[C++11] Replace llvm::tie with std::tie.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / SROA.cpp
1 //===- SROA.cpp - Scalar Replacement Of Aggregates ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This transformation implements the well known scalar replacement of
11 /// aggregates transformation. It tries to identify promotable elements of an
12 /// aggregate alloca, and promote them to registers. It will also try to
13 /// convert uses of an element (or set of elements) of an alloca into a vector
14 /// or bitfield-style integer scalar if appropriate.
15 ///
16 /// It works to do this with minimal slicing of the alloca so that regions
17 /// which are merely transferred in and out of external memory remain unchanged
18 /// and are not decomposed to scalar code.
19 ///
20 /// Because this also performs alloca promotion, it can be thought of as also
21 /// serving the purpose of SSA formation. The algorithm iterates on the
22 /// function until all opportunities for promotion have been realized.
23 ///
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25
26 #define DEBUG_TYPE "sroa"
27 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
28 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
29 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
32 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
33 #include "llvm/Analysis/PtrUseVisitor.h"
34 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
35 #include "llvm/DIBuilder.h"
36 #include "llvm/DebugInfo.h"
37 #include "llvm/IR/Constants.h"
38 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
39 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
40 #include "llvm/IR/Dominators.h"
41 #include "llvm/IR/Function.h"
42 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
43 #include "llvm/IR/Instructions.h"
44 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
45 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
46 #include "llvm/IR/Operator.h"
47 #include "llvm/InstVisitor.h"
48 #include "llvm/Pass.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Compiler.h"
51 #include "llvm/Support/Debug.h"
52 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
53 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
54 #include "llvm/Support/TimeValue.h"
55 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
58 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
59
60 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
61 // We only use this for a debug check in C++11
62 #include <random>
63 #endif
64
65 using namespace llvm;
66
67 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
68 STATISTIC(NumAllocaPartitions, "Number of alloca partitions formed");
69 STATISTIC(MaxPartitionsPerAlloca, "Maximum number of partitions per alloca");
70 STATISTIC(NumAllocaPartitionUses, "Number of alloca partition uses rewritten");
71 STATISTIC(MaxUsesPerAllocaPartition, "Maximum number of uses of a partition");
72 STATISTIC(NumNewAllocas, "Number of new, smaller allocas introduced");
73 STATISTIC(NumPromoted, "Number of allocas promoted to SSA values");
74 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
75 STATISTIC(NumDeleted, "Number of instructions deleted");
76 STATISTIC(NumVectorized, "Number of vectorized aggregates");
77
78 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
79 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
80 static cl::opt<bool>
81 ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false), cl::Hidden);
82
83 /// Hidden option to enable randomly shuffling the slices to help uncover
84 /// instability in their order.
85 static cl::opt<bool> SROARandomShuffleSlices("sroa-random-shuffle-slices",
86                                              cl::init(false), cl::Hidden);
87
88 /// Hidden option to experiment with completely strict handling of inbounds
89 /// GEPs.
90 static cl::opt<bool> SROAStrictInbounds("sroa-strict-inbounds",
91                                         cl::init(false), cl::Hidden);
92
93 namespace {
94 /// \brief A custom IRBuilder inserter which prefixes all names if they are
95 /// preserved.
96 template <bool preserveNames = true>
97 class IRBuilderPrefixedInserter :
98     public IRBuilderDefaultInserter<preserveNames> {
99   std::string Prefix;
100
101 public:
102   void SetNamePrefix(const Twine &P) { Prefix = P.str(); }
103
104 protected:
105   void InsertHelper(Instruction *I, const Twine &Name, BasicBlock *BB,
106                     BasicBlock::iterator InsertPt) const {
107     IRBuilderDefaultInserter<preserveNames>::InsertHelper(
108         I, Name.isTriviallyEmpty() ? Name : Prefix + Name, BB, InsertPt);
109   }
110 };
111
112 // Specialization for not preserving the name is trivial.
113 template <>
114 class IRBuilderPrefixedInserter<false> :
115     public IRBuilderDefaultInserter<false> {
116 public:
117   void SetNamePrefix(const Twine &P) {}
118 };
119
120 /// \brief Provide a typedef for IRBuilder that drops names in release builds.
121 #ifndef NDEBUG
122 typedef llvm::IRBuilder<true, ConstantFolder,
123                         IRBuilderPrefixedInserter<true> > IRBuilderTy;
124 #else
125 typedef llvm::IRBuilder<false, ConstantFolder,
126                         IRBuilderPrefixedInserter<false> > IRBuilderTy;
127 #endif
128 }
129
130 namespace {
131 /// \brief A used slice of an alloca.
132 ///
133 /// This structure represents a slice of an alloca used by some instruction. It
134 /// stores both the begin and end offsets of this use, a pointer to the use
135 /// itself, and a flag indicating whether we can classify the use as splittable
136 /// or not when forming partitions of the alloca.
137 class Slice {
138   /// \brief The beginning offset of the range.
139   uint64_t BeginOffset;
140
141   /// \brief The ending offset, not included in the range.
142   uint64_t EndOffset;
143
144   /// \brief Storage for both the use of this slice and whether it can be
145   /// split.
146   PointerIntPair<Use *, 1, bool> UseAndIsSplittable;
147
148 public:
149   Slice() : BeginOffset(), EndOffset() {}
150   Slice(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U, bool IsSplittable)
151       : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset),
152         UseAndIsSplittable(U, IsSplittable) {}
153
154   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
155   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
156
157   bool isSplittable() const { return UseAndIsSplittable.getInt(); }
158   void makeUnsplittable() { UseAndIsSplittable.setInt(false); }
159
160   Use *getUse() const { return UseAndIsSplittable.getPointer(); }
161
162   bool isDead() const { return getUse() == 0; }
163   void kill() { UseAndIsSplittable.setPointer(0); }
164
165   /// \brief Support for ordering ranges.
166   ///
167   /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
168   /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
169   /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
170   /// same start position.
171   bool operator<(const Slice &RHS) const {
172     if (beginOffset() < RHS.beginOffset()) return true;
173     if (beginOffset() > RHS.beginOffset()) return false;
174     if (isSplittable() != RHS.isSplittable()) return !isSplittable();
175     if (endOffset() > RHS.endOffset()) return true;
176     return false;
177   }
178
179   /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
180   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(const Slice &LHS,
181                                               uint64_t RHSOffset) {
182     return LHS.beginOffset() < RHSOffset;
183   }
184   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
185                                               const Slice &RHS) {
186     return LHSOffset < RHS.beginOffset();
187   }
188
189   bool operator==(const Slice &RHS) const {
190     return isSplittable() == RHS.isSplittable() &&
191            beginOffset() == RHS.beginOffset() && endOffset() == RHS.endOffset();
192   }
193   bool operator!=(const Slice &RHS) const { return !operator==(RHS); }
194 };
195 } // end anonymous namespace
196
197 namespace llvm {
198 template <typename T> struct isPodLike;
199 template <> struct isPodLike<Slice> {
200    static const bool value = true;
201 };
202 }
203
204 namespace {
205 /// \brief Representation of the alloca slices.
206 ///
207 /// This class represents the slices of an alloca which are formed by its
208 /// various uses. If a pointer escapes, we can't fully build a representation
209 /// for the slices used and we reflect that in this structure. The uses are
210 /// stored, sorted by increasing beginning offset and with unsplittable slices
211 /// starting at a particular offset before splittable slices.
212 class AllocaSlices {
213 public:
214   /// \brief Construct the slices of a particular alloca.
215   AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI);
216
217   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
218   ///
219   /// If this is true, the slices are never fully built and should be
220   /// ignored.
221   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
222
223   /// \brief Support for iterating over the slices.
224   /// @{
225   typedef SmallVectorImpl<Slice>::iterator iterator;
226   iterator begin() { return Slices.begin(); }
227   iterator end() { return Slices.end(); }
228
229   typedef SmallVectorImpl<Slice>::const_iterator const_iterator;
230   const_iterator begin() const { return Slices.begin(); }
231   const_iterator end() const { return Slices.end(); }
232   /// @}
233
234   /// \brief Allow iterating the dead users for this alloca.
235   ///
236   /// These are instructions which will never actually use the alloca as they
237   /// are outside the allocated range. They are safe to replace with undef and
238   /// delete.
239   /// @{
240   typedef SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator dead_user_iterator;
241   dead_user_iterator dead_user_begin() const { return DeadUsers.begin(); }
242   dead_user_iterator dead_user_end() const { return DeadUsers.end(); }
243   /// @}
244
245   /// \brief Allow iterating the dead expressions referring to this alloca.
246   ///
247   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
248   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
249   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
250   /// need to replace with undef.
251   /// @{
252   typedef SmallVectorImpl<Use *>::const_iterator dead_op_iterator;
253   dead_op_iterator dead_op_begin() const { return DeadOperands.begin(); }
254   dead_op_iterator dead_op_end() const { return DeadOperands.end(); }
255   /// @}
256
257 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
258   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
259   void printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
260                   StringRef Indent = "  ") const;
261   void printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
262                 StringRef Indent = "  ") const;
263   void print(raw_ostream &OS) const;
264   void dump(const_iterator I) const;
265   void dump() const;
266 #endif
267
268 private:
269   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
270   class SliceBuilder;
271   friend class AllocaSlices::SliceBuilder;
272
273 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
274   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
275   AllocaInst &AI;
276 #endif
277
278   /// \brief The instruction responsible for this alloca not having a known set
279   /// of slices.
280   ///
281   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
282   /// store a pointer to that here and abort trying to form slices of the
283   /// alloca. This will be null if the alloca slices are analyzed successfully.
284   Instruction *PointerEscapingInstr;
285
286   /// \brief The slices of the alloca.
287   ///
288   /// We store a vector of the slices formed by uses of the alloca here. This
289   /// vector is sorted by increasing begin offset, and then the unsplittable
290   /// slices before the splittable ones. See the Slice inner class for more
291   /// details.
292   SmallVector<Slice, 8> Slices;
293
294   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
295   ///
296   /// Note that these are not separated by slice. This is because we expect an
297   /// alloca to be completely rewritten or not rewritten at all. If rewritten,
298   /// all these instructions can simply be removed and replaced with undef as
299   /// they come from outside of the allocated space.
300   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
301
302   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
303   ///
304   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
305   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
306   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
307   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
308   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
309   /// the alloca.
310   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
311 };
312 }
313
314 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
315   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
316   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
317   // early on.
318   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
319     return SI.getOperand(1+CI->isZero());
320   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
321     return SI.getOperand(1);
322
323   return 0;
324 }
325
326 /// \brief Builder for the alloca slices.
327 ///
328 /// This class builds a set of alloca slices by recursively visiting the uses
329 /// of an alloca and making a slice for each load and store at each offset.
330 class AllocaSlices::SliceBuilder : public PtrUseVisitor<SliceBuilder> {
331   friend class PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
332   friend class InstVisitor<SliceBuilder>;
333   typedef PtrUseVisitor<SliceBuilder> Base;
334
335   const uint64_t AllocSize;
336   AllocaSlices &S;
337
338   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferSliceMap;
339   SmallDenseMap<Instruction *, uint64_t> PHIOrSelectSizes;
340
341   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
342   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
343
344 public:
345   SliceBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaSlices &S)
346       : PtrUseVisitor<SliceBuilder>(DL),
347         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())), S(S) {}
348
349 private:
350   void markAsDead(Instruction &I) {
351     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
352       S.DeadUsers.push_back(&I);
353   }
354
355   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
356                  bool IsSplittable = false) {
357     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
358     // past the end of the allocation.
359     if (Size == 0 || Offset.uge(AllocSize)) {
360       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
361                    << " which has zero size or starts outside of the "
362                    << AllocSize << " byte alloca:\n"
363                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
364                    << "       use: " << I << "\n");
365       return markAsDead(I);
366     }
367
368     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
369     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
370
371     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
372     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
373     // This may appear superficially to be something we could ignore entirely,
374     // but that is not so! There may be widened loads or PHI-node uses where
375     // some instructions are dead but not others. We can't completely ignore
376     // them, and so have to record at least the information here.
