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