IR: Split Metadata from Value
[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 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
27 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
28 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
31 #include "llvm/Analysis/AssumptionTracker.h"
32 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
33 #include "llvm/Analysis/PtrUseVisitor.h"
34 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
35 #include "llvm/IR/Constants.h"
36 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
37 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
38 #include "llvm/IR/DebugInfo.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/InstVisitor.h"
44 #include "llvm/IR/Instructions.h"
45 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
46 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
47 #include "llvm/IR/Operator.h"
48 #include "llvm/Pass.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Compiler.h"
51 #include "llvm/Support/Debug.h"
52 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
53 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
54 #include "llvm/Support/TimeValue.h"
55 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
58 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
59
60 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
61 // We only use this for a debug check in C++11
62 #include <random>
63 #endif
64
65 using namespace llvm;
66
67 #define DEBUG_TYPE "sroa"
68
69 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
70 STATISTIC(NumAllocaPartitions, "Number of alloca partitions formed");
71 STATISTIC(MaxPartitionsPerAlloca, "Maximum number of partitions per alloca");
72 STATISTIC(NumAllocaPartitionUses, "Number of alloca partition uses rewritten");
73 STATISTIC(MaxUsesPerAllocaPartition, "Maximum number of uses of a partition");
74 STATISTIC(NumNewAllocas, "Number of new, smaller allocas introduced");
75 STATISTIC(NumPromoted, "Number of allocas promoted to SSA values");
76 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
77 STATISTIC(NumDeleted, "Number of instructions deleted");
78 STATISTIC(NumVectorized, "Number of vectorized aggregates");
79
80 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
81 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
82 static cl::opt<bool>
83 ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false), cl::Hidden);
84
85 /// Hidden option to enable randomly shuffling the slices to help uncover
86 /// instability in their order.
87 static cl::opt<bool> SROARandomShuffleSlices("sroa-random-shuffle-slices",
88                                              cl::init(false), cl::Hidden);
89
90 /// Hidden option to experiment with completely strict handling of inbounds
91 /// GEPs.
92 static cl::opt<bool> SROAStrictInbounds("sroa-strict-inbounds",
93                                         cl::init(false), cl::Hidden);
94
95 namespace {
96 /// \brief A custom IRBuilder inserter which prefixes all names if they are
97 /// preserved.
98 template <bool preserveNames = true>
99 class IRBuilderPrefixedInserter :
100     public IRBuilderDefaultInserter<preserveNames> {
101   std::string Prefix;
102
103 public:
104   void SetNamePrefix(const Twine &P) { Prefix = P.str(); }
105
106 protected:
107   void InsertHelper(Instruction *I, const Twine &Name, BasicBlock *BB,
108                     BasicBlock::iterator InsertPt) const {
109     IRBuilderDefaultInserter<preserveNames>::InsertHelper(
110         I, Name.isTriviallyEmpty() ? Name : Prefix + Name, BB, InsertPt);
111   }
112 };
113
114 // Specialization for not preserving the name is trivial.
115 template <>
116 class IRBuilderPrefixedInserter<false> :
117     public IRBuilderDefaultInserter<false> {
118 public:
119   void SetNamePrefix(const Twine &P) {}
120 };
121
122 /// \brief Provide a typedef for IRBuilder that drops names in release builds.
123 #ifndef NDEBUG
124 typedef llvm::IRBuilder<true, ConstantFolder,
125                         IRBuilderPrefixedInserter<true> > IRBuilderTy;
126 #else
127 typedef llvm::IRBuilder<false, ConstantFolder,
128                         IRBuilderPrefixedInserter<false> > IRBuilderTy;
129 #endif
130 }
131
132 namespace {
133 /// \brief A used slice of an alloca.
134 ///
135 /// This structure represents a slice of an alloca used by some instruction. It
136 /// stores both the begin and end offsets of this use, a pointer to the use
137 /// itself, and a flag indicating whether we can classify the use as splittable
138 /// or not when forming partitions of the alloca.
139 class Slice {
140   /// \brief The beginning offset of the range.
141   uint64_t BeginOffset;
142
143   /// \brief The ending offset, not included in the range.
144   uint64_t EndOffset;
145
146   /// \brief Storage for both the use of this slice and whether it can be
147   /// split.
148   PointerIntPair<Use *, 1, bool> UseAndIsSplittable;
149
150 public:
151   Slice() : BeginOffset(), EndOffset() {}
152   Slice(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U, bool IsSplittable)
153       : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset),
154         UseAndIsSplittable(U, IsSplittable) {}
155
156   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
157   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
158
159   bool isSplittable() const { return UseAndIsSplittable.getInt(); }
160   void makeUnsplittable() { UseAndIsSplittable.setInt(false); }
161
162   Use *getUse() const { return UseAndIsSplittable.getPointer(); }
163
164   bool isDead() const { return getUse() == nullptr; }
165   void kill() { UseAndIsSplittable.setPointer(nullptr); }
166
167   /// \brief Support for ordering ranges.
168   ///
169   /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
170   /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
171   /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
172   /// same start position.
173   bool operator<(const Slice &RHS) const {
174     if (beginOffset() < RHS.beginOffset()) return true;
175     if (beginOffset() > RHS.beginOffset()) return false;
176     if (isSplittable() != RHS.isSplittable()) return !isSplittable();
177     if (endOffset() > RHS.endOffset()) return true;
178     return false;
179   }
180
181   /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
182   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(const Slice &LHS,
183                                               uint64_t RHSOffset) {
184     return LHS.beginOffset() < RHSOffset;
185   }
186   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
187                                               const Slice &RHS) {
188     return LHSOffset < RHS.beginOffset();
189   }
190
191   bool operator==(const Slice &RHS) const {
192     return isSplittable() == RHS.isSplittable() &&
193            beginOffset() == RHS.beginOffset() && endOffset() == RHS.endOffset();
194   }
195   bool operator!=(const Slice &RHS) const { return !operator==(RHS); }
196 };
197 } // end anonymous namespace
198
199 namespace llvm {
200 template <typename T> struct isPodLike;
201 template <> struct isPodLike<Slice> {
202    static const bool value = true;
203 };
204 }
205
206 namespace {
207 /// \brief Representation of the alloca slices.
208 ///
209 /// This class represents the slices of an alloca which are formed by its
210 /// various uses. If a pointer escapes, we can't fully build a representation
211 /// for the slices used and we reflect that in this structure. The uses are
212 /// stored, sorted by increasing beginning offset and with unsplittable slices
213 /// starting at a particular offset before splittable slices.
214 class AllocaSlices {
215 public:
216   /// \brief Construct the slices of a particular alloca.
217   AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI);
218
219   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
220   ///
221   /// If this is true, the slices are never fully built and should be
222   /// ignored.
223   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
224
225   /// \brief Support for iterating over the slices.
226   /// @{
227   typedef SmallVectorImpl<Slice>::iterator iterator;
228   typedef iterator_range<iterator> range;
229   iterator begin() { return Slices.begin(); }
230   iterator end() { return Slices.end(); }
231
232   typedef SmallVectorImpl<Slice>::const_iterator const_iterator;
233   typedef iterator_range<const_iterator> const_range;
234   const_iterator begin() const { return Slices.begin(); }
235   const_iterator end() const { return Slices.end(); }
236   /// @}
237
238   /// \brief Access the dead users for this alloca.
239   ArrayRef<Instruction *> getDeadUsers() const { return DeadUsers; }
240
241   /// \brief Access the dead operands referring to this alloca.
242   ///
243   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
244   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
245   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
246   /// need to replace with undef.
247   ArrayRef<Use *> getDeadOperands() const { return DeadOperands; }
248
249 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
250   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
251   void printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
252                   StringRef Indent = "  ") const;
253   void printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
254                 StringRef Indent = "  ") const;
255   void print(raw_ostream &OS) const;
256   void dump(const_iterator I) const;
257   void dump() const;
258 #endif
259
260 private:
261   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
262   class SliceBuilder;
263   friend class AllocaSlices::SliceBuilder;
264
265 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
266   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
267   AllocaInst &AI;
268 #endif
269
270   /// \brief The instruction responsible for this alloca not having a known set
271   /// of slices.
272   ///
273   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
274   /// store a pointer to that here and abort trying to form slices of the
275   /// alloca. This will be null if the alloca slices are analyzed successfully.
276   Instruction *PointerEscapingInstr;
277
278   /// \brief The slices of the alloca.
279   ///
280   /// We store a vector of the slices formed by uses of the alloca here. This
281   /// vector is sorted by increasing begin offset, and then the unsplittable
282   /// slices before the splittable ones. See the Slice inner class for more
283   /// details.
284   SmallVector<Slice, 8> Slices;
285
286   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
287   ///
288   /// Note that these are not separated by slice. This is because we expect an
289   /// alloca to be completely rewritten or not rewritten at all. If rewritten,
290   /// all these instructions can simply be removed and replaced with undef as
291   /// they come from outside of the allocated space.
292   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
293
294   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
295   ///
296   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
297   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
298   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
299   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
300   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
301   /// the alloca.
302   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
303 };
304 }
305
306 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
307   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
308   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
309   // early on.
310   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
311     return SI.getOperand(1+CI->isZero());
312   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
313     return SI.getOperand(1);
314
315   return nullptr;
316 }
317
318 /// \brief A helper that folds a PHI node or a select.
