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