
2184     uint64_t RelBegin = I->BeginOffset - AllocBeginOffset;
2185     uint64_t RelEnd = I->EndOffset - AllocBeginOffset;
2186
2187     // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
2188     // the end of the aloca's type and into its padding.
2189     if (RelEnd > Size)
2190       return false;
2191
2192     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->U->getUser())) {
2193       if (LI->isVolatile())
2194         return false;
2195       if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2196         WholeAllocaOp = true;
2197       if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
2198         if (ITy->getBitWidth() < TD.getTypeStoreSize(ITy))
2199           return false;
2200         continue;
2201       }
2202       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
2203       // they are promotable.
2204       if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2205           !canConvertValue(TD, AllocaTy, LI->getType()))
2206         return false;
2207     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I->U->getUser())) {
2208       Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
2209       if (SI->isVolatile())
2210         return false;
2211       if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2212         WholeAllocaOp = true;
2213       if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
2214         if (ITy->getBitWidth() < TD.getTypeStoreSize(ITy))
2215           return false;
2216         continue;
2217       }
2218       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
2219       // they are promotable.
2220       if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2221           !canConvertValue(TD, ValueTy, AllocaTy))
2222         return false;
2223     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
2224       if (MI->isVolatile())
2225         return false;
2226       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
2227         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2228           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
2229         if (!MTO.IsSplittable)
2230           return false;
2231       }
2232     } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->U->getUser())) {
2233       if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
2234           II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
2235         return false;
2236     } else {
2237       return false;
2238     }
2239   }
2240   return WholeAllocaOp;
2241 }
2242
2243 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilder<> &IRB, Value *V,
2244                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
2245                              const Twine &Name) {
2246   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
2247   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2248   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2249          "Element extends past full value");
2250   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
2251   if (DL.isBigEndian())
2252     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2253   if (ShAmt) {
2254     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
2255     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
2256   }
2257   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2258          "Cannot extract to a larger integer!");
2259   if (Ty != IntTy) {
2260     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
2261     DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
2262   }
2263   return V;
2264 }
2265
2266 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilder<> &IRB, Value *Old,
2267                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
2268   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
2269   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
2270   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2271          "Cannot insert a larger integer!");
2272   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
2273   if (Ty != IntTy) {
2274     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
2275     DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
2276   }
2277   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2278          "Element store outside of alloca store");
2279   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
2280   if (DL.isBigEndian())
2281     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2282   if (ShAmt) {
2283     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
2284     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
2285   }
2286
2287   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
2288     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
2289     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
2290     DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
2291     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
2292     DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
2293   }
2294   return V;
2295 }
2296
2297 namespace {
2298 /// \brief Visitor to rewrite instructions using a partition of an alloca to
2299 /// use a new alloca.
2300 ///
2301 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
2302 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
2303 /// lives here.
2304 class AllocaPartitionRewriter : public InstVisitor<AllocaPartitionRewriter,
2305                                                    bool> {
2306   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2307   friend class llvm::InstVisitor<AllocaPartitionRewriter, bool>;
2308
2309   const DataLayout &TD;
2310   AllocaPartitioning &P;
2311   SROA &Pass;
2312   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2313   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2314   Type *NewAllocaTy;
2315
2316   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2317   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2318   // non-null, we have some strict guarantees about the rewriten alloca:
2319   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2320   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2321   //     element.
2322   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2323   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2324   //     which are promotable via mem2reg.
2325   VectorType *VecTy;
2326   Type *ElementTy;
2327   uint64_t ElementSize;
2328
2329   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2330   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
2331   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
2332   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2333   IntegerType *IntTy;
2334
2335   // The offset of the partition user currently being rewritten.
2336   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
2337   Use *OldUse;
2338   Instruction *OldPtr;
2339
2340   // The name prefix to use when rewriting instructions for this alloca.
2341   std::string NamePrefix;
2342
2343 public:
2344   AllocaPartitionRewriter(const DataLayout &TD, AllocaPartitioning &P,
2345                           AllocaPartitioning::iterator PI,
2346                           SROA &Pass, AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2347                           uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset)
2348     : TD(TD), P(P), Pass(Pass),
2349       OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2350       NewAllocaBeginOffset(NewBeginOffset),
2351       NewAllocaEndOffset(NewEndOffset),
2352       NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
2353       VecTy(), ElementTy(), ElementSize(), IntTy(),
2354       BeginOffset(), EndOffset() {
2355   }
2356
2357   /// \brief Visit the users of the alloca partition and rewrite them.
2358   bool visitUsers(AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2359                   AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2360     if (isVectorPromotionViable(TD, NewAI.getAllocatedType(), P,
2361                                 NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset,
2362                                 I, E)) {
2363       ++NumVectorized;
2364       VecTy = cast<VectorType>(NewAI.getAllocatedType());
2365       ElementTy = VecTy->getElementType();
2366       assert((VecTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
2367              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2368       ElementSize = VecTy->getScalarSizeInBits() / 8;
2369     } else if (isIntegerWideningViable(TD, NewAI.getAllocatedType(),
2370                                        NewAllocaBeginOffset, P, I, E)) {
2371       IntTy = Type::getIntNTy(NewAI.getContext(),
2372                               TD.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()));
2373     }
2374     bool CanSROA = true;
2375     for (; I != E; ++I) {
2376       if (!I->U)
2377         continue; // Skip dead uses.