319 static Value *foldPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
320   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
321     // If PN merges together the same value, return that value.
322     return PN->hasConstantValue();
323   }
324   return foldSelectInst(cast<SelectInst>(I));
325 }
326
327 /// \brief Builder for the alloca slices.
328 ///
329 /// This class builds a set of alloca slices by recursively visiting the uses
330 /// of an alloca and making a slice for each load and store at each offset.
331 class AllocaSlices::SliceBuilder : public PtrUseVisitor<SliceBuilder> {
332   friend class PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
333   friend class InstVisitor<SliceBuilder>;
334   typedef PtrUseVisitor<SliceBuilder> Base;
335
336   const uint64_t AllocSize;
337   AllocaSlices &AS;
338
339   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferSliceMap;
340   SmallDenseMap<Instruction *, uint64_t> PHIOrSelectSizes;
341
342   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
343   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
344
345 public:
346   SliceBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS)
347       : PtrUseVisitor<SliceBuilder>(DL),
348         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())), AS(AS) {}
349
350 private:
351   void markAsDead(Instruction &I) {
352     if (VisitedDeadInsts.insert(&I).second)
353       AS.DeadUsers.push_back(&I);
354   }
355
356   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
357                  bool IsSplittable = false) {
358     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
359     // past the end of the allocation.
360     if (Size == 0 || Offset.uge(AllocSize)) {
361       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
362                    << " which has zero size or starts outside of the "
363                    << AllocSize << " byte alloca:\n"
364                    << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
365                    << "       use: " << I << "\n");
366       return markAsDead(I);
367     }
368
369     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
370     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
371
372     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
373     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
374     // This may appear superficially to be something we could ignore entirely,
375     // but that is not so! There may be widened loads or PHI-node uses where
376     // some instructions are dead but not others. We can't completely ignore
377     // them, and so have to record at least the information here.
378     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
379     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
380       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
381                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
382                    << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
383                    << "       use: " << I << "\n");
384       EndOffset = AllocSize;
385     }
386
387     AS.Slices.push_back(Slice(BeginOffset, EndOffset, U, IsSplittable));
388   }
389
390   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
391     if (BC.use_empty())
392       return markAsDead(BC);
393
394     return Base::visitBitCastInst(BC);
395   }
396
397   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
398     if (GEPI.use_empty())
399       return markAsDead(GEPI);
400
401     if (SROAStrictInbounds && GEPI.isInBounds()) {
402       // FIXME: This is a manually un-factored variant of the basic code inside
403       // of GEPs with checking of the inbounds invariant specified in the
404       // langref in a very strict sense. If we ever want to enable
405       // SROAStrictInbounds, this code should be factored cleanly into
406       // PtrUseVisitor, but it is easier to experiment with SROAStrictInbounds
407       // by writing out the code here where we have tho underlying allocation
408       // size readily available.
409       APInt GEPOffset = Offset;
410       for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI),
411                              GTE = gep_type_end(GEPI);
412            GTI != GTE; ++GTI) {
413         ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
414         if (!OpC)
415           break;
416
417         // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
418         if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
419           unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
420           const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
421           GEPOffset +=
422               APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(ElementIdx));
423         } else {
424           // For array or vector indices, scale the index by the size of the type.
425           APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth());
426           GEPOffset += Index * APInt(Offset.getBitWidth(),
427                                      DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
428         }
429
430         // If this index has computed an intermediate pointer which is not
431         // inbounds, then the result of the GEP is a poison value and we can
432         // delete it and all uses.
433         if (GEPOffset.ugt(AllocSize))
434           return markAsDead(GEPI);
435       }
436     }
437
438     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
439   }
440
441   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
442                          uint64_t Size, bool IsVolatile) {
443     // We allow splitting of loads and stores where the type is an integer type
444     // and cover the entire alloca. This prevents us from splitting over
445     // eagerly.
446     // FIXME: In the great blue eventually, we should eagerly split all integer
447     // loads and stores, and then have a separate step that merges adjacent
448     // alloca partitions into a single partition suitable for integer widening.
449     // Or we should skip the merge step and rely on GVN and other passes to
450     // merge adjacent loads and stores that survive mem2reg.
451     bool IsSplittable =
452         Ty->isIntegerTy() && !IsVolatile && Offset == 0 && Size >= AllocSize;
453
454     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
455   }
456
457   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
458     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
459            "All simple FCA loads should have been pre-split");
460
461     if (!IsOffsetKnown)
462       return PI.setAborted(&LI);
463
464     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI.getType());
465     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, Size, LI.isVolatile());
466   }
467
468   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
469     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
470     if (ValOp == *U)
471       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
472     if (!IsOffsetKnown)
473       return PI.setAborted(&SI);
474
475     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(ValOp->getType());
476
477     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
478     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
479     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
480     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
481     // risk of overflow.
482     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
483     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
484     if (Size > AllocSize || Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
485       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte store @" << Offset
486                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
487                    << " byte alloca:\n"
488                    << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
489                    << "       use: " << SI << "\n");
490       return markAsDead(SI);
491     }
492
493     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
494            "All simple FCA stores should have been pre-split");
495     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, Size, SI.isVolatile());
496   }
497
498
499   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
500     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
501     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
502     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
503         (IsOffsetKnown && Offset.uge(AllocSize)))
504       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
505       return markAsDead(II);
506
507     if (!IsOffsetKnown)
508       return PI.setAborted(&II);
509
510     insertUse(II, Offset,
511               Length ? Length->getLimitedValue()
512                      : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
513               (bool)Length);
514   }
515
516   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
517     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
518     if (Length && Length->getValue() == 0)
519       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
520       return markAsDead(II);
521
522     // Because we can visit these intrinsics twice, also check to see if the
523     // first time marked this instruction as dead. If so, skip it.
524     if (VisitedDeadInsts.count(&II))
525       return;
526
527     if (!IsOffsetKnown)
528       return PI.setAborted(&II);
529
530     // This side of the transfer is completely out-of-bounds, and so we can
531     // nuke the entire transfer. However, we also need to nuke the other side
532     // if already added to our partitions.
533     // FIXME: Yet another place we really should bypass this when
534     // instrumenting for ASan.
535     if (Offset.uge(AllocSize)) {
536       SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI = MemTransferSliceMap.find(&II);
537       if (MTPI != MemTransferSliceMap.end())
538         AS.Slices[MTPI->second].kill();
539       return markAsDead(II);
540     }
541
542     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
543     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue()
544                            : AllocSize - RawOffset;
545
546     // Check for the special case where the same exact value is used for both
547     // source and dest.
548     if (*U == II.getRawDest() && *U == II.getRawSource()) {
549       // For non-volatile transfers this is a no-op.
550       if (!II.isVolatile())
551         return markAsDead(II);
552
553       return insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/false);
554     }
555
556     // If we have seen both source and destination for a mem transfer, then
557     // they both point to the same alloca.
558     bool Inserted;
559     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI;
560     std::tie(MTPI, Inserted) =
561         MemTransferSliceMap.insert(std::make_pair(&II, AS.Slices.size()));
562     unsigned PrevIdx = MTPI->second;
563     if (!Inserted) {
564       Slice &PrevP = AS.Slices[PrevIdx];
565
566       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
567       // In that case, we can completely elide the transfer.
568       if (!II.isVolatile() && PrevP.beginOffset() == RawOffset) {
569         PrevP.kill();
570         return markAsDead(II);
571       }
572
573       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
574       // split those.
575       PrevP.makeUnsplittable();
576     }
577
578     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
579     insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/Inserted && Length);
580
581     // Check that we ended up with a valid index in the map.
582     assert(AS.Slices[PrevIdx].getUse()->getUser() == &II &&
583            "Map index doesn't point back to a slice with this user.");
584   }
585
586   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
587   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
588   // doesn't make sense.
589   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
590     if (!IsOffsetKnown)
591       return PI.setAborted(&II);
592
593     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
594         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
595       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
596       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
597                                Length->getLimitedValue());
598       insertUse(II, Offset, Size, true);
599       return;
600     }
601
602     Base::visitIntrinsicInst(II);
603   }
604
605   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
606     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
607     // the same offset to be a viable use for slicing purposes. These uses
608     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
609     // size.
610     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
611     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
612     Visited.insert(Root);
613     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
614     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
615     // a size zero access.
616     Size = 0;
617     do {
618       Instruction *I, *UsedI;
619       std::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
620
621       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
622         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(LI->getType()));
623         continue;
624       }
625       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
626         Value *Op = SI->getOperand(0);
627         if (Op == UsedI)
628           return SI;
629         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(Op->getType()));
630         continue;
631       }
632
633       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
634         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
635           return GEP;
636       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
637                  !isa<SelectInst>(I)) {
638         return I;
639       }
640
641       for (User *U : I->users())
642         if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)).second)
643           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(U)));
644     } while (!Uses.empty());
645
646     return nullptr;
647   }
648
649   void visitPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
650     assert(isa<PHINode>(I) || isa<SelectInst>(I));
651     if (I.use_empty())
652       return markAsDead(I);
653
654     // TODO: We could use SimplifyInstruction here to fold PHINodes and
655     // SelectInsts. However, doing so requires to change the current
656     // dead-operand-tracking mechanism. For instance, suppose neither loading
657     // from %U nor %other traps. Then "load (select undef, %U, %other)" does not
658     // trap either.  However, if we simply replace %U with undef using the
659     // current dead-operand-tracking mechanism, "load (select undef, undef,
660     // %other)" may trap because the select may return the first operand
661     // "undef".