377     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
378     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
379       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
380                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
381                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
382                    << "       use: " << I << "\n");
383       EndOffset = AllocSize;
384     }
385
386     S.Slices.push_back(Slice(BeginOffset, EndOffset, U, IsSplittable));
387   }
388
389   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
390     if (BC.use_empty())
391       return markAsDead(BC);
392
393     return Base::visitBitCastInst(BC);
394   }
395
396   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
397     if (GEPI.use_empty())
398       return markAsDead(GEPI);
399
400     if (SROAStrictInbounds && GEPI.isInBounds()) {
401       // FIXME: This is a manually un-factored variant of the basic code inside
402       // of GEPs with checking of the inbounds invariant specified in the
403       // langref in a very strict sense. If we ever want to enable
404       // SROAStrictInbounds, this code should be factored cleanly into
405       // PtrUseVisitor, but it is easier to experiment with SROAStrictInbounds
406       // by writing out the code here where we have tho underlying allocation
407       // size readily available.
408       APInt GEPOffset = Offset;
409       for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI),
410                              GTE = gep_type_end(GEPI);
411            GTI != GTE; ++GTI) {
412         ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
413         if (!OpC)
414           break;
415
416         // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
417         if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
418           unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
419           const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
420           GEPOffset +=
421               APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(ElementIdx));
422         } else {
423           // For array or vector indices, scale the index by the size of the type.
424           APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth());
425           GEPOffset += Index * APInt(Offset.getBitWidth(),
426                                      DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
427         }
428
429         // If this index has computed an intermediate pointer which is not
430         // inbounds, then the result of the GEP is a poison value and we can
431         // delete it and all uses.
432         if (GEPOffset.ugt(AllocSize))
433           return markAsDead(GEPI);
434       }
435     }
436
437     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
438   }
439
440   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
441                          uint64_t Size, bool IsVolatile) {
442     // We allow splitting of loads and stores where the type is an integer type
443     // and cover the entire alloca. This prevents us from splitting over
444     // eagerly.
445     // FIXME: In the great blue eventually, we should eagerly split all integer
446     // loads and stores, and then have a separate step that merges adjacent
447     // alloca partitions into a single partition suitable for integer widening.
448     // Or we should skip the merge step and rely on GVN and other passes to
449     // merge adjacent loads and stores that survive mem2reg.
450     bool IsSplittable =
451         Ty->isIntegerTy() && !IsVolatile && Offset == 0 && Size >= AllocSize;
452
453     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
454   }
455
456   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
457     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
458            "All simple FCA loads should have been pre-split");
459
460     if (!IsOffsetKnown)
461       return PI.setAborted(&LI);
462
463     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI.getType());
464     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, Size, LI.isVolatile());
465   }
466
467   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
468     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
469     if (ValOp == *U)
470       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
471     if (!IsOffsetKnown)
472       return PI.setAborted(&SI);
473
474     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(ValOp->getType());
475
476     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
477     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
478     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
479     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
480     // risk of overflow.
481     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
482     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
483     if (Size > AllocSize || Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
484       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte store @" << Offset
485                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
486                    << " byte alloca:\n"
487                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
488                    << "       use: " << SI << "\n");
489       return markAsDead(SI);
490     }
491
492     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
493            "All simple FCA stores should have been pre-split");
494     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, Size, SI.isVolatile());
495   }
496
497
498   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
499     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
500     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
501     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
502         (IsOffsetKnown && Offset.uge(AllocSize)))
503       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
504       return markAsDead(II);
505
506     if (!IsOffsetKnown)
507       return PI.setAborted(&II);
508
509     insertUse(II, Offset,
510               Length ? Length->getLimitedValue()
511                      : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
512               (bool)Length);
513   }
514
515   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
516     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
517     if (Length && Length->getValue() == 0)
518       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
519       return markAsDead(II);
520
521     // Because we can visit these intrinsics twice, also check to see if the
522     // first time marked this instruction as dead. If so, skip it.
523     if (VisitedDeadInsts.count(&II))
524       return;
525
526     if (!IsOffsetKnown)
527       return PI.setAborted(&II);
528
529     // This side of the transfer is completely out-of-bounds, and so we can
530     // nuke the entire transfer. However, we also need to nuke the other side
531     // if already added to our partitions.
532     // FIXME: Yet another place we really should bypass this when
533     // instrumenting for ASan.
534     if (Offset.uge(AllocSize)) {
535       SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI = MemTransferSliceMap.find(&II);
536       if (MTPI != MemTransferSliceMap.end())
537         S.Slices[MTPI->second].kill();
538       return markAsDead(II);
539     }
540
541     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
542     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue()
543                            : AllocSize - RawOffset;
544
545     // Check for the special case where the same exact value is used for both
546     // source and dest.
547     if (*U == II.getRawDest() && *U == II.getRawSource()) {
548       // For non-volatile transfers this is a no-op.
549       if (!II.isVolatile())
550         return markAsDead(II);
551
552       return insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/false);
553     }
554
555     // If we have seen both source and destination for a mem transfer, then
556     // they both point to the same alloca.
557     bool Inserted;
558     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI;
559     std::tie(MTPI, Inserted) =
560         MemTransferSliceMap.insert(std::make_pair(&II, S.Slices.size()));
561     unsigned PrevIdx = MTPI->second;
562     if (!Inserted) {
563       Slice &PrevP = S.Slices[PrevIdx];
564
565       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
566       // In that case, we can completely elide the transfer.
567       if (!II.isVolatile() && PrevP.beginOffset() == RawOffset) {
568         PrevP.kill();
569         return markAsDead(II);
570       }
571
572       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
573       // split those.
574       PrevP.makeUnsplittable();
575     }
576
577     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
578     insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/Inserted && Length);
579
580     // Check that we ended up with a valid index in the map.
581     assert(S.Slices[PrevIdx].getUse()->getUser() == &II &&
582            "Map index doesn't point back to a slice with this user.");
583   }
584
585   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
586   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
587   // doesn't make sense.
588   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
589     if (!IsOffsetKnown)
590       return PI.setAborted(&II);
591
592     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
593         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
594       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
595       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
596                                Length->getLimitedValue());
597       insertUse(II, Offset, Size, true);
598       return;
599     }
600
601     Base::visitIntrinsicInst(II);
602   }
603
604   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
605     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
606     // the same offset to be a viable use for slicing purposes. These uses
607     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
608     // size.
609     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
610     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
611     Visited.insert(Root);
612     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
613     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
614     // a size zero access.
615     Size = 0;
616     do {
617       Instruction *I, *UsedI;
618       std::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
619
620       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
621         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(LI->getType()));
622         continue;
623       }
624       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
625         Value *Op = SI->getOperand(0);
626         if (Op == UsedI)
627           return SI;
628         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(Op->getType()));
629         continue;
630       }
631
632       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
633         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
634           return GEP;
635       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
636                  !isa<SelectInst>(I)) {
637         return I;
638       }
639
640       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end(); UI != UE;
641            ++UI)
642         if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
643           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(*UI)));
644     } while (!Uses.empty());
645
646     return 0;
647   }
648
649   void visitPHINode(PHINode &PN) {
650     if (PN.use_empty())
651       return markAsDead(PN);
652     if (!IsOffsetKnown)
653       return PI.setAborted(&PN);
654
655     // See if we already have computed info on this node.
656     uint64_t &PHISize = PHIOrSelectSizes[&PN];
657     if (!PHISize) {
658       // This is a new PHI node, check for an unsafe use of the PHI node.
659       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&PN, PHISize))
660         return PI.setAborted(UnsafeI);
661     }
662
663     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
664     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
665     // case them here and use a separate structure to track the operands
666     // themselves which should be replaced with undef.
667     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
668     // for address sanitization.
669     if (Offset.uge(AllocSize)) {
670       S.DeadOperands.push_back(U);
671       return;
672     }
673
674     insertUse(PN, Offset, PHISize);
675   }
676
677   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
678     if (SI.use_empty())
679       return markAsDead(SI);
680     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
681       if (Result == *U)
682         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
683         // through the select as if we had RAUW'ed it.
684         enqueueUsers(SI);
685       else
686         // Otherwise the operand to the select is dead, and we can replace it
687         // with undef.
688         S.DeadOperands.push_back(U);
689
690       return;
691     }
692     if (!IsOffsetKnown)
693       return PI.setAborted(&SI);
694
695     // See if we already have computed info on this node.
696     uint64_t &SelectSize = PHIOrSelectSizes[&SI];
697     if (!SelectSize) {
698       // This is a new Select, check for an unsafe use of it.
699       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&SI, SelectSize))
700         return PI.setAborted(UnsafeI);
701     }
702
703     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
704     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
705     // case them here and use a separate structure to track the operands
706     // themselves which should be replaced with undef.
707     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
708     // for address sanitization.
709     if (Offset.uge(AllocSize)) {
710       S.DeadOperands.push_back(U);
711       return;
712     }
713
714     insertUse(SI, Offset, SelectSize);
715   }
716
717   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
718   void visitInstruction(Instruction &I) {
719     PI.setAborted(&I);
720   }
721 };
722
723 AllocaSlices::AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI)
724     :
725 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
726       AI(AI),
727 #endif
728       PointerEscapingInstr(0) {
729   SliceBuilder PB(DL, AI, *this);
730   SliceBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
731   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
732     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
733     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaSlices.
734     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
735                                                   : PtrI.getAbortingInst();
736     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
737     return;
738   }
739
740   Slices.erase(std::remove_if(Slices.begin(), Slices.end(),
741                               std::mem_fun_ref(&Slice::isDead)),
742                Slices.end());
743
744 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
745   if (SROARandomShuffleSlices) {
746     std::mt19937 MT(static_cast<unsigned>(sys::TimeValue::now().msec()));
747     std::shuffle(Slices.begin(), Slices.end(), MT);
748   }
749 #endif
750
751   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
752   // and the sizes to be in descending order.
753   std::sort(Slices.begin(), Slices.end());
754 }
755
756 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
757
758 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
759                          StringRef Indent) const {
760   printSlice(OS, I, Indent);
761   printUse(OS, I, Indent);
762 }
763
764 void AllocaSlices::printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
765                               StringRef Indent) const {
766   OS << Indent << "[" << I->beginOffset() << "," << I->endOffset() << ")"
767      << " slice #" << (I - begin())
768      << (I->isSplittable() ? " (splittable)" : "") << "\n";
769 }
770
771 void AllocaSlices::printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
772                             StringRef Indent) const {
773   OS << Indent << "  used by: " << *I->getUse()->getUser() << "\n";
774 }
775
776 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS) const {
777   if (PointerEscapingInstr) {
778     OS << "Can't analyze slices for alloca: " << AI << "\n"
779        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
780        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
781     return;
782   }
783
784   OS << "Slices of alloca: " << AI << "\n";
785   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
786     print(OS, I);
787 }
788
789 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump(const_iterator I) const {
790   print(dbgs(), I);
791 }
792 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump() const { print(dbgs()); }
793
794 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
795
796 namespace {
797 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
798 ///
799 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
800 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
801 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
802 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
803 /// scalar values.
804 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
805   AllocaInst &AI;
806   DIBuilder &DIB;
807
808   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
809   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
810
811 public:
812   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction *> &Insts, SSAUpdater &S,
813                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
814       : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
815
816   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
817     // Retain the debug information attached to the alloca for use when
818     // rewriting loads and stores.
819     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
820       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
821                                UE = DebugNode->use_end();
822            UI != UE; ++UI)
823         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
824           DDIs.push_back(DDI);
825         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
826           DVIs.push_back(DVI);
827     }
828
829     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
830
831     // While we have the debug information, clear it off of the alloca. The
832     // caller takes care of deleting the alloca.
833     while (!DDIs.empty())
834       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
835     while (!DVIs.empty())
836       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
837   }
838
839   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
840                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
841     Value *Ptr;
842     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
843       Ptr = LI->getOperand(0);
844     else
845       Ptr = cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
846
847     // Only used to detect cycles, which will be rare and quickly found as
848     // we're walking up a chain of defs rather than down through uses.
849     SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
850
851     do {
852       if (Ptr == &AI)
853         return true;
854
855       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Ptr))
856         Ptr = BCI->getOperand(0);
857       else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
858         Ptr = GEPI->getPointerOperand();
859       else
860         return false;
861
862     } while (Visited.insert(Ptr));
863
864     return false;
865   }
866
867   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
868     for (SmallVectorImpl<DbgDeclareInst *>::const_iterator I = DDIs.begin(),
869            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
870       DbgDeclareInst *DDI = *I;
871       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
872         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
873       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
874         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
875     }
876     for (SmallVectorImpl<DbgValueInst *>::const_iterator I = DVIs.begin(),
877            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
878       DbgValueInst *DVI = *I;
879       Value *Arg = 0;
880       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
881         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
882         // may be zapped by an optimization pass in future.
