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