2378       BeginOffset = I->BeginOffset;
2379       EndOffset = I->EndOffset;
2380       OldUse = I->U;
2381       OldPtr = cast<Instruction>(I->U->get());
2382       NamePrefix = (Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset)).str();
2383       CanSROA &= visit(cast<Instruction>(I->U->getUser()));
2384     }
2385     if (VecTy) {
2386       assert(CanSROA);
2387       VecTy = 0;
2388       ElementTy = 0;
2389       ElementSize = 0;
2390     }
2391     if (IntTy) {
2392       assert(CanSROA);
2393       IntTy = 0;
2394     }
2395     return CanSROA;
2396   }
2397
2398 private:
2399   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2400   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2401     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2402     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2403   }
2404
2405   Twine getName(const Twine &Suffix) {
2406     return NamePrefix + Suffix;
2407   }
2408
2409   Value *getAdjustedAllocaPtr(IRBuilder<> &IRB, Type *PointerTy) {
2410     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset);
2411     APInt Offset(TD.getPointerSizeInBits(), BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2412     return getAdjustedPtr(IRB, TD, &NewAI, Offset, PointerTy, getName(""));
2413   }
2414
2415   /// \brief Compute suitable alignment to access an offset into the new alloca.
2416   unsigned getOffsetAlign(uint64_t Offset) {
2417     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2418     if (!NewAIAlign)
2419       NewAIAlign = TD.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2420     return MinAlign(NewAIAlign, Offset);
2421   }
2422
2423   /// \brief Compute suitable alignment to access this partition of the new
2424   /// alloca.
2425   unsigned getPartitionAlign() {
2426     return getOffsetAlign(BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2427   }
2428
2429   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at an offset of the
2430   /// new alloca.
2431   ///
2432   /// \returns zero if the type's ABI alignment is a suitable alignment,
2433   /// otherwise returns the maximal suitable alignment.
2434   unsigned getOffsetTypeAlign(Type *Ty, uint64_t Offset) {
2435     unsigned Align = getOffsetAlign(Offset);
2436     return Align == TD.getABITypeAlignment(Ty) ? 0 : Align;
2437   }
2438
2439   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at the beginning of
2440   /// this partition of the new alloca.
2441   ///
2442   /// See \c getOffsetTypeAlign for details; this routine delegates to it.
2443   unsigned getPartitionTypeAlign(Type *Ty) {
2444     return getOffsetTypeAlign(Ty, BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2445   }
2446
2447   ConstantInt *getIndex(IRBuilder<> &IRB, uint64_t Offset) {
2448     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2449     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2450     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2451     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2452     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2453     return IRB.getInt32(Index);
2454   }
2455
2456   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2457     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2458     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2459       Pass.DeadInsts.insert(I);
2460   }
2461
2462   Value *rewriteVectorizedLoadInst(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI, Value *OldOp) {
2463     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2464                                      getName(".load"));
2465     if (LI.getType() == VecTy->getElementType() ||
2466         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2467       V = IRB.CreateExtractElement(V, getIndex(IRB, BeginOffset),
2468                                    getName(".extract"));
2469     }
2470     return V;
2471   }
2472
2473   Value *rewriteIntegerLoad(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI) {
2474     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2475     assert(!LI.isVolatile());
2476     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2477                                      getName(".load"));
2478     V = convertValue(TD, IRB, V, IntTy);
2479     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2480     uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2481     if (Offset > 0 || EndOffset < NewAllocaEndOffset)
2482       V = extractInteger(TD, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2483                          getName(".extract"));
2484     return V;
2485   }
2486
2487   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2488     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2489     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2490     assert(OldOp == OldPtr);
2491     IRBuilder<> IRB(&LI);
2492
2493     uint64_t Size = EndOffset - BeginOffset;
2494     bool IsSplitIntLoad = Size < TD.getTypeStoreSize(LI.getType());
2495     Type *TargetTy = IsSplitIntLoad ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), Size * 8)
2496                                     : LI.getType();
2497     bool IsPtrAdjusted = false;
2498     Value *V;
2499     if (VecTy) {
2500       V = rewriteVectorizedLoadInst(IRB, LI, OldOp);
2501     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2502       V = rewriteIntegerLoad(IRB, LI);
2503     } else if (BeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2504                canConvertValue(TD, NewAllocaTy, LI.getType())) {
2505       V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2506                                 LI.isVolatile(), getName(".load"));
2507     } else {
2508       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo();
2509       V = IRB.CreateAlignedLoad(getAdjustedAllocaPtr(IRB, LTy),
2510                                 getPartitionTypeAlign(TargetTy),
2511                                 LI.isVolatile(), getName(".load"));
2512       IsPtrAdjusted = true;
2513     }
2514     V = convertValue(TD, IRB, V, TargetTy);
2515
2516     if (IsSplitIntLoad) {
2517       assert(!LI.isVolatile());
2518       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2519              "Only integer type loads and stores are split");
2520       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2521              TD.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2522              "Non-byte-multiple bit width");
2523       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2524              TD.getTypeAllocSizeInBits(OldAI.getAllocatedType()) &&
2525              "Only alloca-wide loads can be split and recomposed");
2526       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2527       IRB.SetInsertPoint(llvm::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2528       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2529       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2530       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2531       // LI only used for this computation.
