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