883         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
884           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
885         else if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
886           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
887         if (!Arg)
888           Arg = SI->getValueOperand();
889       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
890         Arg = LI->getPointerOperand();
891       } else {
892         continue;
893       }
894       Instruction *DbgVal =
895         DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
896                                      Inst);
897       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
898     }
899   }
900 };
901 } // end anon namespace
902
903
904 namespace {
905 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
906 ///
907 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
908 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
909 /// a few steps to this process.
910 ///
911 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
912 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
913 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
914 ///    as necessary and try to isolate individual scalar accesses.
915 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
916 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
917 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
918 ///    select to be a PHI or select of the results.
919 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
920 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
921 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
922 ///    SSA vector values.
923 class SROA : public FunctionPass {
924   const bool RequiresDomTree;
925
926   LLVMContext *C;
927   const DataLayout *DL;
928   DominatorTree *DT;
929
930   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
931   ///
932   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
933   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
934   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
935   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
936   /// already present to ensure it is re-visited.
937   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
938
939   /// \brief A collection of instructions to delete.
940   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
941   /// efficient.
942   SetVector<Instruction *, SmallVector<Instruction *, 8> > DeadInsts;
943
944   /// \brief Post-promotion worklist.
945   ///
946   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
947   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
948   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
949   ///
950   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
951   /// the event they are deleted.
952   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
953
954   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
955   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
956
957   /// \brief A worklist of PHIs to speculate prior to promoting allocas.
958   ///
959   /// All of these PHIs have been checked for the safety of speculation and by
960   /// being speculated will allow promoting allocas currently in the promotable
961   /// queue.
962   SetVector<PHINode *, SmallVector<PHINode *, 2> > SpeculatablePHIs;
963
964   /// \brief A worklist of select instructions to speculate prior to promoting
965   /// allocas.
966   ///
967   /// All of these select instructions have been checked for the safety of
968   /// speculation and by being speculated will allow promoting allocas
969   /// currently in the promotable queue.
970   SetVector<SelectInst *, SmallVector<SelectInst *, 2> > SpeculatableSelects;
971
972 public:
973   SROA(bool RequiresDomTree = true)
974       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
975         C(0), DL(0), DT(0) {
976     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
977   }
978   bool runOnFunction(Function &F);
979   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
980
981   const char *getPassName() const { return "SROA"; }
982   static char ID;
983
984 private:
985   friend class PHIOrSelectSpeculator;
986   friend class AllocaSliceRewriter;
987
988   bool rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S,
989                         AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
990                         int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
991                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses);
992   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S);
993   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
994   void clobberUse(Use &U);
995   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> &DeletedAllocas);
996   bool promoteAllocas(Function &F);
997 };
998 }
999
1000 char SROA::ID = 0;
1001
1002 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
1003   return new SROA(RequiresDomTree);
1004 }
1005
1006 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1007                       false, false)
1008 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
1009 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1010                     false, false)
1011
1012 /// Walk the range of a partitioning looking for a common type to cover this
1013 /// sequence of slices.
1014 static Type *findCommonType(AllocaSlices::const_iterator B,
1015                             AllocaSlices::const_iterator E,
1016                             uint64_t EndOffset) {
1017   Type *Ty = 0;
1018   bool TyIsCommon = true;
1019   IntegerType *ITy = 0;
1020
1021   // Note that we need to look at *every* alloca slice's Use to ensure we
1022   // always get consistent results regardless of the order of slices.
1023   for (AllocaSlices::const_iterator I = B; I != E; ++I) {
1024     Use *U = I->getUse();
1025     if (isa<IntrinsicInst>(*U->getUser()))
1026       continue;
1027     if (I->beginOffset() != B->beginOffset() || I->endOffset() != EndOffset)
1028       continue;
1029
1030     Type *UserTy = 0;
1031     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1032       UserTy = LI->getType();
1033     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1034       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1035     }
1036
1037     if (!UserTy || (Ty && Ty != UserTy))
1038       TyIsCommon = false; // Give up on anything but an iN type.
1039     else
1040       Ty = UserTy;
1041
1042     if (IntegerType *UserITy = dyn_cast_or_null<IntegerType>(UserTy)) {
1043       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
1044       // this for split integer operations where we want to use the type of the
1045       // entity causing the split. Also skip if the type is not a byte width
1046       // multiple.
1047       if (UserITy->getBitWidth() % 8 != 0 ||
1048           UserITy->getBitWidth() / 8 > (EndOffset - B->beginOffset()))
1049         continue;
1050
1051       // Track the largest bitwidth integer type used in this way in case there
1052       // is no common type.
1053       if (!ITy || ITy->getBitWidth() < UserITy->getBitWidth())
1054         ITy = UserITy;
1055     }
1056   }
1057
1058   return TyIsCommon ? Ty : ITy;
1059 }
1060
1061 /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1062 /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1063 /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1064 /// From this:
1065 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1066 ///   %V = load i32* %P2
1067 /// to:
1068 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1069 ///   ...
1070 ///   %V2 = load i32* %Other
1071 ///   ...
1072 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1073 ///
1074 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1075 /// to the select can be loaded unconditionally.
1076 ///
1077 /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1078 /// Transforms/Util/Local.h
1079 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN,
1080                                  const DataLayout *DL = 0) {
1081   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1082   // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1083   // TODO: Allow recursive phi users.
1084   // TODO: Allow stores.
1085   BasicBlock *BB = PN.getParent();
1086   unsigned MaxAlign = 0;
1087   bool HaveLoad = false;
1088   for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end(); UI != UE;
1089        ++UI) {
1090     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1091     if (LI == 0 || !LI->isSimple())
1092       return false;
1093
1094     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1095     // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1096     // a PHI.
1097     if (LI->getParent() != BB)
1098       return false;
1099
1100     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1101     // could store.
1102     for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1103       if (BBI->mayWriteToMemory())
1104         return false;
1105
1106     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1107     HaveLoad = true;
1108   }
1109
1110   if (!HaveLoad)
1111     return false;
1112
1113   // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1114   // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1115   // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1116   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1117     TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1118     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1119
1120     // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1121     // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1122     // in the predecessor.
1123     if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1124       return false;
1125
1126     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1127     // critical.
1128     if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1129       continue;
1130
1131     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1132     // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1133     // block.
1134     if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1135         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, DL))
1136       continue;
1137
1138     return false;
1139   }
1140
1141   return true;
1142 }
1143
1144 static void speculatePHINodeLoads(PHINode &PN) {
1145   DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1146
1147   Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1148   IRBuilderTy PHIBuilder(&PN);
1149   PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1150                                         PN.getName() + ".sroa.speculated");
1151
1152   // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1153   // matter which one we get and if any differ.
1154   LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(*PN.use_begin());
1155   MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1156   unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1157
1158   // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1159   while (!PN.use_empty()) {
1160     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(*PN.use_begin());
1161     LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1162     LI->eraseFromParent();
1163   }
1164
1165   // Inject loads into all of the pred blocks.
1166   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1167     BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1168     TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1169     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1170     IRBuilderTy PredBuilder(TI);
1171
1172     LoadInst *Load = PredBuilder.CreateLoad(
1173         InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." + Pred->getName()));
1174     ++NumLoadsSpeculated;
1175     Load->setAlignment(Align);
1176     if (TBAATag)
1177       Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1178     NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1179   }
1180
1181   DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1182   PN.eraseFromParent();
1183 }
1184
1185 /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1186 /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1187 /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1188 /// From this:
1189 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1190 ///   %V = load i32* %P2
1191 /// to:
1192 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1193 ///   %V2 = load i32* %Other
1194 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1195 ///
1196 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1197 /// to the select can be loaded unconditionally.
1198 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI, const DataLayout *DL = 0) {
1199   Value *TValue = SI.getTrueValue();
1200   Value *FValue = SI.getFalseValue();
1201   bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
1202   bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
1203
1204   for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end(); UI != UE;
1205        ++UI) {
1206     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1207     if (LI == 0 || !LI->isSimple())
1208       return false;
1209
1210     // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1211     // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1212     // accesses to it.
1213     if (!TDerefable &&
1214         !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1215       return false;
1216     if (!FDerefable &&
1217         !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1218       return false;
1219   }
1220
1221   return true;
1222 }
1223
1224 static void speculateSelectInstLoads(SelectInst &SI) {
1225   DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1226
1227   IRBuilderTy IRB(&SI);
1228   Value *TV = SI.getTrueValue();
1229   Value *FV = SI.getFalseValue();
1230   // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1231   while (!SI.use_empty()) {
1232     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(*SI.use_begin());
1233     assert(LI->isSimple() && "We only speculate simple loads");
1234
1235     IRB.SetInsertPoint(LI);
1236     LoadInst *TL =
1237         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1238     LoadInst *FL =
1239         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1240     NumLoadsSpeculated += 2;
1241
1242     // Transfer alignment and TBAA info if present.
1243     TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1244     FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1245     if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1246       TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1247       FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1248     }
1249
1250     Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1251                                 LI->getName() + ".sroa.speculated");
1252
1253     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1254     LI->replaceAllUsesWith(V);
1255     LI->eraseFromParent();
1256   }
1257   SI.eraseFromParent();
1258 }
1259
1260 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1261 ///
1262 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1263 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1264 static Value *buildGEP(IRBuilderTy &IRB, Value *BasePtr,
1265                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices, Twine NamePrefix) {
1266   if (Indices.empty())
1267     return BasePtr;
1268
1269   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1270   // in that case.
1271   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1272     return BasePtr;
1273
1274   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, NamePrefix + "sroa_idx");
1275 }
1276
1277 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1278 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1279 ///
1280 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1281 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1282 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1283 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1284 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1285 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1286 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1287                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1288                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1289                                     Twine NamePrefix) {
1290   if (Ty == TargetTy)
1291     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1292
1293   // Pointer size to use for the indices.
1294   unsigned PtrSize = DL.getPointerTypeSizeInBits(BasePtr->getType());
1295
1296   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1297   // type.
1298   unsigned NumLayers = 0;
1299   Type *ElementTy = Ty;
1300   do {
1301     if (ElementTy->isPointerTy())
1302       break;
1303
1304     if (ArrayType *ArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(ElementTy)) {
1305       ElementTy = ArrayTy->getElementType();
1306       Indices.push_back(IRB.getIntN(PtrSize, 0));
1307     } else if (VectorType *VectorTy = dyn_cast<VectorType>(ElementTy)) {
1308       ElementTy = VectorTy->getElementType();
1309       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1310     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1311       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1312         break; // Nothing left to descend into.
1313       ElementTy = *STy->element_begin();
1314       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1315     } else {
1316       break;
1317     }
1318     ++NumLayers;
1319   } while (ElementTy != TargetTy);
1320   if (ElementTy != TargetTy)
1321     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1322
1323   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1324 }
1325
1326 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1327 ///
1328 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1329 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1330 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1331                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1332                                        Type *TargetTy,
1333                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1334                                        Twine NamePrefix) {
1335   if (Offset == 0)
1336     return getNaturalGEPWithType(IRB, DL, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1337
1338   // We can't recurse through pointer types.
1339   if (Ty->isPointerTy())
1340     return 0;
1341
1342   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1343   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1344   // over a vector from the IR completely.
1345   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1346     unsigned ElementSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1347     if (ElementSizeInBits % 8)
1348       return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1349     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1350     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1351     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1352       return 0;
1353     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1354     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1355     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, VecTy->getElementType(),
1356                                     Offset, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1357   }
1358
1359   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1360     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1361     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1362     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1363     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1364       return 0;
1365
1366     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1367     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1368     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1369                                     Indices, NamePrefix);
1370   }
1371
1372   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1373   if (!STy)
1374     return 0;
1375
1376   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1377   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1378   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1379     return 0;
1380   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1381   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1382   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1383   if (Offset.uge(DL.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1384     return 0; // The offset points into alignment padding.