662     if (Value *Result = foldPHINodeOrSelectInst(I)) {
663       if (Result == *U)
664         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
665         // through the PHI/select as if we had RAUW'ed it.
666         enqueueUsers(I);
667       else
668         // Otherwise the operand to the PHI/select is dead, and we can replace
669         // it with undef.
670         AS.DeadOperands.push_back(U);
671
672       return;
673     }
674
675     if (!IsOffsetKnown)
676       return PI.setAborted(&I);
677
678     // See if we already have computed info on this node.
679     uint64_t &Size = PHIOrSelectSizes[&I];
680     if (!Size) {
681       // This is a new PHI/Select, check for an unsafe use of it.
682       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&I, Size))
683         return PI.setAborted(UnsafeI);
684     }
685
686     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
687     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
688     // case them here and use a separate structure to track the operands
689     // themselves which should be replaced with undef.
690     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
691     // for address sanitization.
692     if (Offset.uge(AllocSize)) {
693       AS.DeadOperands.push_back(U);
694       return;
695     }
696
697     insertUse(I, Offset, Size);
698   }
699
700   void visitPHINode(PHINode &PN) {
701     visitPHINodeOrSelectInst(PN);
702   }
703
704   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
705     visitPHINodeOrSelectInst(SI);
706   }
707
708   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
709   void visitInstruction(Instruction &I) {
710     PI.setAborted(&I);
711   }
712 };
713
714 AllocaSlices::AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI)
715     :
716 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
717       AI(AI),
718 #endif
719       PointerEscapingInstr(nullptr) {
720   SliceBuilder PB(DL, AI, *this);
721   SliceBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
722   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
723     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
724     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaSlices.
725     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
726                                                   : PtrI.getAbortingInst();
727     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
728     return;
729   }
730
731   Slices.erase(std::remove_if(Slices.begin(), Slices.end(),
732                               std::mem_fun_ref(&Slice::isDead)),
733                Slices.end());
734
735 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
736   if (SROARandomShuffleSlices) {
737     std::mt19937 MT(static_cast<unsigned>(sys::TimeValue::now().msec()));
738     std::shuffle(Slices.begin(), Slices.end(), MT);
739   }
740 #endif
741
742   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
743   // and the sizes to be in descending order.
744   std::sort(Slices.begin(), Slices.end());
745 }
746
747 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
748
749 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
750                          StringRef Indent) const {
751   printSlice(OS, I, Indent);
752   printUse(OS, I, Indent);
753 }
754
755 void AllocaSlices::printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
756                               StringRef Indent) const {
757   OS << Indent << "[" << I->beginOffset() << "," << I->endOffset() << ")"
758      << " slice #" << (I - begin())
759      << (I->isSplittable() ? " (splittable)" : "") << "\n";
760 }
761
762 void AllocaSlices::printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
763                             StringRef Indent) const {
764   OS << Indent << "  used by: " << *I->getUse()->getUser() << "\n";
765 }
766
767 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS) const {
768   if (PointerEscapingInstr) {
769     OS << "Can't analyze slices for alloca: " << AI << "\n"
770        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
771        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
772     return;
773   }
774
775   OS << "Slices of alloca: " << AI << "\n";
776   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
777     print(OS, I);
778 }
779
780 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump(const_iterator I) const {
781   print(dbgs(), I);
782 }
783 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump() const { print(dbgs()); }
784
785 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
786
787 namespace {
788 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
789 ///
790 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
791 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
792 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
793 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
794 /// scalar values.
795 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
796   AllocaInst &AI;
797   DIBuilder &DIB;
798
799   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
800   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
801
802 public:
803   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction *> &Insts, SSAUpdater &S,
804                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
805       : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
806
807   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
808     // Retain the debug information attached to the alloca for use when
809     // rewriting loads and stores.
810     if (auto *L = LocalAsMetadata::getIfExists(&AI)) {
811       if (auto *DebugNode = MetadataAsValue::getIfExists(AI.getContext(), L)) {
812         for (User *U : DebugNode->users())
813           if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(U))
814             DDIs.push_back(DDI);
815           else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(U))
816             DVIs.push_back(DVI);
817       }
818     }
819
820     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
821
822     // While we have the debug information, clear it off of the alloca. The
823     // caller takes care of deleting the alloca.
824     while (!DDIs.empty())
825       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
826     while (!DVIs.empty())
827       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
828   }
829
830   bool isInstInList(Instruction *I,
831                     const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const override {
832     Value *Ptr;
833     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
834       Ptr = LI->getOperand(0);
835     else
836       Ptr = cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
837
838     // Only used to detect cycles, which will be rare and quickly found as
839     // we're walking up a chain of defs rather than down through uses.
840     SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
841
842     do {
843       if (Ptr == &AI)
844         return true;
845
846       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Ptr))
847         Ptr = BCI->getOperand(0);
848       else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
849         Ptr = GEPI->getPointerOperand();
850       else
851         return false;
852
853     } while (Visited.insert(Ptr).second);
854
855     return false;
856   }
857
858   void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const override {
859     for (DbgDeclareInst *DDI : DDIs)
860       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
861         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
862       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
863         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
864     for (DbgValueInst *DVI : DVIs) {
865       Value *Arg = nullptr;
866       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
867         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
868         // may be zapped by an optimization pass in future.
869         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
870           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
871         else if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
872           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
873         if (!Arg)
874           Arg = SI->getValueOperand();
875       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
876         Arg = LI->getPointerOperand();
877       } else {
878         continue;
879       }
880       Instruction *DbgVal =
881           DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
882                                       DIExpression(DVI->getExpression()), Inst);
883       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
884     }
885   }
886 };
887 } // end anon namespace
888
889
890 namespace {
891 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
892 ///
893 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
894 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
895 /// a few steps to this process.
896 ///
897 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
898 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
899 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
900 ///    as necessary and try to isolate individual scalar accesses.
901 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
902 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
903 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
904 ///    select to be a PHI or select of the results.
905 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
906 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
907 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
908 ///    SSA vector values.
909 class SROA : public FunctionPass {
910   const bool RequiresDomTree;
911
912   LLVMContext *C;
913   const DataLayout *DL;
914   DominatorTree *DT;
915   AssumptionTracker *AT;
916
917   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
918   ///
919   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
920   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
921   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
922   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
923   /// already present to ensure it is re-visited.
924   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
925
926   /// \brief A collection of instructions to delete.
927   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
928   /// efficient.
929   SetVector<Instruction *, SmallVector<Instruction *, 8> > DeadInsts;
930
931   /// \brief Post-promotion worklist.
932   ///
933   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
934   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
935   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
936   ///
937   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
938   /// the event they are deleted.
939   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
940
941   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
942   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
943
944   /// \brief A worklist of PHIs to speculate prior to promoting allocas.
945   ///
946   /// All of these PHIs have been checked for the safety of speculation and by
947   /// being speculated will allow promoting allocas currently in the promotable
948   /// queue.
949   SetVector<PHINode *, SmallVector<PHINode *, 2> > SpeculatablePHIs;
950
951   /// \brief A worklist of select instructions to speculate prior to promoting
952   /// allocas.
953   ///
954   /// All of these select instructions have been checked for the safety of
955   /// speculation and by being speculated will allow promoting allocas
956   /// currently in the promotable queue.
957   SetVector<SelectInst *, SmallVector<SelectInst *, 2> > SpeculatableSelects;
958
959 public:
960   SROA(bool RequiresDomTree = true)
961       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
962         C(nullptr), DL(nullptr), DT(nullptr) {
963     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
964   }
965   bool runOnFunction(Function &F) override;
966   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
967
968   const char *getPassName() const override { return "SROA"; }
969   static char ID;
970
971 private:
972   friend class PHIOrSelectSpeculator;
973   friend class AllocaSliceRewriter;
974
975   bool rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS,
976                         AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
977                         int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
978                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses);
979   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS);
980   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
981   void clobberUse(Use &U);
982   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSetImpl<AllocaInst *> &DeletedAllocas);
983   bool promoteAllocas(Function &F);
984 };
985 }
986
987 char SROA::ID = 0;
988
989 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
990   return new SROA(RequiresDomTree);
991 }
992
993 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
994                       false, false)
995 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionTracker)
996 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
997 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
998                     false, false)
999
1000 /// Walk the range of a partitioning looking for a common type to cover this
1001 /// sequence of slices.
1002 static Type *findCommonType(AllocaSlices::const_iterator B,
1003                             AllocaSlices::const_iterator E,
1004                             uint64_t EndOffset) {
1005   Type *Ty = nullptr;
1006   bool TyIsCommon = true;
1007   IntegerType *ITy = nullptr;
1008
1009   // Note that we need to look at *every* alloca slice's Use to ensure we
1010   // always get consistent results regardless of the order of slices.