2532       Value *Placeholder
2533         = new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo()));
2534       V = insertInteger(TD, IRB, Placeholder, V, BeginOffset,
2535                         getName(".insert"));
2536       LI.replaceAllUsesWith(V);
2537       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2538       delete Placeholder;
2539     } else {
2540       LI.replaceAllUsesWith(V);
2541     }
2542
2543     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2544     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2545     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2546     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2547   }
2548
2549   bool rewriteVectorizedStoreInst(IRBuilder<> &IRB, Value *V,
2550                                   StoreInst &SI, Value *OldOp) {
2551     if (V->getType() == ElementTy ||
2552         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2553       if (V->getType() != ElementTy)
2554         V = convertValue(TD, IRB, V, ElementTy);
2555       LoadInst *LI = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2556                                            getName(".load"));
2557       V = IRB.CreateInsertElement(LI, V, getIndex(IRB, BeginOffset),
2558                                   getName(".insert"));
2559     } else if (V->getType() != VecTy) {
2560       V = convertValue(TD, IRB, V, VecTy);
2561     }
2562     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2563     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2564
2565     (void)Store;
2566     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2567     return true;
2568   }
2569
2570   bool rewriteIntegerStore(IRBuilder<> &IRB, Value *V, StoreInst &SI) {
2571     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2572     assert(!SI.isVolatile());
2573     if (TD.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2574       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2575                                          getName(".oldload"));
2576       Old = convertValue(TD, IRB, Old, IntTy);
2577       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2578       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2579       V = insertInteger(TD, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset,
2580                         getName(".insert"));
2581     }
2582     V = convertValue(TD, IRB, V, NewAllocaTy);
2583     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2584     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2585     (void)Store;
2586     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2587     return true;
2588   }
2589
2590   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2591     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2592     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2593     assert(OldOp == OldPtr);
2594     IRBuilder<> IRB(&SI);
2595
2596     Value *V = SI.getValueOperand();
2597
2598     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2599     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2600     if (V->getType()->isPointerTy())
2601       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2602         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2603
2604     uint64_t Size = EndOffset - BeginOffset;
2605     if (Size < TD.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2606       assert(!SI.isVolatile());
2607       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2608              "Only integer type loads and stores are split");
2609       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2610              TD.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2611              "Non-byte-multiple bit width");
2612       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2613              TD.getTypeSizeInBits(OldAI.getAllocatedType()) &&
2614              "Only alloca-wide stores can be split and recomposed");
2615       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), Size * 8);
2616       V = extractInteger(TD, IRB, V, NarrowTy, BeginOffset,
2617                          getName(".extract"));
2618     }
2619
2620     if (VecTy)
2621       return rewriteVectorizedStoreInst(IRB, V, SI, OldOp);
2622     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2623       return rewriteIntegerStore(IRB, V, SI);
2624
2625     StoreInst *NewSI;
2626     if (BeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2627         canConvertValue(TD, V->getType(), NewAllocaTy)) {
2628       V = convertValue(TD, IRB, V, NewAllocaTy);
2629       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2630                                      SI.isVolatile());
2631     } else {
2632       Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, V->getType()->getPointerTo());
2633       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, NewPtr,
2634                                      getPartitionTypeAlign(V->getType()),
2635                                      SI.isVolatile());
2636     }
2637     (void)NewSI;
2638     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2639     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2640
2641     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2642     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2643   }
2644
2645   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2646     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2647     IRBuilder<> IRB(&II);
2648     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2649
2650     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2651     // pointer to the new alloca.
2652     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2653       II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
2654       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2655       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getPartitionAlign()));
2656
2657       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2658       return false;
2659     }
2660
2661     // Record this instruction for deletion.
2662     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2663
2664     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2665     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2666
2667     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2668     // a single value type, just emit a memset.
2669     if (!VecTy && !IntTy &&
2670         (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2671          EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2672          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2673          !TD.isLegalInteger(TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy)))) {
2674       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2675       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2676       CallInst *New
2677         = IRB.CreateMemSet(getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2678                                                 II.getRawDest()->getType()),
2679                            II.getValue(), Size, getPartitionAlign(),
2680                            II.isVolatile());
2681       (void)New;
2682       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2683       return false;
2684     }
2685
2686     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2687     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2688     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2689     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, bitcasting to the
2690     // desired scalar type, and splatting it across any desired vector type.