1385
1386   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1387   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1388                                   Indices, NamePrefix);
1389 }
1390
1391 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1392 /// resulting in a particular type.
1393 ///
1394 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1395 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1396 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1397 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1398 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1399 ///
1400 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1401 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1402                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1403                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1404                                       Twine NamePrefix) {
1405   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1406
1407   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1408   // an i8.
1409   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy(Ty->getAddressSpace()) && TargetTy->isIntegerTy(8))
1410     return 0;
1411
1412   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1413   if (!ElementTy->isSized())
1414     return 0; // We can't GEP through an unsized element.
1415   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1416   if (ElementSize == 0)
1417     return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1418   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1419
1420   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1421   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1422   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1423                                   Indices, NamePrefix);
1424 }
1425
1426 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1427 /// resulting pointer has PointerTy.
1428 ///
1429 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1430 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1431 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1432 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1433 /// bitcast to the type.
1434 ///
1435 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1436 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1437 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1438 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1439 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1440 /// surrounding code.
1441 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL, Value *Ptr,
1442                              APInt Offset, Type *PointerTy,
1443                              Twine NamePrefix) {
1444   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1445   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1446   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1447   Visited.insert(Ptr);
1448   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1449
1450   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1451   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1452   // fall back to it, so keep it around here.
1453   Value *OffsetPtr = 0;
1454
1455   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1456   // byte offset.
1457   Value *Int8Ptr = 0;
1458   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1459
1460   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1461
1462   do {
1463     // First fold any existing GEPs into the offset.
1464     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1465       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1466       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
1467         break;
1468       Offset += GEPOffset;
1469       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1470       if (!Visited.insert(Ptr))
1471         break;
1472     }
1473
1474     // See if we can perform a natural GEP here.
1475     Indices.clear();
1476     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, DL, Ptr, Offset, TargetTy,
1477                                            Indices, NamePrefix)) {
1478       if (P->getType() == PointerTy) {
1479         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1480         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1481           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1482             I->eraseFromParent();
1483         return P;
1484       }
1485       if (!OffsetPtr) {
1486         OffsetPtr = P;
1487       }
1488     }
1489
1490     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1491     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1492       Int8Ptr = Ptr;
1493       Int8PtrOffset = Offset;
1494     }
1495
1496     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1497     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1498       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1499     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1500       if (GA->mayBeOverridden())
1501         break;
1502       Ptr = GA->getAliasee();
1503     } else {
1504       break;
1505     }
1506     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1507   } while (Visited.insert(Ptr));
1508
1509   if (!OffsetPtr) {
1510     if (!Int8Ptr) {
1511       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(
1512           Ptr, IRB.getInt8PtrTy(PointerTy->getPointerAddressSpace()),
1513           NamePrefix + "sroa_raw_cast");
1514       Int8PtrOffset = Offset;
1515     }
1516
1517     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1518       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1519                             NamePrefix + "sroa_raw_idx");
1520   }
1521   Ptr = OffsetPtr;
1522
1523   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1524   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1525     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, NamePrefix + "sroa_cast");
1526
1527   return Ptr;
1528 }
1529
1530 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1531 ///
1532 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1533 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1534 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1535 /// underlying value, and convert that value.
1536 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1537   if (OldTy == NewTy)
1538     return true;
1539   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1540     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1541       if (NewITy->getBitWidth() >= OldITy->getBitWidth())
1542         return true;
1543   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1544     return false;
1545   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1546     return false;
1547
1548   // We can convert pointers to integers and vice-versa. Same for vectors
1549   // of pointers and integers.
1550   OldTy = OldTy->getScalarType();
1551   NewTy = NewTy->getScalarType();
1552   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1553     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
1554       return true;
1555     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
1556       return true;
1557     return false;
1558   }
1559
1560   return true;
1561 }
1562
1563 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1564 /// type.
1565 ///
1566 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1567 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1568 /// two types for viability with this routine.
1569 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1570                            Type *NewTy) {
1571   Type *OldTy = V->getType();
1572   assert(canConvertValue(DL, OldTy, NewTy) && "Value not convertable to type");
1573
1574   if (OldTy == NewTy)
1575     return V;
1576
1577   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1578     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1579       if (NewITy->getBitWidth() > OldITy->getBitWidth())
1580         return IRB.CreateZExt(V, NewITy);
1581
1582   // See if we need inttoptr for this type pair. A cast involving both scalars
1583   // and vectors requires and additional bitcast.
1584   if (OldTy->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1585       NewTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
1586     // Expand <2 x i32> to i8* --> <2 x i32> to i64 to i8*
1587     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1588       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1589                                 NewTy);
1590
1591     // Expand i128 to <2 x i8*> --> i128 to <2 x i64> to <2 x i8*>
1592     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1593       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1594                                 NewTy);
1595
1596     return IRB.CreateIntToPtr(V, NewTy);
1597   }
1598
1599   // See if we need ptrtoint for this type pair. A cast involving both scalars
1600   // and vectors requires and additional bitcast.
1601   if (OldTy->getScalarType()->isPointerTy() &&
1602       NewTy->getScalarType()->isIntegerTy()) {
1603     // Expand <2 x i8*> to i128 --> <2 x i8*> to <2 x i64> to i128
1604     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1605       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1606                                NewTy);
1607
1608     // Expand i8* to <2 x i32> --> i8* to i64 to <2 x i32>
1609     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1610       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1611                                NewTy);
1612
1613     return IRB.CreatePtrToInt(V, NewTy);
1614   }
1615
1616   return IRB.CreateBitCast(V, NewTy);
1617 }
1618
1619 /// \brief Test whether the given slice use can be promoted to a vector.
1620 ///
1621 /// This function is called to test each entry in a partioning which is slated
1622 /// for a single slice.
1623 static bool isVectorPromotionViableForSlice(
1624     const DataLayout &DL, AllocaSlices &S, uint64_t SliceBeginOffset,
1625     uint64_t SliceEndOffset, VectorType *Ty, uint64_t ElementSize,
1626     AllocaSlices::const_iterator I) {
1627   // First validate the slice offsets.
1628   uint64_t BeginOffset =
1629       std::max(I->beginOffset(), SliceBeginOffset) - SliceBeginOffset;
1630   uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1631   if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1632       BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1633     return false;
1634   uint64_t EndOffset =
1635       std::min(I->endOffset(), SliceEndOffset) - SliceBeginOffset;
1636   uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1637   if (EndIndex * ElementSize != EndOffset || EndIndex > Ty->getNumElements())
1638     return false;
1639
1640   assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1641   uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1642   Type *SliceTy =
1643       (NumElements == 1) ? Ty->getElementType()
1644                          : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1645
1646   Type *SplitIntTy =
1647       Type::getIntNTy(Ty->getContext(), NumElements * ElementSize * 8);
1648
1649   Use *U = I->getUse();
1650
1651   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1652     if (MI->isVolatile())
1653       return false;
1654     if (!I->isSplittable())
1655       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1656   } else if (U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1657     // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1658     return false;
1659   } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1660     if (LI->isVolatile())
1661       return false;
1662     Type *LTy = LI->getType();
1663     if (SliceBeginOffset > I->beginOffset() ||
1664         SliceEndOffset < I->endOffset()) {
1665       assert(LTy->isIntegerTy());
1666       LTy = SplitIntTy;
1667     }
1668     if (!canConvertValue(DL, SliceTy, LTy))
1669       return false;
1670   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1671     if (SI->isVolatile())
1672       return false;
1673     Type *STy = SI->getValueOperand()->getType();
1674     if (SliceBeginOffset > I->beginOffset() ||
1675         SliceEndOffset < I->endOffset()) {
1676       assert(STy->isIntegerTy());
1677       STy = SplitIntTy;
1678     }
1679     if (!canConvertValue(DL, STy, SliceTy))
1680       return false;
1681   } else {
1682     return false;
1683   }
1684
1685   return true;
1686 }
1687
1688 /// \brief Test whether the given alloca partitioning and range of slices can be
1689 /// promoted to a vector.
1690 ///
1691 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1692 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1693 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1694 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1695 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1696 /// be promotable, so we have an early test here.
1697 static bool
1698 isVectorPromotionViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy, AllocaSlices &S,
1699                         uint64_t SliceBeginOffset, uint64_t SliceEndOffset,
1700                         AllocaSlices::const_iterator I,
1701                         AllocaSlices::const_iterator E,
1702                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1703   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
1704   if (!Ty)
1705     return false;
1706
1707   uint64_t ElementSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
1708
1709   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1710   // that aren't byte sized.
1711   if (ElementSize % 8)
1712     return false;
1713   assert((DL.getTypeSizeInBits(Ty) % 8) == 0 &&
1714          "vector size not a multiple of element size?");
1715   ElementSize /= 8;
1716
1717   for (; I != E; ++I)
1718     if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, S, SliceBeginOffset,
1719                                          SliceEndOffset, Ty, ElementSize, I))
1720       return false;
1721
1722   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
1723                                                         SUE = SplitUses.end();
1724        SUI != SUE; ++SUI)
1725     if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, S, SliceBeginOffset,
1726                                          SliceEndOffset, Ty, ElementSize, *SUI))
1727       return false;
1728
1729   return true;
1730 }
1731
1732 /// \brief Test whether a slice of an alloca is valid for integer widening.
1733 ///
1734 /// This implements the necessary checking for the \c isIntegerWideningViable
1735 /// test below on a single slice of the alloca.
1736 static bool isIntegerWideningViableForSlice(const DataLayout &DL,
1737                                             Type *AllocaTy,
1738                                             uint64_t AllocBeginOffset,
1739                                             uint64_t Size, AllocaSlices &S,
1740                                             AllocaSlices::const_iterator I,
1741                                             bool &WholeAllocaOp) {
1742   uint64_t RelBegin = I->beginOffset() - AllocBeginOffset;
1743   uint64_t RelEnd = I->endOffset() - AllocBeginOffset;
1744
1745   // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
1746   // the end of the aloca's type and into its padding.
1747   if (RelEnd > Size)
1748     return false;
1749
1750   Use *U = I->getUse();
1751
1752   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1753     if (LI->isVolatile())
1754       return false;
1755     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1756       WholeAllocaOp = true;
1757     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
1758       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1759         return false;
1760     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1761                !canConvertValue(DL, AllocaTy, LI->getType())) {
1762       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
1763       // they are promotable.
1764       return false;
1765     }
1766   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1767     Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
1768     if (SI->isVolatile())
1769       return false;
1770     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1771       WholeAllocaOp = true;
1772     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
1773       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1774         return false;
1775     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1776                !canConvertValue(DL, ValueTy, AllocaTy)) {
1777       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
1778       // they are promotable.
1779       return false;
1780     }
1781   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1782     if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
1783       return false;
1784     if (!I->isSplittable())
1785       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1786   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1787     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1788         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1789       return false;
1790   } else {
1791     return false;
1792   }
1793
1794   return true;
1795 }
1796
1797 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
1798 /// widened to promotable ones.
1799 ///
1800 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
1801 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
1802 /// promote the resulting alloca.
1803 static bool
1804 isIntegerWideningViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy,
1805                         uint64_t AllocBeginOffset, AllocaSlices &S,
1806                         AllocaSlices::const_iterator I,
1807                         AllocaSlices::const_iterator E,
1808                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1809   uint64_t SizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
1810   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
1811   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
1812     return false;
1813
1814   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
1815   if (SizeInBits != DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
1816     return false;
1817
1818   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
1819   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
1820   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
1821   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
1822   if (!canConvertValue(DL, AllocaTy, IntTy) ||
1823       !canConvertValue(DL, IntTy, AllocaTy))
1824     return false;
1825
1826   uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(AllocaTy);
1827
1828   // While examining uses, we ensure that the alloca has a covering load or
1829   // store. We don't want to widen the integer operations only to fail to
1830   // promote due to some other unsplittable entry (which we may make splittable
1831   // later). However, if there are only splittable uses, go ahead and assume
1832   // that we cover the alloca.