1011   for (AllocaSlices::const_iterator I = B; I != E; ++I) {
1012     Use *U = I->getUse();
1013     if (isa<IntrinsicInst>(*U->getUser()))
1014       continue;
1015     if (I->beginOffset() != B->beginOffset() || I->endOffset() != EndOffset)
1016       continue;
1017
1018     Type *UserTy = nullptr;
1019     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1020       UserTy = LI->getType();
1021     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1022       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1023     }
1024
1025     if (IntegerType *UserITy = dyn_cast_or_null<IntegerType>(UserTy)) {
1026       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
1027       // this for split integer operations where we want to use the type of the
1028       // entity causing the split. Also skip if the type is not a byte width
1029       // multiple.
1030       if (UserITy->getBitWidth() % 8 != 0 ||
1031           UserITy->getBitWidth() / 8 > (EndOffset - B->beginOffset()))
1032         continue;
1033
1034       // Track the largest bitwidth integer type used in this way in case there
1035       // is no common type.
1036       if (!ITy || ITy->getBitWidth() < UserITy->getBitWidth())
1037         ITy = UserITy;
1038     }
1039
1040     // To avoid depending on the order of slices, Ty and TyIsCommon must not
1041     // depend on types skipped above.
1042     if (!UserTy || (Ty && Ty != UserTy))
1043       TyIsCommon = false; // Give up on anything but an iN type.
1044     else
1045       Ty = UserTy;
1046   }
1047
1048   return TyIsCommon ? Ty : ITy;
1049 }
1050
1051 /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1052 /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1053 /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1054 /// From this:
1055 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1056 ///   %V = load i32* %P2
1057 /// to:
1058 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1059 ///   ...
1060 ///   %V2 = load i32* %Other
1061 ///   ...
1062 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1063 ///
1064 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1065 /// to the select can be loaded unconditionally.
1066 ///
1067 /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1068 /// Transforms/Util/Local.h
1069 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN,
1070                                  const DataLayout *DL = nullptr) {
1071   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1072   // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1073   // TODO: Allow recursive phi users.
1074   // TODO: Allow stores.
1075   BasicBlock *BB = PN.getParent();
1076   unsigned MaxAlign = 0;
1077   bool HaveLoad = false;
1078   for (User *U : PN.users()) {
1079     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1080     if (!LI || !LI->isSimple())
1081       return false;
1082
1083     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1084     // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1085     // a PHI.
1086     if (LI->getParent() != BB)
1087       return false;
1088
1089     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1090     // could store.
1091     for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1092       if (BBI->mayWriteToMemory())
1093         return false;
1094
1095     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1096     HaveLoad = true;
1097   }
1098
1099   if (!HaveLoad)
1100     return false;
1101
1102   // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1103   // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1104   // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1105   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1106     TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1107     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1108
1109     // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1110     // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1111     // in the predecessor.
1112     if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1113       return false;
1114
1115     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1116     // critical.
1117     if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1118       continue;
1119
1120     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1121     // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1122     // block.
1123     if (InVal->isDereferenceablePointer(DL) ||
1124         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, DL))
1125       continue;
1126
1127     return false;
1128   }
1129
1130   return true;
1131 }
1132
1133 static void speculatePHINodeLoads(PHINode &PN) {
1134   DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1135
1136   Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1137   IRBuilderTy PHIBuilder(&PN);
1138   PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1139                                         PN.getName() + ".sroa.speculated");
1140
1141   // Get the AA tags and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1142   // matter which one we get and if any differ.
1143   LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1144
1145   AAMDNodes AATags;
1146   SomeLoad->getAAMetadata(AATags);
1147   unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1148
1149   // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1150   while (!PN.use_empty()) {
1151     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1152     LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1153     LI->eraseFromParent();
1154   }
1155
1156   // Inject loads into all of the pred blocks.
1157   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1158     BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1159     TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1160     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1161     IRBuilderTy PredBuilder(TI);
1162
1163     LoadInst *Load = PredBuilder.CreateLoad(
1164         InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." + Pred->getName()));
1165     ++NumLoadsSpeculated;
1166     Load->setAlignment(Align);
1167     if (AATags)
1168       Load->setAAMetadata(AATags);
1169     NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1170   }
1171
1172   DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1173   PN.eraseFromParent();
1174 }
1175
1176 /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1177 /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1178 /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1179 /// From this:
1180 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1181 ///   %V = load i32* %P2
1182 /// to:
1183 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1184 ///   %V2 = load i32* %Other
1185 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1186 ///
1187 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1188 /// to the select can be loaded unconditionally.
1189 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
1190                                     const DataLayout *DL = nullptr) {
1191   Value *TValue = SI.getTrueValue();
1192   Value *FValue = SI.getFalseValue();
1193   bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer(DL);
1194   bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer(DL);
1195
1196   for (User *U : SI.users()) {
1197     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1198     if (!LI || !LI->isSimple())
1199       return false;
1200
1201     // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1202     // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1203     // accesses to it.
1204     if (!TDerefable &&
1205         !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1206       return false;
1207     if (!FDerefable &&
1208         !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1209       return false;
1210   }
1211
1212   return true;
1213 }
1214
1215 static void speculateSelectInstLoads(SelectInst &SI) {
1216   DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1217
1218   IRBuilderTy IRB(&SI);
1219   Value *TV = SI.getTrueValue();
1220   Value *FV = SI.getFalseValue();
1221   // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1222   while (!SI.use_empty()) {
1223     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI.user_back());
1224     assert(LI->isSimple() && "We only speculate simple loads");
1225
1226     IRB.SetInsertPoint(LI);
1227     LoadInst *TL =
1228         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1229     LoadInst *FL =
1230         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1231     NumLoadsSpeculated += 2;
1232
1233     // Transfer alignment and AA info if present.
1234     TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1235     FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1236
1237     AAMDNodes Tags;
1238     LI->getAAMetadata(Tags);
1239     if (Tags) {
1240       TL->setAAMetadata(Tags);
1241       FL->setAAMetadata(Tags);
1242     }
1243
1244     Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1245                                 LI->getName() + ".sroa.speculated");
1246
1247     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1248     LI->replaceAllUsesWith(V);
1249     LI->eraseFromParent();
1250   }
1251   SI.eraseFromParent();
1252 }
1253
1254 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1255 ///
1256 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1257 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1258 static Value *buildGEP(IRBuilderTy &IRB, Value *BasePtr,
1259                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices, Twine NamePrefix) {
1260   if (Indices.empty())
1261     return BasePtr;
1262
1263   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1264   // in that case.
1265   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1266     return BasePtr;
1267
1268   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, NamePrefix + "sroa_idx");
1269 }
1270
1271 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1272 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1273 ///
1274 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1275 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1276 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1277 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1278 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1279 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1280 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1281                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1282                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1283                                     Twine NamePrefix) {
1284   if (Ty == TargetTy)
1285     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1286
1287   // Pointer size to use for the indices.
1288   unsigned PtrSize = DL.getPointerTypeSizeInBits(BasePtr->getType());
1289
1290   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1291   // type.
1292   unsigned NumLayers = 0;
1293   Type *ElementTy = Ty;
1294   do {
1295     if (ElementTy->isPointerTy())
1296       break;
1297
1298     if (ArrayType *ArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(ElementTy)) {
1299       ElementTy = ArrayTy->getElementType();
1300       Indices.push_back(IRB.getIntN(PtrSize, 0));
1301     } else if (VectorType *VectorTy = dyn_cast<VectorType>(ElementTy)) {
1302       ElementTy = VectorTy->getElementType();
1303       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1304     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1305       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1306         break; // Nothing left to descend into.
1307       ElementTy = *STy->element_begin();
1308       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1309     } else {
1310       break;
1311     }
1312     ++NumLayers;
1313   } while (ElementTy != TargetTy);
1314   if (ElementTy != TargetTy)
1315     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1316
1317   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1318 }
1319
1320 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1321 ///
1322 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1323 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1324 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1325                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1326                                        Type *TargetTy,
1327                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1328                                        Twine NamePrefix) {
1329   if (Offset == 0)
1330     return getNaturalGEPWithType(IRB, DL, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1331
1332   // We can't recurse through pointer types.
1333   if (Ty->isPointerTy())
1334     return nullptr;
1335
1336   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1337   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1338   // over a vector from the IR completely.
1339   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1340     unsigned ElementSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1341     if (ElementSizeInBits % 8 != 0) {
1342       // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1343       return nullptr;
1344     }
1345     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1346     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1347     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1348       return nullptr;
1349     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1350     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1351     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, VecTy->getElementType(),
1352                                     Offset, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1353   }
1354
1355   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1356     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1357     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1358     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1359     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1360       return nullptr;
1361
1362     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1363     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1364     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1365                                     Indices, NamePrefix);
1366   }
1367
1368   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1369   if (!STy)
1370     return nullptr;
1371
1372   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1373   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1374   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1375     return nullptr;
1376   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1377   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1378   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1379   if (Offset.uge(DL.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1380     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
1381
1382   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1383   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1384                                   Indices, NamePrefix);
1385 }
1386
1387 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1388 /// resulting in a particular type.
1389 ///
1390 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1391 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1392 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1393 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1394 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1395 ///
1396 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1397 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1398                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1399                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1400                                       Twine NamePrefix) {
1401   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1402
1403   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1404   // an i8.
1405   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy(Ty->getAddressSpace()) && TargetTy->isIntegerTy(8))
1406     return nullptr;
1407
1408   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1409   if (!ElementTy->isSized())
1410     return nullptr; // We can't GEP through an unsized element.