2691     uint64_t Size = EndOffset - BeginOffset;
2692     Value *V = II.getValue();
2693     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2694     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size*8);
2695     if (Size*8 > VTy->getBitWidth())
2696       V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, getName(".zext")),
2697                         ConstantExpr::getUDiv(
2698                           Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2699                           ConstantExpr::getZExt(
2700                             Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2701                             SplatIntTy)),
2702                         getName(".isplat"));
2703
2704     // If this is an element-wide memset of a vectorizable alloca, insert it.
2705     if (VecTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2706                   EndOffset < NewAllocaEndOffset)) {
2707       if (V->getType() != ScalarTy)
2708         V = convertValue(TD, IRB, V, ScalarTy);
2709       StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(
2710         IRB.CreateInsertElement(IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI,
2711                                                       NewAI.getAlignment(),
2712                                                       getName(".load")),
2713                                 V, getIndex(IRB, BeginOffset),
2714                                 getName(".insert")),
2715         &NewAI, NewAI.getAlignment());
2716       (void)Store;
2717       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2718       return true;
2719     }
2720
2721     // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2722     // set integer.
2723     if (IntTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2724                   EndOffset < NewAllocaEndOffset)) {
2725       assert(!II.isVolatile());
2726       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2727                                          getName(".oldload"));
2728       Old = convertValue(TD, IRB, Old, IntTy);
2729       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2730       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2731       V = insertInteger(TD, IRB, Old, V, Offset, getName(".insert"));
2732     }
2733
2734     if (V->getType() != AllocaTy)
2735       V = convertValue(TD, IRB, V, AllocaTy);
2736
2737     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2738                                         II.isVolatile());
2739     (void)New;
2740     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2741     return !II.isVolatile();
2742   }
2743
2744   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2745     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2746     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2747
2748     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2749     IRBuilder<> IRB(&II);
2750
2751     assert(II.getRawSource() == OldPtr || II.getRawDest() == OldPtr);
2752     bool IsDest = II.getRawDest() == OldPtr;
2753
2754     const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2755       = P.getMemTransferOffsets(II);
2756
2757     // Compute the relative offset within the transfer.
2758     unsigned IntPtrWidth = TD.getPointerSizeInBits();
2759     APInt RelOffset(IntPtrWidth, BeginOffset - (IsDest ? MTO.DestBegin
2760                                                        : MTO.SourceBegin));
2761
2762     unsigned Align = II.getAlignment();
2763     if (Align > 1)
2764       Align = MinAlign(RelOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue(),
2765                        MinAlign(II.getAlignment(), getPartitionAlign()));
2766
2767     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2768     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2769     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2770     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2771     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2772     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2773     // update both source and dest of a single call.
2774     if (!MTO.IsSplittable) {
2775       Value *OldOp = IsDest ? II.getRawDest() : II.getRawSource();
2776       if (IsDest)
2777         II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
2778       else
2779         II.setSource(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawSource()->getType()));
2780
2781       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2782       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, Align));
2783
2784       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2785       deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2786       return false;
2787     }
2788     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2789     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2790     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2791     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2792     // downsides to splitting and transforming the operations.
2793
2794     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2795     // a single value type, just emit a memcpy.
2796     bool EmitMemCpy
2797       = !VecTy && !IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2798                              EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2799                              !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2800
2801     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2802     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2803     // a no-op.
2804     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2805       uint64_t OrigBegin = IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin;
2806       uint64_t OrigEnd = IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd;
2807       // Ensure the start lines up.
2808       assert(BeginOffset == OrigBegin);
2809       (void)OrigBegin;
2810
2811       // Rewrite the size as needed.
2812       if (EndOffset != OrigEnd)
2813         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2814                                       EndOffset - BeginOffset));
2815       return false;
2816     }
2817     // Record this instruction for deletion.
2818     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2819
2820     bool IsWholeAlloca = BeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2821                          EndOffset == NewAllocaEndOffset;
2822     bool IsVectorElement = VecTy && !IsWholeAlloca;
2823     uint64_t Size = EndOffset - BeginOffset;
2824     IntegerType *SubIntTy
2825       = IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size*8) : 0;
2826
2827     Type *OtherPtrTy = IsDest ? II.getRawSource()->getType()
2828                               : II.getRawDest()->getType();
2829     if (!EmitMemCpy) {
2830       if (IsVectorElement)
2831         OtherPtrTy = VecTy->getElementType()->getPointerTo();
2832       else if (IntTy && !IsWholeAlloca)
2833         OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo();
2834       else
2835         OtherPtrTy = NewAI.getType();
2836     }
2837
2838     // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2839     // a single, simple GEP in most cases.