1833   bool WholeAllocaOp = (I != E) ? false : DL.isLegalInteger(SizeInBits);
1834
1835   for (; I != E; ++I)
1836     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1837                                          S, I, WholeAllocaOp))
1838       return false;
1839
1840   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
1841                                                         SUE = SplitUses.end();
1842        SUI != SUE; ++SUI)
1843     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1844                                          S, *SUI, WholeAllocaOp))
1845       return false;
1846
1847   return WholeAllocaOp;
1848 }
1849
1850 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1851                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
1852                              const Twine &Name) {
1853   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1854   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
1855   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1856          "Element extends past full value");
1857   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1858   if (DL.isBigEndian())
1859     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1860   if (ShAmt) {
1861     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
1862     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1863   }
1864   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1865          "Cannot extract to a larger integer!");
1866   if (Ty != IntTy) {
1867     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
1868     DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
1869   }
1870   return V;
1871 }
1872
1873 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *Old,
1874                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
1875   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
1876   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
1877   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1878          "Cannot insert a larger integer!");
1879   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1880   if (Ty != IntTy) {
1881     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
1882     DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
1883   }
1884   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1885          "Element store outside of alloca store");
1886   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1887   if (DL.isBigEndian())
1888     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1889   if (ShAmt) {
1890     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
1891     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1892   }
1893
1894   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
1895     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
1896     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
1897     DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
1898     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
1899     DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
1900   }
1901   return V;
1902 }
1903
1904 static Value *extractVector(IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1905                             unsigned BeginIndex, unsigned EndIndex,
1906                             const Twine &Name) {
1907   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
1908   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1909   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
1910
1911   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
1912     return V;
1913
1914   if (NumElements == 1) {
1915     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1916                                  Name + ".extract");
1917     DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
1918     return V;
1919   }
1920
1921   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1922   Mask.reserve(NumElements);
1923   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
1924     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
1925   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1926                               ConstantVector::get(Mask),
1927                               Name + ".extract");
1928   DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
1929   return V;
1930 }
1931
1932 static Value *insertVector(IRBuilderTy &IRB, Value *Old, Value *V,
1933                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
1934   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
1935   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
1936
1937   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
1938   if (!Ty) {
1939     // Single element to insert.
1940     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1941                                 Name + ".insert");
1942     DEBUG(dbgs() <<  "     insert: " << *V << "\n");
1943     return V;
1944   }
1945
1946   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
1947          "Too many elements!");
1948   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
1949     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
1950     return V;
1951   }
1952   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
1953
1954   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
1955   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
1956   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
1957   // incoming vector.
1958   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1959   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
1960   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1961     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
1962       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
1963     else
1964       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
1965   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1966                               ConstantVector::get(Mask),
1967                               Name + ".expand");
1968   DEBUG(dbgs() << "    shuffle: " << *V << "\n");
1969
1970   Mask.clear();
1971   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1972     Mask.push_back(IRB.getInt1(i >= BeginIndex && i < EndIndex));
1973
1974   V = IRB.CreateSelect(ConstantVector::get(Mask), V, Old, Name + "blend");
1975
1976   DEBUG(dbgs() << "    blend: " << *V << "\n");
1977   return V;
1978 }
1979
1980 namespace {
1981 /// \brief Visitor to rewrite instructions using p particular slice of an alloca
1982 /// to use a new alloca.
1983 ///
1984 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
1985 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
1986 /// lives here.
1987 class AllocaSliceRewriter : public InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> {
1988   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1989   friend class llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
1990   typedef llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> Base;
1991
1992   const DataLayout &DL;
1993   AllocaSlices &S;
1994   SROA &Pass;
1995   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
1996   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
1997   Type *NewAllocaTy;
1998
1999   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2000   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2001   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
2002   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2003   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2004   //     element.
2005   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2006   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2007   //     which are promotable via mem2reg.
2008   VectorType *VecTy;
2009   Type *ElementTy;
2010   uint64_t ElementSize;
2011
2012   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2013   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
2014   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
2015   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2016   IntegerType *IntTy;
2017
2018   // The original offset of the slice currently being rewritten relative to
2019   // the original alloca.
2020   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
2021   // The new offsets of the slice currently being rewritten relative to the
2022   // original alloca.
2023   uint64_t NewBeginOffset, NewEndOffset;
2024
2025   uint64_t SliceSize;
2026   bool IsSplittable;
2027   bool IsSplit;
2028   Use *OldUse;
2029   Instruction *OldPtr;
2030
2031   // Track post-rewrite users which are PHI nodes and Selects.
2032   SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers;
2033   SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers;
2034
2035   // Utility IR builder, whose name prefix is setup for each visited use, and
2036   // the insertion point is set to point to the user.
2037   IRBuilderTy IRB;
2038
2039 public:
2040   AllocaSliceRewriter(const DataLayout &DL, AllocaSlices &S, SROA &Pass,
2041                       AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2042                       uint64_t NewAllocaBeginOffset,
2043                       uint64_t NewAllocaEndOffset, bool IsVectorPromotable,
2044                       bool IsIntegerPromotable,
2045                       SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers,
2046                       SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers)
2047       : DL(DL), S(S), Pass(Pass), OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2048         NewAllocaBeginOffset(NewAllocaBeginOffset),
2049         NewAllocaEndOffset(NewAllocaEndOffset),
2050         NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
2051         VecTy(IsVectorPromotable ? cast<VectorType>(NewAllocaTy) : 0),
2052         ElementTy(VecTy ? VecTy->getElementType() : 0),
2053         ElementSize(VecTy ? DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8 : 0),
2054         IntTy(IsIntegerPromotable
2055                   ? Type::getIntNTy(
2056                         NewAI.getContext(),
2057                         DL.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()))
2058                   : 0),
2059         BeginOffset(), EndOffset(), IsSplittable(), IsSplit(), OldUse(),
2060         OldPtr(), PHIUsers(PHIUsers), SelectUsers(SelectUsers),
2061         IRB(NewAI.getContext(), ConstantFolder()) {
2062     if (VecTy) {
2063       assert((DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) % 8) == 0 &&
2064              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2065       ++NumVectorized;
2066     }
2067     assert((!IsVectorPromotable && !IsIntegerPromotable) ||
2068            IsVectorPromotable != IsIntegerPromotable);
2069   }
2070
2071   bool visit(AllocaSlices::const_iterator I) {
2072     bool CanSROA = true;
2073     BeginOffset = I->beginOffset();
2074     EndOffset = I->endOffset();
2075     IsSplittable = I->isSplittable();
2076     IsSplit =
2077         BeginOffset < NewAllocaBeginOffset || EndOffset > NewAllocaEndOffset;
2078
2079     // Compute the intersecting offset range.
2080     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2081     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2082     NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2083     NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2084
2085     SliceSize = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2086
2087     OldUse = I->getUse();
2088     OldPtr = cast<Instruction>(OldUse->get());
2089
2090     Instruction *OldUserI = cast<Instruction>(OldUse->getUser());
2091     IRB.SetInsertPoint(OldUserI);
2092     IRB.SetCurrentDebugLocation(OldUserI->getDebugLoc());
2093     IRB.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) + ".");
2094
2095     CanSROA &= visit(cast<Instruction>(OldUse->getUser()));
2096     if (VecTy || IntTy)
2097       assert(CanSROA);
2098     return CanSROA;
2099   }
2100
2101 private:
2102   // Make sure the other visit overloads are visible.
2103   using Base::visit;
2104
2105   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2106   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2107     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2108     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2109   }
2110
2111   Value *getNewAllocaSlicePtr(IRBuilderTy &IRB, Type *PointerTy) {
2112     // Note that the offset computation can use BeginOffset or NewBeginOffset
2113     // interchangeably for unsplit slices.
2114     assert(IsSplit || BeginOffset == NewBeginOffset);
2115     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2116
2117 #ifndef NDEBUG
2118     StringRef OldName = OldPtr->getName();
2119     // Skip through the last '.sroa.' component of the name.
2120     size_t LastSROAPrefix = OldName.rfind(".sroa.");
2121     if (LastSROAPrefix != StringRef::npos) {
2122       OldName = OldName.substr(LastSROAPrefix + strlen(".sroa."));
2123       // Look for an SROA slice index.
2124       size_t IndexEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2125       if (IndexEnd != StringRef::npos && OldName[IndexEnd] == '.') {
2126         // Strip the index and look for the offset.
2127         OldName = OldName.substr(IndexEnd + 1);
2128         size_t OffsetEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2129         if (OffsetEnd != StringRef::npos && OldName[OffsetEnd] == '.')
2130           // Strip the offset.
2131           OldName = OldName.substr(OffsetEnd + 1);
2132       }
2133     }
2134     // Strip any SROA suffixes as well.
2135     OldName = OldName.substr(0, OldName.find(".sroa_"));
2136 #endif
2137
2138     return getAdjustedPtr(IRB, DL, &NewAI,
2139                           APInt(DL.getPointerSizeInBits(), Offset), PointerTy,
2140 #ifndef NDEBUG
2141                           Twine(OldName) + "."
2142 #else
2143                           Twine()
2144 #endif
2145                           );
2146   }
2147
2148   /// \brief Compute suitable alignment to access this slice of the *new* alloca.
2149   ///
2150   /// You can optionally pass a type to this routine and if that type's ABI
2151   /// alignment is itself suitable, this will return zero.
2152   unsigned getSliceAlign(Type *Ty = 0) {
2153     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2154     if (!NewAIAlign)
2155       NewAIAlign = DL.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2156     unsigned Align = MinAlign(NewAIAlign, NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2157     return (Ty && Align == DL.getABITypeAlignment(Ty)) ? 0 : Align;
2158   }
2159
2160   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
2161     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2162     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2163     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2164     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2165     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2166     return Index;
2167   }
2168
2169   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2170     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2171     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2172       Pass.DeadInsts.insert(I);
2173   }
2174
2175   Value *rewriteVectorizedLoadInst() {
2176     unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2177     unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2178     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2179
2180     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2181                                      "load");
2182     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2183   }
2184
2185   Value *rewriteIntegerLoad(LoadInst &LI) {
2186     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2187     assert(!LI.isVolatile());
2188     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2189                                      "load");
2190     V = convertValue(DL, IRB, V, IntTy);
2191     assert(NewBeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2192     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2193     if (Offset > 0 || NewEndOffset < NewAllocaEndOffset)
2194       V = extractInteger(DL, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2195                          "extract");
2196     return V;
2197   }
2198
2199   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2200     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2201     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2202     assert(OldOp == OldPtr);
2203
2204     Type *TargetTy = IsSplit ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), SliceSize * 8)
2205                              : LI.getType();
2206     bool IsPtrAdjusted = false;
2207     Value *V;
2208     if (VecTy) {
2209       V = rewriteVectorizedLoadInst();
2210     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2211       V = rewriteIntegerLoad(LI);
2212     } else if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2213                canConvertValue(DL, NewAllocaTy, LI.getType())) {
2214       V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2215                                 LI.isVolatile(), LI.getName());
2216     } else {
2217       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo();
2218       V = IRB.CreateAlignedLoad(getNewAllocaSlicePtr(IRB, LTy),
2219                                 getSliceAlign(TargetTy), LI.isVolatile(),
2220                                 LI.getName());
2221       IsPtrAdjusted = true;
2222     }
2223     V = convertValue(DL, IRB, V, TargetTy);
2224
2225     if (IsSplit) {
2226       assert(!LI.isVolatile());
2227       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2228              "Only integer type loads and stores are split");
2229       assert(SliceSize < DL.getTypeStoreSize(LI.getType()) &&
2230              "Split load isn't smaller than original load");
2231       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2232              DL.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2233              "Non-byte-multiple bit width");
2234       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2235       IRB.SetInsertPoint(std::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2236       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2237       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2238       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2239       // LI only used for this computation.
2240       Value *Placeholder
2241         = new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo()));
2242       V = insertInteger(DL, IRB, Placeholder, V, NewBeginOffset,
2243                         "insert");
2244       LI.replaceAllUsesWith(V);
2245       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2246       delete Placeholder;
2247     } else {
2248       LI.replaceAllUsesWith(V);
2249     }
2250
2251     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2252     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2253     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2254     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2255   }
2256
2257   bool rewriteVectorizedStoreInst(Value *V, StoreInst &SI, Value *OldOp) {
2258     if (V->getType() != VecTy) {
2259       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2260       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2261       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2262       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2263       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2264       Type *SliceTy =
2265           (NumElements == 1) ? ElementTy
2266                              : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2267       if (V->getType() != SliceTy)
2268         V = convertValue(DL, IRB, V, SliceTy);
2269
2270       // Mix in the existing elements.