1411   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1412   if (ElementSize == 0)
1413     return nullptr; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1414   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1415
1416   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1417   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1418   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1419                                   Indices, NamePrefix);
1420 }
1421
1422 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1423 /// resulting pointer has PointerTy.
1424 ///
1425 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1426 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1427 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1428 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1429 /// bitcast to the type.
1430 ///
1431 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1432 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1433 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1434 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1435 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1436 /// surrounding code.
1437 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL, Value *Ptr,
1438                              APInt Offset, Type *PointerTy,
1439                              Twine NamePrefix) {
1440   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1441   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1442   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1443   Visited.insert(Ptr);
1444   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1445
1446   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1447   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1448   // fall back to it, so keep it around here.
1449   Value *OffsetPtr = nullptr;
1450
1451   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1452   // byte offset.
1453   Value *Int8Ptr = nullptr;
1454   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1455
1456   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1457
1458   do {
1459     // First fold any existing GEPs into the offset.
1460     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1461       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1462       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
1463         break;
1464       Offset += GEPOffset;
1465       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1466       if (!Visited.insert(Ptr).second)
1467         break;
1468     }
1469
1470     // See if we can perform a natural GEP here.
1471     Indices.clear();
1472     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, DL, Ptr, Offset, TargetTy,
1473                                            Indices, NamePrefix)) {
1474       if (P->getType() == PointerTy) {
1475         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1476         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1477           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1478             I->eraseFromParent();
1479         return P;
1480       }
1481       if (!OffsetPtr) {
1482         OffsetPtr = P;
1483       }
1484     }
1485
1486     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1487     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1488       Int8Ptr = Ptr;
1489       Int8PtrOffset = Offset;
1490     }
1491
1492     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1493     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1494       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1495     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1496       if (GA->mayBeOverridden())
1497         break;
1498       Ptr = GA->getAliasee();
1499     } else {
1500       break;
1501     }
1502     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1503   } while (Visited.insert(Ptr).second);
1504
1505   if (!OffsetPtr) {
1506     if (!Int8Ptr) {
1507       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(
1508           Ptr, IRB.getInt8PtrTy(PointerTy->getPointerAddressSpace()),
1509           NamePrefix + "sroa_raw_cast");
1510       Int8PtrOffset = Offset;
1511     }
1512
1513     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1514       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1515                             NamePrefix + "sroa_raw_idx");
1516   }
1517   Ptr = OffsetPtr;
1518
1519   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1520   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1521     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, NamePrefix + "sroa_cast");
1522
1523   return Ptr;
1524 }
1525
1526 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1527 ///
1528 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1529 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1530 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1531 /// underlying value, and convert that value.
1532 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1533   if (OldTy == NewTy)
1534     return true;
1535   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1536     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1537       if (NewITy->getBitWidth() >= OldITy->getBitWidth())
1538         return true;
1539   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1540     return false;
1541   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1542     return false;
1543
1544   // We can convert pointers to integers and vice-versa. Same for vectors
1545   // of pointers and integers.
1546   OldTy = OldTy->getScalarType();
1547   NewTy = NewTy->getScalarType();
1548   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1549     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
1550       return true;
1551     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
1552       return true;
1553     return false;
1554   }
1555
1556   return true;
1557 }
1558
1559 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1560 /// type.
1561 ///
1562 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1563 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1564 /// two types for viability with this routine.
1565 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1566                            Type *NewTy) {
1567   Type *OldTy = V->getType();
1568   assert(canConvertValue(DL, OldTy, NewTy) && "Value not convertable to type");
1569
1570   if (OldTy == NewTy)
1571     return V;
1572
1573   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1574     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1575       if (NewITy->getBitWidth() > OldITy->getBitWidth())
1576         return IRB.CreateZExt(V, NewITy);
1577
1578   // See if we need inttoptr for this type pair. A cast involving both scalars
1579   // and vectors requires and additional bitcast.
1580   if (OldTy->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1581       NewTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
1582     // Expand <2 x i32> to i8* --> <2 x i32> to i64 to i8*
1583     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1584       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1585                                 NewTy);
1586
1587     // Expand i128 to <2 x i8*> --> i128 to <2 x i64> to <2 x i8*>
1588     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1589       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1590                                 NewTy);
1591
1592     return IRB.CreateIntToPtr(V, NewTy);
1593   }
1594
1595   // See if we need ptrtoint for this type pair. A cast involving both scalars
1596   // and vectors requires and additional bitcast.
1597   if (OldTy->getScalarType()->isPointerTy() &&
1598       NewTy->getScalarType()->isIntegerTy()) {
1599     // Expand <2 x i8*> to i128 --> <2 x i8*> to <2 x i64> to i128
1600     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1601       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1602                                NewTy);
1603
1604     // Expand i8* to <2 x i32> --> i8* to i64 to <2 x i32>
1605     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1606       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1607                                NewTy);
1608
1609     return IRB.CreatePtrToInt(V, NewTy);
1610   }
1611
1612   return IRB.CreateBitCast(V, NewTy);
1613 }
1614
1615 /// \brief Test whether the given slice use can be promoted to a vector.
1616 ///
1617 /// This function is called to test each entry in a partioning which is slated
1618 /// for a single slice.
1619 static bool
1620 isVectorPromotionViableForSlice(const DataLayout &DL, uint64_t SliceBeginOffset,
1621                                 uint64_t SliceEndOffset, VectorType *Ty,
1622                                 uint64_t ElementSize, const Slice &S) {
1623   // First validate the slice offsets.
1624   uint64_t BeginOffset =
1625       std::max(S.beginOffset(), SliceBeginOffset) - SliceBeginOffset;
1626   uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1627   if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1628       BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1629     return false;
1630   uint64_t EndOffset =
1631       std::min(S.endOffset(), SliceEndOffset) - SliceBeginOffset;
1632   uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1633   if (EndIndex * ElementSize != EndOffset || EndIndex > Ty->getNumElements())
1634     return false;
1635
1636   assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1637   uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1638   Type *SliceTy = (NumElements == 1)
1639                       ? Ty->getElementType()
1640                       : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1641
1642   Type *SplitIntTy =
1643       Type::getIntNTy(Ty->getContext(), NumElements * ElementSize * 8);
1644
1645   Use *U = S.getUse();
1646
1647   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1648     if (MI->isVolatile())
1649       return false;
1650     if (!S.isSplittable())
1651       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1652   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1653     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1654         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1655       return false;
1656   } else if (U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1657     // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1658     return false;
1659   } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1660     if (LI->isVolatile())
1661       return false;
1662     Type *LTy = LI->getType();
1663     if (SliceBeginOffset > S.beginOffset() || SliceEndOffset < S.endOffset()) {
1664       assert(LTy->isIntegerTy());
1665       LTy = SplitIntTy;
1666     }
1667     if (!canConvertValue(DL, SliceTy, LTy))
1668       return false;
1669   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1670     if (SI->isVolatile())
1671       return false;
1672     Type *STy = SI->getValueOperand()->getType();
1673     if (SliceBeginOffset > S.beginOffset() || SliceEndOffset < S.endOffset()) {
1674       assert(STy->isIntegerTy());
1675       STy = SplitIntTy;
1676     }
1677     if (!canConvertValue(DL, STy, SliceTy))
1678       return false;
1679   } else {
1680     return false;
1681   }
1682
1683   return true;
1684 }
1685
1686 /// \brief Test whether the given alloca partitioning and range of slices can be
1687 /// promoted to a vector.
1688 ///
1689 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1690 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1691 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1692 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1693 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1694 /// be promotable, so we have an early test here.
1695 static VectorType *
1696 isVectorPromotionViable(const DataLayout &DL,
1697                         uint64_t SliceBeginOffset, uint64_t SliceEndOffset,
1698                         AllocaSlices::const_range Slices,
1699                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1700   // Collect the candidate types for vector-based promotion. Also track whether
1701   // we have different element types.
1702   SmallVector<VectorType *, 4> CandidateTys;
1703   Type *CommonEltTy = nullptr;
1704   bool HaveCommonEltTy = true;
1705   auto CheckCandidateType = [&](Type *Ty) {
1706     if (auto *VTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1707       CandidateTys.push_back(VTy);
1708       if (!CommonEltTy)
1709         CommonEltTy = VTy->getElementType();
1710       else if (CommonEltTy != VTy->getElementType())
1711         HaveCommonEltTy = false;
1712     }
1713   };
1714   // Consider any loads or stores that are the exact size of the slice.
1715   for (const auto &S : Slices)
1716     if (S.beginOffset() == SliceBeginOffset &&
1717         S.endOffset() == SliceEndOffset) {
1718       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(S.getUse()->getUser()))
1719         CheckCandidateType(LI->getType());
1720       else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(S.getUse()->getUser()))
1721         CheckCandidateType(SI->getValueOperand()->getType());
1722     }
1723
1724   // If we didn't find a vector type, nothing to do here.
1725   if (CandidateTys.empty())
1726     return nullptr;
1727
1728   // Remove non-integer vector types if we had multiple common element types.
1729   // FIXME: It'd be nice to replace them with integer vector types, but we can't
1730   // do that until all the backends are known to produce good code for all
1731   // integer vector types.