2840     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2841     OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, TD, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy,
2842                               getName("." + OtherPtr->getName()));
2843
2844     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2845     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2846     if (AllocaInst *AI
2847           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets()))
2848       Pass.Worklist.insert(AI);
2849
2850     if (EmitMemCpy) {
2851       Value *OurPtr
2852         = getAdjustedAllocaPtr(IRB, IsDest ? II.getRawDest()->getType()
2853                                            : II.getRawSource()->getType());
2854       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2855       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2856
2857       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(IsDest ? OurPtr : OtherPtr,
2858                                        IsDest ? OtherPtr : OurPtr,
2859                                        Size, Align, II.isVolatile());
2860       (void)New;
2861       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2862       return false;
2863     }
2864
2865     // Note that we clamp the alignment to 1 here as a 0 alignment for a memcpy
2866     // is equivalent to 1, but that isn't true if we end up rewriting this as
2867     // a load or store.
2868     if (!Align)
2869       Align = 1;
2870
2871     Value *SrcPtr = OtherPtr;
2872     Value *DstPtr = &NewAI;
2873     if (!IsDest)
2874       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2875
2876     Value *Src;
2877     if (IsVectorElement && !IsDest) {
2878       // We have to extract rather than load.
2879       Src = IRB.CreateExtractElement(
2880         IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, getName(".copyload")),
2881         getIndex(IRB, BeginOffset),
2882         getName(".copyextract"));
2883     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2884       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2885                                   getName(".load"));
2886       Src = convertValue(TD, IRB, Src, IntTy);
2887       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2888       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2889       Src = extractInteger(TD, IRB, Src, SubIntTy, Offset, getName(".extract"));
2890     } else {
2891       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, II.isVolatile(),
2892                                   getName(".copyload"));
2893     }
2894
2895     if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2896       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2897                                          getName(".oldload"));
2898       Old = convertValue(TD, IRB, Old, IntTy);
2899       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2900       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2901       Src = insertInteger(TD, IRB, Old, Src, Offset, getName(".insert"));
2902       Src = convertValue(TD, IRB, Src, NewAllocaTy);
2903     }
2904
2905     if (IsVectorElement && IsDest) {
2906       // We have to insert into a loaded copy before storing.
2907       Src = IRB.CreateInsertElement(
2908         IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), getName(".load")),
2909         Src, getIndex(IRB, BeginOffset),
2910         getName(".insert"));
2911     }
2912
2913     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2914       IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, Align, II.isVolatile()));
2915     (void)Store;
2916     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2917     return !II.isVolatile();
2918   }
2919
2920   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2921     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2922            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2923     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2924     IRBuilder<> IRB(&II);
2925     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2926
2927     // Record this instruction for deletion.
2928     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2929
2930     ConstantInt *Size
2931       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2932                          EndOffset - BeginOffset);
2933     Value *Ptr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getArgOperand(1)->getType());
2934     Value *New;
2935     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2936       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2937     else
2938       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2939
2940     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2941     return true;
2942   }
2943
2944   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2945     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2946
2947     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2948     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2949     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2950     // dominate the PHI.
2951     IRBuilder<> PtrBuilder(cast<Instruction>(OldPtr));
2952
2953     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2954     // Replace the operands which were using the old pointer.
2955     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
2956
2957     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2958     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2959     return false;
2960   }
2961
2962   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2963     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2964     IRBuilder<> IRB(&SI);
2965
2966     // Find the operand we need to rewrite here.
2967     bool IsTrueVal = SI.getTrueValue() == OldPtr;
2968     if (IsTrueVal)
2969       assert(SI.getFalseValue() != OldPtr && "Pointer is both operands!");
2970     else
2971       assert(SI.getFalseValue() == OldPtr && "Pointer isn't an operand!");
2972
2973     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, OldPtr->getType());
2974     SI.setOperand(IsTrueVal ? 1 : 2, NewPtr);
2975     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2976     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2977     return false;
2978   }
2979
2980 };
2981 }
2982
2983 namespace {
2984 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2985 ///
2986 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2987 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2988 /// with scalar loads and stores.
2989 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2990   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2991   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2992
2993   const DataLayout &TD;
2994
2995   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2996   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2997
2998   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2999   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
3000
3001   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
3002   /// value (as opposed to the user).
3003   Use *U;
3004
3005 public:
3006   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &TD) : TD(TD) {}
3007
3008   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
3009   /// it.
3010   bool rewrite(Instruction &I) {
3011     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
3012     enqueueUsers(I);
3013     bool Changed = false;
3014     while (!Queue.empty()) {
3015       U = Queue.pop_back_val();
3016       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
3017     }
3018     return Changed;
3019   }
3020
3021 private:
3022   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
3023   /// This uses a set to de-duplicate users.
3024   void enqueueUsers(Instruction &I) {
3025     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
3026          ++UI)
3027       if (Visited.insert(*UI))
3028         Queue.push_back(&UI.getUse());
3029   }
3030
3031   // Conservative default is to not rewrite anything.
3032   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
3033
3034   /// \brief Generic recursive split emission class.
3035   template <typename Derived>
3036   class OpSplitter {
3037   protected:
3038     /// The builder used to form new instructions.
3039     IRBuilder<> IRB;
3040     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
3041     /// appropriate value within the aggregate.
3042     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
3043     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
3044     /// within the aggregate.
3045     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
3046     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
3047     /// split operations.
3048     Value *Ptr;
3049
3050     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
3051     /// single zero GEP index.