2271       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2272                                          "load");
2273       V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, "vec");
2274     }
2275     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2276     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2277
2278     (void)Store;
2279     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2280     return true;
2281   }
2282
2283   bool rewriteIntegerStore(Value *V, StoreInst &SI) {
2284     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2285     assert(!SI.isVolatile());
2286     if (DL.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2287       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2288                                          "oldload");
2289       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2290       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2291       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2292       V = insertInteger(DL, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset,
2293                         "insert");
2294     }
2295     V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2296     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2297     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2298     (void)Store;
2299     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2300     return true;
2301   }
2302
2303   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2304     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2305     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2306     assert(OldOp == OldPtr);
2307
2308     Value *V = SI.getValueOperand();
2309
2310     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2311     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2312     if (V->getType()->isPointerTy())
2313       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2314         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2315
2316     if (SliceSize < DL.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2317       assert(!SI.isVolatile());
2318       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2319              "Only integer type loads and stores are split");
2320       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2321              DL.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2322              "Non-byte-multiple bit width");
2323       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), SliceSize * 8);
2324       V = extractInteger(DL, IRB, V, NarrowTy, NewBeginOffset,
2325                          "extract");
2326     }
2327
2328     if (VecTy)
2329       return rewriteVectorizedStoreInst(V, SI, OldOp);
2330     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2331       return rewriteIntegerStore(V, SI);
2332
2333     StoreInst *NewSI;
2334     if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2335         NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2336         canConvertValue(DL, V->getType(), NewAllocaTy)) {
2337       V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2338       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2339                                      SI.isVolatile());
2340     } else {
2341       Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, V->getType()->getPointerTo());
2342       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, NewPtr, getSliceAlign(V->getType()),
2343                                      SI.isVolatile());
2344     }
2345     (void)NewSI;
2346     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2347     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2348
2349     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2350     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2351   }
2352
2353   /// \brief Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2354   /// number of bytes.
2355   ///
2356   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2357   /// call this routine.
2358   /// FIXME: Heed the advice above.
2359   ///
2360   /// \param V The i8 value to splat.
2361   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2362   Value *getIntegerSplat(Value *V, unsigned Size) {
2363     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2364     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2365     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2366     if (Size == 1)
2367       return V;
2368
2369     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size*8);
2370     V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, "zext"),
2371                       ConstantExpr::getUDiv(
2372                         Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2373                         ConstantExpr::getZExt(
2374                           Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2375                           SplatIntTy)),
2376                       "isplat");
2377     return V;
2378   }
2379
2380   /// \brief Compute a vector splat for a given element value.
2381   Value *getVectorSplat(Value *V, unsigned NumElements) {
2382     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, "vsplat");
2383     DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2384     return V;
2385   }
2386
2387   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2388     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2389     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2390
2391     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2392     // pointer to the new alloca.
2393     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2394       assert(!IsSplit);
2395       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2396       II.setDest(getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()));
2397       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2398       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getSliceAlign()));
2399
2400       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2401       return false;
2402     }
2403
2404     // Record this instruction for deletion.
2405     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2406
2407     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2408     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2409
2410     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2411     // a single value type, just emit a memset.
2412     if (!VecTy && !IntTy &&
2413         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2414          EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2415          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2416          !DL.isLegalInteger(DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)) ||
2417          DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)%8 != 0)) {
2418       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2419       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2420       CallInst *New = IRB.CreateMemSet(
2421           getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()), II.getValue(), Size,
2422           getSliceAlign(), II.isVolatile());
2423       (void)New;
2424       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2425       return false;
2426     }
2427
2428     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2429     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2430     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2431     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2432     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2433     Value *V;
2434
2435     if (VecTy) {
2436       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2437       assert(ElementTy == ScalarTy);
2438
2439       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2440       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2441       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2442       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2443       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2444
2445       Value *Splat =
2446           getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8);
2447       Splat = convertValue(DL, IRB, Splat, ElementTy);
2448       if (NumElements > 1)
2449         Splat = getVectorSplat(Splat, NumElements);
2450
2451       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2452                                          "oldload");
2453       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, "vec");
2454     } else if (IntTy) {
2455       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2456       // set integer.
2457       assert(!II.isVolatile());
2458
2459       uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2460       V = getIntegerSplat(II.getValue(), Size);
2461
2462       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2463                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2464         Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2465                                            "oldload");
2466         Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2467         uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2468         V = insertInteger(DL, IRB, Old, V, Offset, "insert");
2469       } else {
2470         assert(V->getType() == IntTy &&
2471                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2472       }
2473       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2474     } else {
2475       // Established these invariants above.
2476       assert(NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2477       assert(NewEndOffset == NewAllocaEndOffset);
2478
2479       V = getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) / 8);
2480       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2481         V = getVectorSplat(V, AllocaVecTy->getNumElements());
2482
2483       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2484     }
2485
2486     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2487                                         II.isVolatile());
2488     (void)New;
2489     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2490     return !II.isVolatile();
2491   }
2492
2493   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2494     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2495     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2496
2497     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2498
2499     bool IsDest = &II.getRawDestUse() == OldUse;
2500     assert((IsDest && II.getRawDest() == OldPtr) ||
2501            (!IsDest && II.getRawSource() == OldPtr));
2502
2503     unsigned SliceAlign = getSliceAlign();
2504
2505     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2506     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2507     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2508     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2509     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2510     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2511     // update both source and dest of a single call.
2512     if (!IsSplittable) {
2513       Value *AdjustedPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2514       if (IsDest)
2515         II.setDest(AdjustedPtr);
2516       else
2517         II.setSource(AdjustedPtr);
2518
2519       if (II.getAlignment() > SliceAlign) {
2520         Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2521         II.setAlignment(
2522             ConstantInt::get(CstTy, MinAlign(II.getAlignment(), SliceAlign)));
2523       }
2524
2525       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2526       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2527       return false;
2528     }
2529     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2530     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2531     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2532     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2533     // downsides to splitting and transforming the operations.
2534
2535     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2536     // a single value type, just emit a memcpy.
2537     bool EmitMemCpy
2538       = !VecTy && !IntTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2539                              EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2540                              !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2541
2542     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2543     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2544     // a no-op.
2545     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2546       // Ensure the start lines up.
2547       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2548
2549       // Rewrite the size as needed.
2550       if (NewEndOffset != EndOffset)
2551         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2552                                       NewEndOffset - NewBeginOffset));
2553       return false;
2554     }
2555     // Record this instruction for deletion.
2556     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2557
2558     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2559     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2560     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2561     if (AllocaInst *AI
2562           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets())) {
2563       assert(AI != &OldAI && AI != &NewAI &&
2564              "Splittable transfers cannot reach the same alloca on both ends.");
2565       Pass.Worklist.insert(AI);
2566     }
2567
2568     Type *OtherPtrTy = OtherPtr->getType();
2569     unsigned OtherAS = OtherPtrTy->getPointerAddressSpace();
2570
2571     // Compute the relative offset for the other pointer within the transfer.
2572     unsigned IntPtrWidth = DL.getPointerSizeInBits(OtherAS);
2573     APInt OtherOffset(IntPtrWidth, NewBeginOffset - BeginOffset);
2574     unsigned OtherAlign = MinAlign(II.getAlignment() ? II.getAlignment() : 1,
2575                                    OtherOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue());
2576
2577     if (EmitMemCpy) {
2578       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2579       // a single, simple GEP in most cases.
2580       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2581                                 OtherPtr->getName() + ".");
2582
2583       Value *OurPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2584       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2585       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2586
2587       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(
2588           IsDest ? OurPtr : OtherPtr, IsDest ? OtherPtr : OurPtr, Size,
2589           MinAlign(SliceAlign, OtherAlign), II.isVolatile());
2590       (void)New;
2591       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2592       return false;
2593     }
2594
2595     bool IsWholeAlloca = NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2596                          NewEndOffset == NewAllocaEndOffset;
2597     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2598     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(NewBeginOffset) : 0;
2599     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(NewEndOffset) : 0;
2600     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2601     IntegerType *SubIntTy
2602       = IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size*8) : 0;
2603
2604     // Reset the other pointer type to match the register type we're going to
2605     // use, but using the address space of the original other pointer.
2606     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
2607       if (NumElements == 1)
2608         OtherPtrTy = VecTy->getElementType();
2609       else
2610         OtherPtrTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
2611
2612       OtherPtrTy = OtherPtrTy->getPointerTo(OtherAS);
2613     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
2614       OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo(OtherAS);
2615     } else {
2616       OtherPtrTy = NewAllocaTy->getPointerTo(OtherAS);
2617     }
2618
2619     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2620                                    OtherPtr->getName() + ".");
2621     unsigned SrcAlign = OtherAlign;
2622     Value *DstPtr = &NewAI;
2623     unsigned DstAlign = SliceAlign;
2624     if (!IsDest) {
2625       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2626       std::swap(SrcAlign, DstAlign);
2627     }
2628
2629     Value *Src;
2630     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2631       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2632                                   "load");
2633       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2634     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2635       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2636                                   "load");
2637       Src = convertValue(DL, IRB, Src, IntTy);
2638       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2639       Src = extractInteger(DL, IRB, Src, SubIntTy, Offset, "extract");
2640     } else {
2641       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, SrcAlign, II.isVolatile(),
2642                                   "copyload");
2643     }
2644
2645     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2646       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2647                                          "oldload");
2648       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, "vec");
2649     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2650       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2651                                          "oldload");
2652       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2653       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2654       Src = insertInteger(DL, IRB, Old, Src, Offset, "insert");
2655       Src = convertValue(DL, IRB, Src, NewAllocaTy);
2656     }
2657
2658     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2659         IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, DstAlign, II.isVolatile()));
2660     (void)Store;
2661     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2662     return !II.isVolatile();
2663   }
2664
2665   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2666     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2667            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2668     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2669     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2670
2671     // Record this instruction for deletion.
2672     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2673
2674     ConstantInt *Size
2675       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2676                          NewEndOffset - NewBeginOffset);
2677     Value *Ptr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2678     Value *New;
2679     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2680       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2681     else
2682       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2683
2684     (void)New;
2685     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2686     return true;
2687   }
2688
2689   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2690     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2691     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "PHIs are unsplittable");
2692     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "PHIs are unsplittable");
2693
2694     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2695     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2696     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2697     // dominate the PHI.
2698     IRBuilderTy PtrBuilder(IRB);
2699     PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr);
2700     PtrBuilder.SetCurrentDebugLocation(OldPtr->getDebugLoc());
2701
2702     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2703     // Replace the operands which were using the old pointer.
2704     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
2705
2706     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2707     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2708
2709     // PHIs can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
2710     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
2711     // fully-rewritten alloca.
2712     PHIUsers.insert(&PN);
2713     return true;
2714   }
2715
2716   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2717     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2718     assert((SI.getTrueValue() == OldPtr || SI.getFalseValue() == OldPtr) &&
2719            "Pointer isn't an operand!");
2720     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Selects are unsplittable");
2721     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "Selects are unsplittable");
2722
2723     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2724     // Replace the operands which were using the old pointer.
2725     if (SI.getOperand(1) == OldPtr)
2726       SI.setOperand(1, NewPtr);
2727     if (SI.getOperand(2) == OldPtr)
2728       SI.setOperand(2, NewPtr);
2729
2730     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2731     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2732
2733     // Selects can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
2734     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
2735     // fully-rewritten alloca.
2736     SelectUsers.insert(&SI);
2737     return true;
2738   }
2739
2740 };
2741 }
2742
2743 namespace {
2744 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2745 ///
2746 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2747 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2748 /// with scalar loads and stores.
2749 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2750   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2751   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2752
2753   const DataLayout &DL;
2754
2755   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2756   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2757
2758   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2759   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2760
2761   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2762   /// value (as opposed to the user).
2763   Use *U;
2764
2765 public:
2766   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
2767
2768   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2769   /// it.
2770   bool rewrite(Instruction &I) {
2771     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2772     enqueueUsers(I);
2773     bool Changed = false;
2774     while (!Queue.empty()) {
2775       U = Queue.pop_back_val();
2776       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2777     }
2778     return Changed;
2779   }
2780
2781 private:
2782   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2783   /// This uses a set to de-duplicate users.
2784   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2785     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
2786          ++UI)
2787       if (Visited.insert(*UI))
2788         Queue.push_back(&UI.getUse());
2789   }
2790
2791   // Conservative default is to not rewrite anything.