1732   if (!HaveCommonEltTy) {
1733     CandidateTys.erase(std::remove_if(CandidateTys.begin(), CandidateTys.end(),
1734                                       [](VectorType *VTy) {
1735                          return !VTy->getElementType()->isIntegerTy();
1736                        }),
1737                        CandidateTys.end());
1738
1739     // If there were no integer vector types, give up.
1740     if (CandidateTys.empty())
1741       return nullptr;
1742
1743     // Rank the remaining candidate vector types. This is easy because we know
1744     // they're all integer vectors. We sort by ascending number of elements.
1745     auto RankVectorTypes = [&DL](VectorType *RHSTy, VectorType *LHSTy) {
1746       assert(DL.getTypeSizeInBits(RHSTy) == DL.getTypeSizeInBits(LHSTy) &&
1747              "Cannot have vector types of different sizes!");
1748       assert(RHSTy->getElementType()->isIntegerTy() &&
1749              "All non-integer types eliminated!");
1750       assert(LHSTy->getElementType()->isIntegerTy() &&
1751              "All non-integer types eliminated!");
1752       return RHSTy->getNumElements() < LHSTy->getNumElements();
1753     };
1754     std::sort(CandidateTys.begin(), CandidateTys.end(), RankVectorTypes);
1755     CandidateTys.erase(
1756         std::unique(CandidateTys.begin(), CandidateTys.end(), RankVectorTypes),
1757         CandidateTys.end());
1758   } else {
1759 // The only way to have the same element type in every vector type is to
1760 // have the same vector type. Check that and remove all but one.
1761 #ifndef NDEBUG
1762     for (VectorType *VTy : CandidateTys) {
1763       assert(VTy->getElementType() == CommonEltTy &&
1764              "Unaccounted for element type!");
1765       assert(VTy == CandidateTys[0] &&
1766              "Different vector types with the same element type!");
1767     }
1768 #endif
1769     CandidateTys.resize(1);
1770   }
1771
1772   // Try each vector type, and return the one which works.
1773   auto CheckVectorTypeForPromotion = [&](VectorType *VTy) {
1774     uint64_t ElementSize = DL.getTypeSizeInBits(VTy->getElementType());
1775
1776     // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1777     // that aren't byte sized.
1778     if (ElementSize % 8)
1779       return false;
1780     assert((DL.getTypeSizeInBits(VTy) % 8) == 0 &&
1781            "vector size not a multiple of element size?");
1782     ElementSize /= 8;
1783
1784     for (const auto &S : Slices)
1785       if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, SliceBeginOffset, SliceEndOffset,
1786                                            VTy, ElementSize, S))
1787         return false;
1788
1789     for (const auto &SI : SplitUses)
1790       if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, SliceBeginOffset, SliceEndOffset,
1791                                            VTy, ElementSize, *SI))
1792         return false;
1793
1794     return true;
1795   };
1796   for (VectorType *VTy : CandidateTys)
1797     if (CheckVectorTypeForPromotion(VTy))
1798       return VTy;
1799
1800   return nullptr;
1801 }
1802
1803 /// \brief Test whether a slice of an alloca is valid for integer widening.
1804 ///
1805 /// This implements the necessary checking for the \c isIntegerWideningViable
1806 /// test below on a single slice of the alloca.
1807 static bool isIntegerWideningViableForSlice(const DataLayout &DL,
1808                                             Type *AllocaTy,
1809                                             uint64_t AllocBeginOffset,
1810                                             uint64_t Size,
1811                                             const Slice &S,
1812                                             bool &WholeAllocaOp) {
1813   uint64_t RelBegin = S.beginOffset() - AllocBeginOffset;
1814   uint64_t RelEnd = S.endOffset() - AllocBeginOffset;
1815
1816   // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
1817   // the end of the aloca's type and into its padding.
1818   if (RelEnd > Size)
1819     return false;
1820
1821   Use *U = S.getUse();
1822
1823   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1824     if (LI->isVolatile())
1825       return false;
1826     // Note that we don't count vector loads or stores as whole-alloca
1827     // operations which enable integer widening because we would prefer to use
1828     // vector widening instead.
1829     if (!isa<VectorType>(LI->getType()) && RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1830       WholeAllocaOp = true;
1831     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
1832       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1833         return false;
1834     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1835                !canConvertValue(DL, AllocaTy, LI->getType())) {
1836       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
1837       // they are promotable.
1838       return false;
1839     }
1840   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1841     Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
1842     if (SI->isVolatile())
1843       return false;
1844     // Note that we don't count vector loads or stores as whole-alloca
1845     // operations which enable integer widening because we would prefer to use
1846     // vector widening instead.
1847     if (!isa<VectorType>(ValueTy) && RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1848       WholeAllocaOp = true;
1849     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
1850       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1851         return false;
1852     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1853                !canConvertValue(DL, ValueTy, AllocaTy)) {
1854       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
1855       // they are promotable.
1856       return false;
1857     }
1858   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1859     if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
1860       return false;
1861     if (!S.isSplittable())
1862       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1863   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1864     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1865         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1866       return false;
1867   } else {
1868     return false;
1869   }
1870
1871   return true;
1872 }
1873
1874 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
1875 /// widened to promotable ones.
1876 ///
1877 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
1878 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
1879 /// promote the resulting alloca.
1880 static bool
1881 isIntegerWideningViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy,
1882                         uint64_t AllocBeginOffset,
1883                         AllocaSlices::const_range Slices,
1884                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1885   uint64_t SizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
1886   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
1887   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
1888     return false;
1889
1890   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
1891   if (SizeInBits != DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
1892     return false;
1893
1894   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
1895   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
1896   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
1897   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
1898   if (!canConvertValue(DL, AllocaTy, IntTy) ||
1899       !canConvertValue(DL, IntTy, AllocaTy))
1900     return false;
1901
1902   uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(AllocaTy);
1903
1904   // While examining uses, we ensure that the alloca has a covering load or
1905   // store. We don't want to widen the integer operations only to fail to
1906   // promote due to some other unsplittable entry (which we may make splittable
1907   // later). However, if there are only splittable uses, go ahead and assume
1908   // that we cover the alloca.
1909   bool WholeAllocaOp =
1910       Slices.begin() != Slices.end() ? false : DL.isLegalInteger(SizeInBits);
1911
1912   for (const auto &S : Slices)
1913     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1914                                          S, WholeAllocaOp))
1915       return false;
1916
1917   for (const auto &SI : SplitUses)
1918     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1919                                          *SI, WholeAllocaOp))
1920       return false;
1921
1922   return WholeAllocaOp;
1923 }
1924
1925 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1926                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
1927                              const Twine &Name) {
1928   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1929   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
1930   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1931          "Element extends past full value");
1932   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1933   if (DL.isBigEndian())
1934     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1935   if (ShAmt) {
1936     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
1937     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1938   }
1939   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1940          "Cannot extract to a larger integer!");
1941   if (Ty != IntTy) {
1942     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
1943     DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
1944   }
1945   return V;
1946 }
1947
1948 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *Old,
1949                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
1950   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
1951   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
1952   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1953          "Cannot insert a larger integer!");
1954   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1955   if (Ty != IntTy) {
1956     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
1957     DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
1958   }
1959   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1960          "Element store outside of alloca store");
1961   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1962   if (DL.isBigEndian())
1963     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1964   if (ShAmt) {
1965     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
1966     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1967   }
1968
1969   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
1970     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
1971     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
1972     DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
1973     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
1974     DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
1975   }
1976   return V;
1977 }
1978
1979 static Value *extractVector(IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1980                             unsigned BeginIndex, unsigned EndIndex,
1981                             const Twine &Name) {
1982   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
1983   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1984   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
1985
1986   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
1987     return V;
1988
1989   if (NumElements == 1) {
1990     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1991                                  Name + ".extract");
1992     DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
1993     return V;
1994   }
1995
1996   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1997   Mask.reserve(NumElements);
1998   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
1999     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
2000   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
2001                               ConstantVector::get(Mask),
2002                               Name + ".extract");
2003   DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
2004   return V;
2005 }
2006
2007 static Value *insertVector(IRBuilderTy &IRB, Value *Old, Value *V,
2008                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
2009   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
2010   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
2011
2012   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
2013   if (!Ty) {
2014     // Single element to insert.
2015     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
2016                                 Name + ".insert");
2017     DEBUG(dbgs() <<  "     insert: " << *V << "\n");
2018     return V;
2019   }
2020
2021   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
2022          "Too many elements!");
2023   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
2024     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
2025     return V;
2026   }
2027   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
2028
2029   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
2030   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
2031   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
2032   // incoming vector.
2033   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
2034   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
2035   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
2036     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
2037       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
2038     else
2039       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
2040   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
2041                               ConstantVector::get(Mask),
2042                               Name + ".expand");
2043   DEBUG(dbgs() << "    shuffle: " << *V << "\n");
2044
2045   Mask.clear();
2046   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
2047     Mask.push_back(IRB.getInt1(i >= BeginIndex && i < EndIndex));
2048
2049   V = IRB.CreateSelect(ConstantVector::get(Mask), V, Old, Name + "blend");
2050
2051   DEBUG(dbgs() << "    blend: " << *V << "\n");
2052   return V;
2053 }
2054
2055 namespace {
2056 /// \brief Visitor to rewrite instructions using p particular slice of an alloca
2057 /// to use a new alloca.
2058 ///
2059 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
2060 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
2061 /// lives here.