3052     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3053       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
3054
3055   public:
3056     /// \brief Generic recursive split emission routine.
3057     ///
3058     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
3059     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
3060     /// and emits that single value operation via the template argument.
3061     ///
3062     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
3063     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
3064     /// formatted differently (GEPs need actual values).
3065     ///
3066     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
3067     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
3068     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
3069     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3070       if (Ty->isSingleValueType())
3071         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
3072
3073       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3074         unsigned OldSize = Indices.size();
3075         (void)OldSize;
3076         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
3077              ++Idx) {
3078           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3079           Indices.push_back(Idx);
3080           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3081           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3082           GEPIndices.pop_back();
3083           Indices.pop_back();
3084         }
3085         return;
3086       }
3087
3088       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3089         unsigned OldSize = Indices.size();
3090         (void)OldSize;
3091         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
3092              ++Idx) {
3093           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3094           Indices.push_back(Idx);
3095           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3096           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3097           GEPIndices.pop_back();
3098           Indices.pop_back();
3099         }
3100         return;
3101       }
3102
3103       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
3104     }
3105   };
3106
3107   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
3108     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3109       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
3110
3111     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
3112     /// recursive emission to actually load values.
3113     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3114       assert(Ty->isSingleValueType());
3115       // Load the single value and insert it using the indices.
3116       Value *Load = IRB.CreateLoad(IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices,
3117                                                          Name + ".gep"),
3118                                    Name + ".load");
3119       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
3120       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
3121     }
3122   };
3123
3124   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
3125     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
3126     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
3127       return false;
3128
3129     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
3130     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
3131     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
3132     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
3133     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
3134     LI.replaceAllUsesWith(V);
3135     LI.eraseFromParent();
3136     return true;
3137   }
3138
3139   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
3140     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3141       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
3142
3143     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
3144     /// recursive emission to actually produce stores.
3145     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3146       assert(Ty->isSingleValueType());
3147       // Extract the single value and store it using the indices.
3148       Value *Store = IRB.CreateStore(
3149         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
3150         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
3151       (void)Store;
3152       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
3153     }
3154   };
3155
3156   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
3157     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
3158       return false;
3159     Value *V = SI.getValueOperand();
3160     if (V->getType()->isSingleValueType())
3161       return false;
3162
3163     // We have an aggregate being stored, split it apart.
3164     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
3165     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
3166     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
3167     SI.eraseFromParent();
3168     return true;
3169   }
3170
3171   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
3172     enqueueUsers(BC);
3173     return false;
3174   }
3175
3176   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
3177     enqueueUsers(GEPI);
3178     return false;
3179   }
3180
3181   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
3182     enqueueUsers(PN);
3183     return false;
3184   }
3185
3186   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
3187     enqueueUsers(SI);
3188     return false;
3189   }
3190 };
3191 }
3192
3193 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
3194 ///
3195 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
3196 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
3197 /// size or the allocated size.
3198 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
3199   if (Ty->isSingleValueType())
3200     return Ty;
3201
3202   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
3203   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
3204
3205   Type *InnerTy;
3206   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3207     InnerTy = ArrTy->getElementType();
3208   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3209     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3210     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
3211     InnerTy = STy->getElementType(Index);
3212   } else {
3213     return Ty;
3214   }
3215
3216   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
3217       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
3218     return Ty;
3219
3220   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
3221 }
3222
3223 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
3224 /// offset and size.
3225 ///
3226 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
3227 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
3228 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
3229 /// and the same for structs.
3230 ///
3231 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
3232 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
3233 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
3234 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
3235 /// return a type if necessary.
3236 static Type *getTypePartition(const DataLayout &TD, Type *Ty,
3237                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
3238   if (Offset == 0 && TD.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
3239     return stripAggregateTypeWrapping(TD, Ty);
3240   if (Offset > TD.getTypeAllocSize(Ty) ||
3241       (TD.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
3242     return 0;
3243
3244   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
3245     // We can't partition pointers...
3246     if (SeqTy->isPointerTy())
3247       return 0;
3248
3249     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
3250     uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
3251     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
3252     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy))
3253       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
3254         return 0;
3255     if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy))
3256       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
3257         return 0;
3258     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3259
3260     // First check if we need to recurse.
3261     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3262       // Bail if the partition ends in a different array element.
3263       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3264         return 0;
3265       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3266       return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
3267     }
3268     assert(Offset == 0);
3269
3270     if (Size == ElementSize)
3271       return stripAggregateTypeWrapping(TD, ElementTy);
3272     assert(Size > ElementSize);
3273     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3274     if (NumElements * ElementSize != Size)
3275       return 0;
3276     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3277   }
3278
3279   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3280   if (!STy)
3281     return 0;
3282
3283   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
3284   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3285     return 0;
3286   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3287   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3288     return 0;
3289
3290   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3291   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3292
3293   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3294   uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
3295   if (Offset >= ElementSize)
3296     return 0; // The offset points into alignment padding.
3297
3298   // See if any partition must be contained by the element.