2792   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2793
2794   /// \brief Generic recursive split emission class.
2795   template <typename Derived>
2796   class OpSplitter {
2797   protected:
2798     /// The builder used to form new instructions.
2799     IRBuilderTy IRB;
2800     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
2801     /// appropriate value within the aggregate.
2802     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2803     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
2804     /// within the aggregate.
2805     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2806     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
2807     /// split operations.
2808     Value *Ptr;
2809
2810     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
2811     /// single zero GEP index.
2812     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2813       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
2814
2815   public:
2816     /// \brief Generic recursive split emission routine.
2817     ///
2818     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2819     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2820     /// and emits that single value operation via the template argument.
2821     ///
2822     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
2823     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
2824     /// formatted differently (GEPs need actual values).
2825     ///
2826     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
2827     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
2828     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
2829     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2830       if (Ty->isSingleValueType())
2831         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
2832
2833       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2834         unsigned OldSize = Indices.size();
2835         (void)OldSize;
2836         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
2837              ++Idx) {
2838           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2839           Indices.push_back(Idx);
2840           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2841           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2842           GEPIndices.pop_back();
2843           Indices.pop_back();
2844         }
2845         return;
2846       }
2847
2848       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2849         unsigned OldSize = Indices.size();
2850         (void)OldSize;
2851         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
2852              ++Idx) {
2853           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2854           Indices.push_back(Idx);
2855           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2856           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2857           GEPIndices.pop_back();
2858           Indices.pop_back();
2859         }
2860         return;
2861       }
2862
2863       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
2864     }
2865   };
2866
2867   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
2868     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2869       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2870
2871     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
2872     /// recursive emission to actually load values.
2873     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2874       assert(Ty->isSingleValueType());
2875       // Load the single value and insert it using the indices.
2876       Value *GEP = IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
2877       Value *Load = IRB.CreateLoad(GEP, Name + ".load");
2878       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
2879       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
2880     }
2881   };
2882
2883   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2884     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
2885     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
2886       return false;
2887
2888     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
2889     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2890     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
2891     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
2892     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
2893     LI.replaceAllUsesWith(V);
2894     LI.eraseFromParent();
2895     return true;
2896   }
2897
2898   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
2899     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2900       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2901
2902     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
2903     /// recursive emission to actually produce stores.
2904     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2905       assert(Ty->isSingleValueType());
2906       // Extract the single value and store it using the indices.
2907       Value *Store = IRB.CreateStore(
2908         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
2909         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
2910       (void)Store;
2911       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2912     }
2913   };
2914
2915   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2916     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
2917       return false;
2918     Value *V = SI.getValueOperand();
2919     if (V->getType()->isSingleValueType())
2920       return false;
2921
2922     // We have an aggregate being stored, split it apart.
2923     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2924     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
2925     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
2926     SI.eraseFromParent();
2927     return true;
2928   }
2929
2930   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
2931     enqueueUsers(BC);
2932     return false;
2933   }
2934
2935   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
2936     enqueueUsers(GEPI);
2937     return false;
2938   }
2939
2940   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2941     enqueueUsers(PN);
2942     return false;
2943   }
2944
2945   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2946     enqueueUsers(SI);
2947     return false;
2948   }
2949 };
2950 }
2951
2952 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
2953 ///
2954 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
2955 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
2956 /// size or the allocated size.
2957 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
2958   if (Ty->isSingleValueType())
2959     return Ty;
2960
2961   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
2962   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
2963
2964   Type *InnerTy;
2965   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2966     InnerTy = ArrTy->getElementType();
2967   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2968     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
2969     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
2970     InnerTy = STy->getElementType(Index);
2971   } else {
2972     return Ty;
2973   }
2974
2975   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
2976       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
2977     return Ty;
2978
2979   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
2980 }
2981
2982 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
2983 /// offset and size.
2984 ///
2985 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
2986 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
2987 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
2988 /// and the same for structs.
2989 ///
2990 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
2991 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
2992 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
2993 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
2994 /// return a type if necessary.
2995 static Type *getTypePartition(const DataLayout &DL, Type *Ty,
2996                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
2997   if (Offset == 0 && DL.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
2998     return stripAggregateTypeWrapping(DL, Ty);
2999   if (Offset > DL.getTypeAllocSize(Ty) ||
3000       (DL.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
3001     return 0;
3002
3003   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
3004     // We can't partition pointers...
3005     if (SeqTy->isPointerTy())
3006       return 0;
3007
3008     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
3009     uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3010     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
3011     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy)) {
3012       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
3013         return 0;
3014     } else if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy)) {
3015       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
3016         return 0;
3017     }
3018     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3019
3020     // First check if we need to recurse.
3021     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3022       // Bail if the partition ends in a different array element.
3023       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3024         return 0;
3025       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3026       return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3027     }
3028     assert(Offset == 0);
3029
3030     if (Size == ElementSize)
3031       return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3032     assert(Size > ElementSize);
3033     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3034     if (NumElements * ElementSize != Size)
3035       return 0;
3036     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3037   }
3038
3039   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3040   if (!STy)
3041     return 0;
3042
3043   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3044   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3045     return 0;
3046   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3047   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3048     return 0;
3049
3050   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3051   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3052
3053   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3054   uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3055   if (Offset >= ElementSize)
3056     return 0; // The offset points into alignment padding.
3057
3058   // See if any partition must be contained by the element.
3059   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3060     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3061       return 0;
3062     return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3063   }
3064   assert(Offset == 0);
3065
3066   if (Size == ElementSize)
3067     return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3068
3069   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3070                                EE = STy->element_end();
3071   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3072     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3073     if (Index == EndIndex)
3074       return 0; // Within a single element and its padding.
3075
3076     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3077     // expected size.
3078     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3079     // sub-struct to find a natural end point.
3080     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3081       return 0;
3082
3083     assert(Index < EndIndex);
3084     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3085   }
3086
3087   // Try to build up a sub-structure.
3088   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE),
3089                                       STy->isPacked());
3090   const StructLayout *SubSL = DL.getStructLayout(SubTy);
3091   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3092     return 0; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3093
3094   return SubTy;
3095 }
3096
3097 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3098 ///
3099 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3100 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3101 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3102 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3103 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3104 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3105 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3106 /// promoted.
3107 bool SROA::rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S,
3108                             AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
3109                             int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
3110                             ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
3111   assert(BeginOffset < EndOffset);
3112   uint64_t SliceSize = EndOffset - BeginOffset;
3113
3114   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3115   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3116   // or an i8 array of an appropriate size.
3117   Type *SliceTy = 0;
3118   if (Type *CommonUseTy = findCommonType(B, E, EndOffset))
3119     if (DL->getTypeAllocSize(CommonUseTy) >= SliceSize)
3120       SliceTy = CommonUseTy;
3121   if (!SliceTy)
3122     if (Type *TypePartitionTy = getTypePartition(*DL, AI.getAllocatedType(),
3123                                                  BeginOffset, SliceSize))
3124       SliceTy = TypePartitionTy;
3125   if ((!SliceTy || (SliceTy->isArrayTy() &&
3126                     SliceTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3127       DL->isLegalInteger(SliceSize * 8))
3128     SliceTy = Type::getIntNTy(*C, SliceSize * 8);
3129   if (!SliceTy)
3130     SliceTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), SliceSize);
3131   assert(DL->getTypeAllocSize(SliceTy) >= SliceSize);
3132
3133   bool IsVectorPromotable = isVectorPromotionViable(
3134       *DL, SliceTy, S, BeginOffset, EndOffset, B, E, SplitUses);
3135
3136   bool IsIntegerPromotable =
3137       !IsVectorPromotable &&
3138       isIntegerWideningViable(*DL, SliceTy, BeginOffset, S, B, E, SplitUses);
3139
3140   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3141   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3142   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3143   // perform phi and select speculation.
3144   AllocaInst *NewAI;
3145   if (SliceTy == AI.getAllocatedType()) {
3146     assert(BeginOffset == 0 &&
3147            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3148     NewAI = &AI;
3149     // FIXME: We should be able to bail at this point with "nothing changed".
3150     // FIXME: We might want to defer PHI speculation until after here.
3151   } else {
3152     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3153     if (!Alignment) {
3154       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3155       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3156       // type.
3157       Alignment = DL->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3158     }
3159     Alignment = MinAlign(Alignment, BeginOffset);
3160     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3161     // the alloca's alignment unconstrained.
3162     if (Alignment <= DL->getABITypeAlignment(SliceTy))
3163       Alignment = 0;
3164     NewAI = new AllocaInst(SliceTy, 0, Alignment,
3165                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(B - S.begin()), &AI);
3166     ++NumNewAllocas;
3167   }
3168
3169   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3170                << "[" << BeginOffset << "," << EndOffset << ") to: " << *NewAI
3171                << "\n");
3172
3173   // Track the high watermark on the worklist as it is only relevant for
3174   // promoted allocas. We will reset it to this point if the alloca is not in
3175   // fact scheduled for promotion.
3176   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3177   unsigned NumUses = 0;
3178   SmallPtrSet<PHINode *, 8> PHIUsers;
3179   SmallPtrSet<SelectInst *, 8> SelectUsers;
3180
3181   AllocaSliceRewriter Rewriter(*DL, S, *this, AI, *NewAI, BeginOffset,
3182                                EndOffset, IsVectorPromotable,
3183                                IsIntegerPromotable, PHIUsers, SelectUsers);
3184   bool Promotable = true;
3185   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
3186                                                         SUE = SplitUses.end();
3187        SUI != SUE; ++SUI) {
3188     DEBUG(dbgs() << "  rewriting split ");
3189     DEBUG(S.printSlice(dbgs(), *SUI, ""));
3190     Promotable &= Rewriter.visit(*SUI);
3191     ++NumUses;
3192   }
3193   for (AllocaSlices::iterator I = B; I != E; ++I) {
3194     DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3195     DEBUG(S.printSlice(dbgs(), I, ""));
3196     Promotable &= Rewriter.visit(I);
3197     ++NumUses;
3198   }
3199
3200   NumAllocaPartitionUses += NumUses;
3201   MaxUsesPerAllocaPartition =
3202       std::max<unsigned>(NumUses, MaxUsesPerAllocaPartition);
3203
3204   // Now that we've processed all the slices in the new partition, check if any
3205   // PHIs or Selects would block promotion.
3206   for (SmallPtrSetImpl<PHINode *>::iterator I = PHIUsers.begin(),
3207                                             E = PHIUsers.end();
3208        I != E; ++I)
3209     if (!isSafePHIToSpeculate(**I, DL)) {
3210       Promotable = false;
3211       PHIUsers.clear();
3212       SelectUsers.clear();
3213       break;
3214     }
3215   for (SmallPtrSetImpl<SelectInst *>::iterator I = SelectUsers.begin(),
3216                                                E = SelectUsers.end();
3217        I != E; ++I)
3218     if (!isSafeSelectToSpeculate(**I, DL)) {
3219       Promotable = false;
3220       PHIUsers.clear();
3221       SelectUsers.clear();
3222       break;
3223     }
3224
3225   if (Promotable) {
3226     if (PHIUsers.empty() && SelectUsers.empty()) {
3227       // Promote the alloca.
3228       PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3229     } else {
3230       // If we have either PHIs or Selects to speculate, add them to those
3231       // worklists and re-queue the new alloca so that we promote in on the
3232       // next iteration.
3233       for (SmallPtrSetImpl<PHINode *>::iterator I = PHIUsers.begin(),
3234                                                 E = PHIUsers.end();
3235            I != E; ++I)
3236         SpeculatablePHIs.insert(*I);
3237       for (SmallPtrSetImpl<SelectInst *>::iterator I = SelectUsers.begin(),
3238                                                    E = SelectUsers.end();
3239            I != E; ++I)
3240         SpeculatableSelects.insert(*I);
3241       Worklist.insert(NewAI);
3242     }
3243   } else {
3244     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3245     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3246     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3247     if (NewAI != &AI)
3248       Worklist.insert(NewAI);
3249
3250     // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3251     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3252       PostPromotionWorklist.pop_back();
3253   }
3254
3255   return true;
3256 }
3257
3258 static void
3259 removeFinishedSplitUses(SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator> &SplitUses,
3260                         uint64_t &MaxSplitUseEndOffset, uint64_t Offset) {
3261   if (Offset >= MaxSplitUseEndOffset) {
3262     SplitUses.clear();
3263     MaxSplitUseEndOffset = 0;
3264     return;
3265   }
3266
3267   size_t SplitUsesOldSize = SplitUses.size();
3268   SplitUses.erase(std::remove_if(SplitUses.begin(), SplitUses.end(),
3269                                  [Offset](const AllocaSlices::iterator &I) {
3270                     return I->endOffset() <= Offset;
3271                   }),
3272                   SplitUses.end());
3273   if (SplitUsesOldSize == SplitUses.size())
3274     return;
3275
3276   // Recompute the max. While this is linear, so is remove_if.