2062 class AllocaSliceRewriter : public InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> {
2063   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2064   friend class llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
2065   typedef llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> Base;
2066
2067   const DataLayout &DL;
2068   AllocaSlices &AS;
2069   SROA &Pass;
2070   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2071   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2072   Type *NewAllocaTy;
2073
2074   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2075   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
2076   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
2077   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2078   IntegerType *IntTy;
2079
2080   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2081   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2082   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
2083   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2084   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2085   //     element.
2086   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2087   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2088   //     which are promotable via mem2reg.
2089   VectorType *VecTy;
2090   Type *ElementTy;
2091   uint64_t ElementSize;
2092
2093   // The original offset of the slice currently being rewritten relative to
2094   // the original alloca.
2095   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
2096   // The new offsets of the slice currently being rewritten relative to the
2097   // original alloca.
2098   uint64_t NewBeginOffset, NewEndOffset;
2099
2100   uint64_t SliceSize;
2101   bool IsSplittable;
2102   bool IsSplit;
2103   Use *OldUse;
2104   Instruction *OldPtr;
2105
2106   // Track post-rewrite users which are PHI nodes and Selects.
2107   SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers;
2108   SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers;
2109
2110   // Utility IR builder, whose name prefix is setup for each visited use, and
2111   // the insertion point is set to point to the user.
2112   IRBuilderTy IRB;
2113
2114 public:
2115   AllocaSliceRewriter(const DataLayout &DL, AllocaSlices &AS, SROA &Pass,
2116                       AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2117                       uint64_t NewAllocaBeginOffset,
2118                       uint64_t NewAllocaEndOffset, bool IsIntegerPromotable,
2119                       VectorType *PromotableVecTy,
2120                       SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers,
2121                       SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers)
2122       : DL(DL), AS(AS), Pass(Pass), OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2123         NewAllocaBeginOffset(NewAllocaBeginOffset),
2124         NewAllocaEndOffset(NewAllocaEndOffset),
2125         NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
2126         IntTy(IsIntegerPromotable
2127                   ? Type::getIntNTy(
2128                         NewAI.getContext(),
2129                         DL.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()))
2130                   : nullptr),
2131         VecTy(PromotableVecTy),
2132         ElementTy(VecTy ? VecTy->getElementType() : nullptr),
2133         ElementSize(VecTy ? DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8 : 0),
2134         BeginOffset(), EndOffset(), IsSplittable(), IsSplit(), OldUse(),
2135         OldPtr(), PHIUsers(PHIUsers), SelectUsers(SelectUsers),
2136         IRB(NewAI.getContext(), ConstantFolder()) {
2137     if (VecTy) {
2138       assert((DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) % 8) == 0 &&
2139              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2140       ++NumVectorized;
2141     }
2142     assert((!IntTy && !VecTy) || (IntTy && !VecTy) || (!IntTy && VecTy));
2143   }
2144
2145   bool visit(AllocaSlices::const_iterator I) {
2146     bool CanSROA = true;
2147     BeginOffset = I->beginOffset();
2148     EndOffset = I->endOffset();
2149     IsSplittable = I->isSplittable();
2150     IsSplit =
2151         BeginOffset < NewAllocaBeginOffset || EndOffset > NewAllocaEndOffset;
2152
2153     // Compute the intersecting offset range.
2154     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2155     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2156     NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2157     NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2158
2159     SliceSize = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2160
2161     OldUse = I->getUse();
2162     OldPtr = cast<Instruction>(OldUse->get());
2163
2164     Instruction *OldUserI = cast<Instruction>(OldUse->getUser());
2165     IRB.SetInsertPoint(OldUserI);
2166     IRB.SetCurrentDebugLocation(OldUserI->getDebugLoc());
2167     IRB.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) + ".");
2168
2169     CanSROA &= visit(cast<Instruction>(OldUse->getUser()));
2170     if (VecTy || IntTy)
2171       assert(CanSROA);
2172     return CanSROA;
2173   }
2174
2175 private:
2176   // Make sure the other visit overloads are visible.
2177   using Base::visit;
2178
2179   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2180   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2181     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2182     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2183   }
2184
2185   Value *getNewAllocaSlicePtr(IRBuilderTy &IRB, Type *PointerTy) {
2186     // Note that the offset computation can use BeginOffset or NewBeginOffset
2187     // interchangeably for unsplit slices.
2188     assert(IsSplit || BeginOffset == NewBeginOffset);
2189     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2190
2191 #ifndef NDEBUG
2192     StringRef OldName = OldPtr->getName();
2193     // Skip through the last '.sroa.' component of the name.
2194     size_t LastSROAPrefix = OldName.rfind(".sroa.");
2195     if (LastSROAPrefix != StringRef::npos) {
2196       OldName = OldName.substr(LastSROAPrefix + strlen(".sroa."));
2197       // Look for an SROA slice index.
2198       size_t IndexEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2199       if (IndexEnd != StringRef::npos && OldName[IndexEnd] == '.') {
2200         // Strip the index and look for the offset.
2201         OldName = OldName.substr(IndexEnd + 1);
2202         size_t OffsetEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2203         if (OffsetEnd != StringRef::npos && OldName[OffsetEnd] == '.')
2204           // Strip the offset.
2205           OldName = OldName.substr(OffsetEnd + 1);
2206       }
2207     }
2208     // Strip any SROA suffixes as well.
2209     OldName = OldName.substr(0, OldName.find(".sroa_"));
2210 #endif
2211
2212     return getAdjustedPtr(IRB, DL, &NewAI,
2213                           APInt(DL.getPointerSizeInBits(), Offset), PointerTy,
2214 #ifndef NDEBUG
2215                           Twine(OldName) + "."
2216 #else
2217                           Twine()
2218 #endif
2219                           );
2220   }
2221
2222   /// \brief Compute suitable alignment to access this slice of the *new* alloca.
2223   ///
2224   /// You can optionally pass a type to this routine and if that type's ABI
2225   /// alignment is itself suitable, this will return zero.
2226   unsigned getSliceAlign(Type *Ty = nullptr) {
2227     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2228     if (!NewAIAlign)
2229       NewAIAlign = DL.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2230     unsigned Align = MinAlign(NewAIAlign, NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2231     return (Ty && Align == DL.getABITypeAlignment(Ty)) ? 0 : Align;
2232   }
2233
2234   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
2235     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2236     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2237     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2238     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2239     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2240     return Index;
2241   }
2242
2243   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2244     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2245     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2246       Pass.DeadInsts.insert(I);
2247   }
2248
2249   Value *rewriteVectorizedLoadInst() {
2250     unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2251     unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2252     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2253
2254     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2255                                      "load");
2256     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2257   }
2258
2259   Value *rewriteIntegerLoad(LoadInst &LI) {
2260     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2261     assert(!LI.isVolatile());
2262     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2263                                      "load");
2264     V = convertValue(DL, IRB, V, IntTy);
2265     assert(NewBeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2266     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2267     if (Offset > 0 || NewEndOffset < NewAllocaEndOffset)
2268       V = extractInteger(DL, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2269                          "extract");
2270     return V;
2271   }
2272
2273   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2274     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2275     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2276     assert(OldOp == OldPtr);
2277
2278     Type *TargetTy = IsSplit ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), SliceSize * 8)
2279                              : LI.getType();
2280     bool IsPtrAdjusted = false;
2281     Value *V;
2282     if (VecTy) {
2283       V = rewriteVectorizedLoadInst();
2284     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2285       V = rewriteIntegerLoad(LI);
2286     } else if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2287                canConvertValue(DL, NewAllocaTy, LI.getType())) {
2288       V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2289                                 LI.isVolatile(), LI.getName());
2290     } else {
2291       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo();
2292       V = IRB.CreateAlignedLoad(getNewAllocaSlicePtr(IRB, LTy),
2293                                 getSliceAlign(TargetTy), LI.isVolatile(),
2294                                 LI.getName());
2295       IsPtrAdjusted = true;
2296     }
2297     V = convertValue(DL, IRB, V, TargetTy);
2298
2299     if (IsSplit) {
2300       assert(!LI.isVolatile());
2301       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2302              "Only integer type loads and stores are split");
2303       assert(SliceSize < DL.getTypeStoreSize(LI.getType()) &&
2304              "Split load isn't smaller than original load");
2305       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2306              DL.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2307              "Non-byte-multiple bit width");
2308       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2309       IRB.SetInsertPoint(std::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2310       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2311       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2312       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2313       // LI only used for this computation.
2314       Value *Placeholder
2315         = new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo()));
2316       V = insertInteger(DL, IRB, Placeholder, V, NewBeginOffset,
2317                         "insert");
2318       LI.replaceAllUsesWith(V);
2319       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2320       delete Placeholder;
2321     } else {
2322       LI.replaceAllUsesWith(V);
2323     }
2324
2325     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2326     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2327     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2328     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2329   }
2330
2331   bool rewriteVectorizedStoreInst(Value *V, StoreInst &SI, Value *OldOp) {
2332     if (V->getType() != VecTy) {
2333       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2334       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2335       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2336       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2337       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2338       Type *SliceTy =
2339           (NumElements == 1) ? ElementTy
2340                              : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2341       if (V->getType() != SliceTy)
2342         V = convertValue(DL, IRB, V, SliceTy);
2343
2344       // Mix in the existing elements.