3299   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3300     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3301       return 0;
3302     return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
3303   }
3304   assert(Offset == 0);
3305
3306   if (Size == ElementSize)
3307     return stripAggregateTypeWrapping(TD, ElementTy);
3308
3309   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3310                                EE = STy->element_end();
3311   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3312     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3313     if (Index == EndIndex)
3314       return 0; // Within a single element and its padding.
3315
3316     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3317     // expected size.
3318     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3319     // sub-struct to find a natural end point.
3320     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3321       return 0;
3322
3323     assert(Index < EndIndex);
3324     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3325   }
3326
3327   // Try to build up a sub-structure.
3328   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE),
3329                                       STy->isPacked());
3330   const StructLayout *SubSL = TD.getStructLayout(SubTy);
3331   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3332     return 0; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3333
3334   return SubTy;
3335 }
3336
3337 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3338 ///
3339 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3340 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3341 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3342 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3343 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3344 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3345 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3346 /// promoted.
3347 bool SROA::rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
3348                                   AllocaPartitioning &P,
3349                                   AllocaPartitioning::iterator PI) {
3350   uint64_t AllocaSize = PI->EndOffset - PI->BeginOffset;
3351   bool IsLive = false;
3352   for (AllocaPartitioning::use_iterator UI = P.use_begin(PI),
3353                                         UE = P.use_end(PI);
3354        UI != UE && !IsLive; ++UI)
3355     if (UI->U)
3356       IsLive = true;
3357   if (!IsLive)
3358     return false; // No live uses left of this partition.
3359
3360   DEBUG(dbgs() << "Speculating PHIs and selects in partition "
3361                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ")\n");
3362
3363   PHIOrSelectSpeculator Speculator(*TD, P, *this);
3364   DEBUG(dbgs() << "  speculating ");
3365   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
3366   Speculator.visitUsers(PI);
3367
3368   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3369   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3370   // or an i8 array of an appropriate size.
3371   Type *AllocaTy = 0;
3372   if (Type *PartitionTy = P.getCommonType(PI))
3373     if (TD->getTypeAllocSize(PartitionTy) >= AllocaSize)
3374       AllocaTy = PartitionTy;
3375   if (!AllocaTy)
3376     if (Type *PartitionTy = getTypePartition(*TD, AI.getAllocatedType(),
3377                                              PI->BeginOffset, AllocaSize))
3378       AllocaTy = PartitionTy;
3379   if ((!AllocaTy ||
3380        (AllocaTy->isArrayTy() &&
3381         AllocaTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3382       TD->isLegalInteger(AllocaSize * 8))
3383     AllocaTy = Type::getIntNTy(*C, AllocaSize * 8);
3384   if (!AllocaTy)
3385     AllocaTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), AllocaSize);
3386   assert(TD->getTypeAllocSize(AllocaTy) >= AllocaSize);
3387
3388   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3389   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3390   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3391   // performe phi and select speculation.
3392   AllocaInst *NewAI;
3393   if (AllocaTy == AI.getAllocatedType()) {
3394     assert(PI->BeginOffset == 0 &&
3395            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3396     assert(PI == P.begin() && "Begin offset is zero on later partition");
3397     NewAI = &AI;
3398   } else {
3399     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3400     if (!Alignment) {
3401       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3402       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3403       // type.
3404       Alignment = TD->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3405     }
3406     Alignment = MinAlign(Alignment, PI->BeginOffset);
3407     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3408     // the alloca's alignment unconstrained.
3409     if (Alignment <= TD->getABITypeAlignment(AllocaTy))
3410       Alignment = 0;
3411     NewAI = new AllocaInst(AllocaTy, 0, Alignment,
3412                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(PI - P.begin()),
3413                            &AI);
3414     ++NumNewAllocas;
3415   }
3416
3417   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3418                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ") to: "
3419                << *NewAI << "\n");
3420
3421   // Track the high watermark of the post-promotion worklist. We will reset it
3422   // to this point if the alloca is not in fact scheduled for promotion.
3423   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3424
3425   AllocaPartitionRewriter Rewriter(*TD, P, PI, *this, AI, *NewAI,
3426                                    PI->BeginOffset, PI->EndOffset);
3427   DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3428   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
3429   bool Promotable = Rewriter.visitUsers(P.use_begin(PI), P.use_end(PI));
3430   if (Promotable) {
3431     DEBUG(dbgs() << "  and queuing for promotion\n");
3432     PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3433   } else if (NewAI != &AI) {
3434     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3435     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3436     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3437     Worklist.insert(NewAI);
3438   }
3439
3440   // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3441   if (!Promotable)
3442     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3443       PostPromotionWorklist.pop_back();
3444
3445   return true;
3446 }
3447
3448 /// \brief Walks the partitioning of an alloca rewriting uses of each partition.
3449 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P) {
3450   bool Changed = false;
3451   for (AllocaPartitioning::iterator PI = P.begin(), PE = P.end(); PI != PE;
3452        ++PI)
3453     Changed |= rewriteAllocaPartition(AI, P, PI);
3454
3455   return Changed;
3456 }
3457
3458 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3459 ///
3460 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3461 /// a partitioning of the alloca, and then hands it off to be split and
3462 /// rewritten as needed.