3277   MaxSplitUseEndOffset = 0;
3278   for (SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator>::iterator
3279            SUI = SplitUses.begin(),
3280            SUE = SplitUses.end();
3281        SUI != SUE; ++SUI)
3282     MaxSplitUseEndOffset = std::max((*SUI)->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3283 }
3284
3285 /// \brief Walks the slices of an alloca and form partitions based on them,
3286 /// rewriting each of their uses.
3287 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S) {
3288   if (S.begin() == S.end())
3289     return false;
3290
3291   unsigned NumPartitions = 0;
3292   bool Changed = false;
3293   SmallVector<AllocaSlices::iterator, 4> SplitUses;
3294   uint64_t MaxSplitUseEndOffset = 0;
3295
3296   uint64_t BeginOffset = S.begin()->beginOffset();
3297
3298   for (AllocaSlices::iterator SI = S.begin(), SJ = std::next(SI), SE = S.end();
3299        SI != SE; SI = SJ) {
3300     uint64_t MaxEndOffset = SI->endOffset();
3301
3302     if (!SI->isSplittable()) {
3303       // When we're forming an unsplittable region, it must always start at the
3304       // first slice and will extend through its end.
3305       assert(BeginOffset == SI->beginOffset());
3306
3307       // Form a partition including all of the overlapping slices with this
3308       // unsplittable slice.
3309       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3310         if (!SJ->isSplittable())
3311           MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3312         ++SJ;
3313       }
3314     } else {
3315       assert(SI->isSplittable()); // Established above.
3316
3317       // Collect all of the overlapping splittable slices.
3318       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset &&
3319              SJ->isSplittable()) {
3320         MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3321         ++SJ;
3322       }
3323
3324       // Back up MaxEndOffset and SJ if we ended the span early when
3325       // encountering an unsplittable slice.
3326       if (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3327         assert(!SJ->isSplittable());
3328         MaxEndOffset = SJ->beginOffset();
3329       }
3330     }
3331
3332     // Check if we have managed to move the end offset forward yet. If so,
3333     // we'll have to rewrite uses and erase old split uses.
3334     if (BeginOffset < MaxEndOffset) {
3335       // Rewrite a sequence of overlapping slices.
3336       Changed |=
3337           rewritePartition(AI, S, SI, SJ, BeginOffset, MaxEndOffset, SplitUses);
3338       ++NumPartitions;
3339
3340       removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset, MaxEndOffset);
3341     }
3342
3343     // Accumulate all the splittable slices from the [SI,SJ) region which
3344     // overlap going forward.
3345     for (AllocaSlices::iterator SK = SI; SK != SJ; ++SK)
3346       if (SK->isSplittable() && SK->endOffset() > MaxEndOffset) {
3347         SplitUses.push_back(SK);
3348         MaxSplitUseEndOffset = std::max(SK->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3349       }
3350
3351     // If we're already at the end and we have no split uses, we're done.
3352     if (SJ == SE && SplitUses.empty())
3353       break;
3354
3355     // If we have no split uses or no gap in offsets, we're ready to move to
3356     // the next slice.
3357     if (SplitUses.empty() || (SJ != SE && MaxEndOffset == SJ->beginOffset())) {
3358       BeginOffset = SJ->beginOffset();
3359       continue;
3360     }
3361
3362     // Even if we have split slices, if the next slice is splittable and the
3363     // split slices reach it, we can simply set up the beginning offset of the
3364     // next iteration to bridge between them.
3365     if (SJ != SE && SJ->isSplittable() &&
3366         MaxSplitUseEndOffset > SJ->beginOffset()) {
3367       BeginOffset = MaxEndOffset;
3368       continue;
3369     }
3370
3371     // Otherwise, we have a tail of split slices. Rewrite them with an empty
3372     // range of slices.
3373     uint64_t PostSplitEndOffset =
3374         SJ == SE ? MaxSplitUseEndOffset : SJ->beginOffset();
3375
3376     Changed |= rewritePartition(AI, S, SJ, SJ, MaxEndOffset, PostSplitEndOffset,
3377                                 SplitUses);
3378     ++NumPartitions;
3379
3380     if (SJ == SE)
3381       break; // Skip the rest, we don't need to do any cleanup.
3382
3383     removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset,
3384                             PostSplitEndOffset);
3385
3386     // Now just reset the begin offset for the next iteration.
3387     BeginOffset = SJ->beginOffset();
3388   }
3389
3390   NumAllocaPartitions += NumPartitions;
3391   MaxPartitionsPerAlloca =
3392       std::max<unsigned>(NumPartitions, MaxPartitionsPerAlloca);
3393
3394   return Changed;
3395 }
3396
3397 /// \brief Clobber a use with undef, deleting the used value if it becomes dead.
3398 void SROA::clobberUse(Use &U) {
3399   Value *OldV = U;
3400   // Replace the use with an undef value.
3401   U = UndefValue::get(OldV->getType());
3402
3403   // Check for this making an instruction dead. We have to garbage collect
3404   // all the dead instructions to ensure the uses of any alloca end up being
3405   // minimal.
3406   if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3407     if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3408       DeadInsts.insert(OldI);
3409     }
3410 }
3411
3412 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3413 ///
3414 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3415 /// the slices of the alloca, and then hands it off to be split and
3416 /// rewritten as needed.
3417 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3418   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3419   ++NumAllocasAnalyzed;
3420
3421   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3422   if (AI.use_empty()) {
3423     AI.eraseFromParent();
3424     return true;
3425   }
3426
3427   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3428   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3429       DL->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3430     return false;
3431
3432   bool Changed = false;
3433
3434   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3435   // better splitting and promotion opportunities.
3436   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*DL);
3437   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3438
3439   // Build the slices using a recursive instruction-visiting builder.
3440   AllocaSlices S(*DL, AI);
3441   DEBUG(S.print(dbgs()));
3442   if (S.isEscaped())
3443     return Changed;
3444
3445   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3446   for (AllocaSlices::dead_user_iterator DI = S.dead_user_begin(),
3447                                         DE = S.dead_user_end();
3448        DI != DE; ++DI) {
3449     // Free up everything used by this instruction.
3450     for (User::op_iterator DOI = (*DI)->op_begin(), DOE = (*DI)->op_end();
3451          DOI != DOE; ++DOI)
3452       clobberUse(*DOI);
3453
3454     // Now replace the uses of this instruction.
3455     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
3456
3457     // And mark it for deletion.
3458     DeadInsts.insert(*DI);
3459     Changed = true;
3460   }
3461   for (AllocaSlices::dead_op_iterator DO = S.dead_op_begin(),
3462                                       DE = S.dead_op_end();
3463        DO != DE; ++DO) {
3464     clobberUse(**DO);
3465     Changed = true;
3466   }
3467
3468   // No slices to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3469   if (S.begin() == S.end())
3470     return Changed;
3471
3472   Changed |= splitAlloca(AI, S);
3473
3474   DEBUG(dbgs() << "  Speculating PHIs\n");
3475   while (!SpeculatablePHIs.empty())
3476     speculatePHINodeLoads(*SpeculatablePHIs.pop_back_val());
3477
3478   DEBUG(dbgs() << "  Speculating Selects\n");
3479   while (!SpeculatableSelects.empty())
3480     speculateSelectInstLoads(*SpeculatableSelects.pop_back_val());
3481
3482   return Changed;
3483 }
3484
3485 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3486 ///
3487 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3488 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3489 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3490 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3491 ///
3492 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3493 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3494 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst*, 4> &DeletedAllocas) {
3495   while (!DeadInsts.empty()) {
3496     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3497     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3498
3499     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
3500
3501     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
3502       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
3503         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3504         *OI = 0;
3505         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3506           DeadInsts.insert(U);
3507       }
3508
3509     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3510       DeletedAllocas.insert(AI);
3511
3512     ++NumDeleted;
3513     I->eraseFromParent();
3514   }
3515 }
3516
3517 static void enqueueUsersInWorklist(Instruction &I,
3518                                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist,
3519                                    SmallPtrSet<Instruction *, 8> &Visited) {
3520   for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
3521        ++UI)
3522     if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
3523       Worklist.push_back(cast<Instruction>(*UI));
3524 }
3525
3526 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3527 ///
3528 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3529 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3530 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3531 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3532 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3533 /// promotion occurred.
3534 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3535   if (PromotableAllocas.empty())
3536     return false;
3537
3538   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3539
3540   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3541     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3542     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT);
3543     PromotableAllocas.clear();
3544     return true;
3545   }
3546
3547   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3548   SSAUpdater SSA;
3549   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3550   SmallVector<Instruction *, 64> Insts;
3551
3552   // We need a worklist to walk the uses of each alloca.
3553   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
3554   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3555   SmallVector<Instruction *, 32> DeadInsts;
3556
3557   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3558     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3559     Insts.clear();
3560     Worklist.clear();
3561     Visited.clear();
3562
3563     enqueueUsersInWorklist(*AI, Worklist, Visited);
3564
3565     while (!Worklist.empty()) {
3566       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3567
3568       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3569       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3570       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3571       // scalar values produced.
3572       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3573         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3574                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3575         II->eraseFromParent();
3576         continue;
3577       }
3578
3579       // Push the loads and stores we find onto the list. SROA will already
3580       // have validated that all loads and stores are viable candidates for
3581       // promotion.
3582       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3583         assert(LI->getType() == AI->getAllocatedType());
3584         Insts.push_back(LI);
3585         continue;
3586       }
3587       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
3588         assert(SI->getValueOperand()->getType() == AI->getAllocatedType());
3589         Insts.push_back(SI);
3590         continue;
3591       }
3592
3593       // For everything else, we know that only no-op bitcasts and GEPs will
3594       // make it this far, just recurse through them and recall them for later
3595       // removal.
3596       DeadInsts.push_back(I);
3597       enqueueUsersInWorklist(*I, Worklist, Visited);
3598     }
3599     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3600     while (!DeadInsts.empty())
3601       DeadInsts.pop_back_val()->eraseFromParent();
3602     AI->eraseFromParent();
3603   }
3604
3605   PromotableAllocas.clear();
3606   return true;
3607 }
3608
3609 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3610   if (skipOptnoneFunction(F))
3611     return false;
3612
3613   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3614   C = &F.getContext();
3615   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
3616   if (!DLP) {
3617     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3618     return false;
3619   }
3620   DL = &DLP->getDataLayout();
3621   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
3622       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
3623   DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : 0;
3624
3625   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3626   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = std::prev(EntryBB.end());
3627        I != E; ++I)
3628     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3629       Worklist.insert(AI);
3630
3631   bool Changed = false;
3632   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3633   // the list of promotable allocas.
3634   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3635
3636   do {
3637     while (!Worklist.empty()) {
3638       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3639       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3640
3641       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3642       // continue processing them.
3643       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3644         std::function<bool(AllocaInst *)> IsInSet = [&](AllocaInst *AI) {
3645           return DeletedAllocas.count(AI);
3646         };
3647         Worklist.remove_if(IsInSet);
3648         PostPromotionWorklist.remove_if(IsInSet);
3649         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3650                                                PromotableAllocas.end(),
3651                                                IsInSet),
3652                                 PromotableAllocas.end());
3653         DeletedAllocas.clear();
3654       }
3655     }
3656
3657     Changed |= promoteAllocas(F);
3658
3659     Worklist = PostPromotionWorklist;
3660     PostPromotionWorklist.clear();
3661   } while (!Worklist.empty());
3662
3663   return Changed;
3664 }
3665
3666 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3667   if (RequiresDomTree)
3668     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
3669   AU.setPreservesCFG();
3670 }