3463 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3464   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3465   ++NumAllocasAnalyzed;
3466
3467   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3468   if (AI.use_empty()) {
3469     AI.eraseFromParent();
3470     return true;
3471   }
3472
3473   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3474   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3475       TD->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3476     return false;
3477
3478   bool Changed = false;
3479
3480   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3481   // better splitting and promotion opportunities.
3482   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*TD);
3483   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3484
3485   // Build the partition set using a recursive instruction-visiting builder.
3486   AllocaPartitioning P(*TD, AI);
3487   DEBUG(P.print(dbgs()));
3488   if (P.isEscaped())
3489     return Changed;
3490
3491   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3492   for (AllocaPartitioning::dead_user_iterator DI = P.dead_user_begin(),
3493                                               DE = P.dead_user_end();
3494        DI != DE; ++DI) {
3495     Changed = true;
3496     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
3497     DeadInsts.insert(*DI);
3498   }
3499   for (AllocaPartitioning::dead_op_iterator DO = P.dead_op_begin(),
3500                                             DE = P.dead_op_end();
3501        DO != DE; ++DO) {
3502     Value *OldV = **DO;
3503     // Clobber the use with an undef value.
3504     **DO = UndefValue::get(OldV->getType());
3505     if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3506       if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3507         Changed = true;
3508         DeadInsts.insert(OldI);
3509       }
3510   }
3511
3512   // No partitions to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3513   if (P.begin() == P.end())
3514     return Changed;
3515
3516   return splitAlloca(AI, P) || Changed;
3517 }
3518
3519 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3520 ///
3521 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3522 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3523 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3524 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3525 ///
3526 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3527 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3528 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst*, 4> &DeletedAllocas) {
3529   while (!DeadInsts.empty()) {
3530     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3531     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3532
3533     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
3534
3535     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
3536       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
3537         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3538         *OI = 0;
3539         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3540           DeadInsts.insert(U);
3541       }
3542
3543     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3544       DeletedAllocas.insert(AI);
3545
3546     ++NumDeleted;
3547     I->eraseFromParent();
3548   }
3549 }
3550
3551 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3552 ///
3553 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3554 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3555 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3556 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3557 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3558 /// promotion occured.
3559 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3560   if (PromotableAllocas.empty())
3561     return false;
3562
3563   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3564
3565   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3566     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3567     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT);
3568     PromotableAllocas.clear();
3569     return true;
3570   }
3571
3572   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3573   SSAUpdater SSA;
3574   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3575   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
3576
3577   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3578     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3579     for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
3580          UI != UE;) {
3581       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
3582       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3583       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3584       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3585       // scalar values produced.
3586       if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
3587         assert(onlyUsedByLifetimeMarkers(I) &&
3588                "Found a bitcast used outside of a lifetime marker.");
3589         while (!I->use_empty())
3590           cast<Instruction>(*I->use_begin())->eraseFromParent();
3591         I->eraseFromParent();
3592         continue;
3593       }
3594       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3595         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3596                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3597         II->eraseFromParent();
3598         continue;
3599       }
3600
3601       Insts.push_back(I);
3602     }
3603     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3604     Insts.clear();
3605   }
3606
3607   PromotableAllocas.clear();
3608   return true;
3609 }
3610
3611 namespace {
3612   /// \brief A predicate to test whether an alloca belongs to a set.
3613   class IsAllocaInSet {
3614     typedef SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> SetType;
3615     const SetType &Set;
3616
3617   public:
3618     typedef AllocaInst *argument_type;
3619
3620     IsAllocaInSet(const SetType &Set) : Set(Set) {}
3621     bool operator()(AllocaInst *AI) const { return Set.count(AI); }
3622   };
3623 }
3624
3625 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3626   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3627   C = &F.getContext();
3628   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
3629   if (!TD) {
3630     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3631     return false;
3632   }
3633   DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
3634
3635   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3636   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = llvm::prior(EntryBB.end());
3637        I != E; ++I)
3638     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3639       Worklist.insert(AI);
3640
3641   bool Changed = false;
3642   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3643   // the list of promotable allocas.
3644   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3645
3646   do {
3647     while (!Worklist.empty()) {
3648       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3649       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3650
3651       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3652       // continue processing them.
3653       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3654         Worklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3655         PostPromotionWorklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3656         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3657                                                PromotableAllocas.end(),
3658                                                IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
3659                                 PromotableAllocas.end());
3660         DeletedAllocas.clear();
3661       }
3662     }
3663
3664     Changed |= promoteAllocas(F);
3665
3666     Worklist = PostPromotionWorklist;
3667     PostPromotionWorklist.clear();
3668   } while (!Worklist.empty());
3669
3670   return Changed;
3671 }
3672
3673 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3674   if (RequiresDomTree)
3675     AU.addRequired<DominatorTree>();
3676   AU.setPreservesCFG();
3677 }