2345       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2346                                          "load");
2347       V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, "vec");
2348     }
2349     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2350     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2351
2352     (void)Store;
2353     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2354     return true;
2355   }
2356
2357   bool rewriteIntegerStore(Value *V, StoreInst &SI) {
2358     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2359     assert(!SI.isVolatile());
2360     if (DL.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2361       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2362                                          "oldload");
2363       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2364       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2365       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2366       V = insertInteger(DL, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset,
2367                         "insert");
2368     }
2369     V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2370     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2371     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2372     (void)Store;
2373     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2374     return true;
2375   }
2376
2377   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2378     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2379     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2380     assert(OldOp == OldPtr);
2381
2382     Value *V = SI.getValueOperand();
2383
2384     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2385     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2386     if (V->getType()->isPointerTy())
2387       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2388         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2389
2390     if (SliceSize < DL.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2391       assert(!SI.isVolatile());
2392       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2393              "Only integer type loads and stores are split");
2394       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2395              DL.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2396              "Non-byte-multiple bit width");
2397       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), SliceSize * 8);
2398       V = extractInteger(DL, IRB, V, NarrowTy, NewBeginOffset,
2399                          "extract");
2400     }
2401
2402     if (VecTy)
2403       return rewriteVectorizedStoreInst(V, SI, OldOp);
2404     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2405       return rewriteIntegerStore(V, SI);
2406
2407     StoreInst *NewSI;
2408     if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2409         NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2410         canConvertValue(DL, V->getType(), NewAllocaTy)) {
2411       V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2412       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2413                                      SI.isVolatile());
2414     } else {
2415       Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, V->getType()->getPointerTo());
2416       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, NewPtr, getSliceAlign(V->getType()),
2417                                      SI.isVolatile());
2418     }
2419     (void)NewSI;
2420     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2421     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2422
2423     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2424     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2425   }
2426
2427   /// \brief Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2428   /// number of bytes.
2429   ///
2430   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2431   /// call this routine.
2432   /// FIXME: Heed the advice above.
2433   ///
2434   /// \param V The i8 value to splat.
2435   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2436   Value *getIntegerSplat(Value *V, unsigned Size) {
2437     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2438     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2439     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2440     if (Size == 1)
2441       return V;
2442
2443     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size*8);
2444     V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, "zext"),
2445                       ConstantExpr::getUDiv(
2446                         Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2447                         ConstantExpr::getZExt(
2448                           Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2449                           SplatIntTy)),
2450                       "isplat");
2451     return V;
2452   }
2453
2454   /// \brief Compute a vector splat for a given element value.
2455   Value *getVectorSplat(Value *V, unsigned NumElements) {
2456     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, "vsplat");
2457     DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2458     return V;
2459   }
2460
2461   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2462     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2463     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2464
2465     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2466     // pointer to the new alloca.
2467     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2468       assert(!IsSplit);
2469       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2470       II.setDest(getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()));
2471       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2472       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getSliceAlign()));
2473
2474       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2475       return false;
2476     }
2477
2478     // Record this instruction for deletion.
2479     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2480
2481     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2482     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2483
2484     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2485     // a single value type, just emit a memset.
2486     if (!VecTy && !IntTy &&
2487         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2488          EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2489          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(AllocaTy) ||
2490          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2491          !DL.isLegalInteger(DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)) ||
2492          DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)%8 != 0)) {
2493       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2494       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2495       CallInst *New = IRB.CreateMemSet(
2496           getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()), II.getValue(), Size,
2497           getSliceAlign(), II.isVolatile());
2498       (void)New;
2499       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2500       return false;
2501     }
2502
2503     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2504     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2505     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2506     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2507     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2508     Value *V;
2509
2510     if (VecTy) {
2511       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2512       assert(ElementTy == ScalarTy);
2513
2514       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2515       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2516       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2517       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2518       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2519
2520       Value *Splat =
2521           getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8);
2522       Splat = convertValue(DL, IRB, Splat, ElementTy);
2523       if (NumElements > 1)
2524         Splat = getVectorSplat(Splat, NumElements);
2525
2526       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2527                                          "oldload");
2528       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, "vec");
2529     } else if (IntTy) {
2530       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2531       // set integer.
2532       assert(!II.isVolatile());
2533
2534       uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2535       V = getIntegerSplat(II.getValue(), Size);
2536
2537       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2538                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2539         Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2540                                            "oldload");
2541         Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2542         uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2543         V = insertInteger(DL, IRB, Old, V, Offset, "insert");
2544       } else {
2545         assert(V->getType() == IntTy &&
2546                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2547       }
2548       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2549     } else {
2550       // Established these invariants above.
2551       assert(NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2552       assert(NewEndOffset == NewAllocaEndOffset);
2553
2554       V = getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) / 8);
2555       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2556         V = getVectorSplat(V, AllocaVecTy->getNumElements());
2557
2558       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2559     }
2560
2561     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2562                                         II.isVolatile());
2563     (void)New;
2564     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2565     return !II.isVolatile();
2566   }
2567
2568   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2569     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2570     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2571
2572     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2573
2574     bool IsDest = &II.getRawDestUse() == OldUse;
2575     assert((IsDest && II.getRawDest() == OldPtr) ||
2576            (!IsDest && II.getRawSource() == OldPtr));
2577
2578     unsigned SliceAlign = getSliceAlign();
2579
2580     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2581     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2582     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2583     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2584     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2585     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2586     // update both source and dest of a single call.
2587     if (!IsSplittable) {
2588       Value *AdjustedPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2589       if (IsDest)
2590         II.setDest(AdjustedPtr);
2591       else
2592         II.setSource(AdjustedPtr);
2593
2594       if (II.getAlignment() > SliceAlign) {
2595         Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2596         II.setAlignment(
2597             ConstantInt::get(CstTy, MinAlign(II.getAlignment(), SliceAlign)));
2598       }
2599
2600       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2601       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2602       return false;
2603     }
2604     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2605     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2606     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2607     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2608     // downsides to splitting and transforming the operations.
2609
2610     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2611     // a single value type, just emit a memcpy.
2612     bool EmitMemCpy =
2613         !VecTy && !IntTy &&
2614         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2615          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(NewAI.getAllocatedType()) ||
2616          !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2617
2618     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2619     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2620     // a no-op.
2621     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2622       // Ensure the start lines up.
2623       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2624
2625       // Rewrite the size as needed.
2626       if (NewEndOffset != EndOffset)
2627         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2628                                       NewEndOffset - NewBeginOffset));
2629       return false;
2630     }
2631     // Record this instruction for deletion.
2632     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2633
2634     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2635     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2636     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2637     if (AllocaInst *AI
2638           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets())) {
2639       assert(AI != &OldAI && AI != &NewAI &&
2640              "Splittable transfers cannot reach the same alloca on both ends.");
2641       Pass.Worklist.insert(AI);
2642     }
2643
2644     Type *OtherPtrTy = OtherPtr->getType();
2645     unsigned OtherAS = OtherPtrTy->getPointerAddressSpace();
2646
2647     // Compute the relative offset for the other pointer within the transfer.
2648     unsigned IntPtrWidth = DL.getPointerSizeInBits(OtherAS);
2649     APInt OtherOffset(IntPtrWidth, NewBeginOffset - BeginOffset);
2650     unsigned OtherAlign = MinAlign(II.getAlignment() ? II.getAlignment() : 1,
2651                                    OtherOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue());
2652
2653     if (EmitMemCpy) {
2654       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2655       // a single, simple GEP in most cases.
2656       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2657                                 OtherPtr->getName() + ".");
2658
2659       Value *OurPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2660       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2661       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2662
2663       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(
2664           IsDest ? OurPtr : OtherPtr, IsDest ? OtherPtr : OurPtr, Size,
2665           MinAlign(SliceAlign, OtherAlign), II.isVolatile());
2666       (void)New;
2667       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2668       return false;
2669     }
2670
2671     bool IsWholeAlloca = NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2672                          NewEndOffset == NewAllocaEndOffset;
2673     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2674     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(NewBeginOffset) : 0;
2675     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(NewEndOffset) : 0;
2676     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2677     IntegerType *SubIntTy
2678       = IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size*8) : nullptr;
2679
2680     // Reset the other pointer type to match the register type we're going to
2681     // use, but using the address space of the original other pointer.
2682     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
2683       if (NumElements == 1)
2684         OtherPtrTy = VecTy->getElementType();
2685       else
2686         OtherPtrTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
2687
2688       OtherPtrTy = OtherPtrTy->getPointerTo(OtherAS);
2689     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
2690       OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo(OtherAS);
2691     } else {
2692       OtherPtrTy = NewAllocaTy->getPointerTo(OtherAS);
2693     }
2694
2695     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2696                                    OtherPtr->getName() + ".");
2697     unsigned SrcAlign = OtherAlign;
2698     Value *DstPtr = &NewAI;
2699     unsigned DstAlign = SliceAlign;
2700     if (!IsDest) {
2701       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2702       std::swap(SrcAlign, DstAlign);
2703     }
2704
2705     Value *Src;
2706     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2707       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2708                                   "load");
2709       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2710     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2711       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2712                                   "load");
2713       Src = convertValue(DL, IRB, Src, IntTy);
2714       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2715       Src = extractInteger(DL, IRB, Src, SubIntTy, Offset, "extract");
2716     } else {
2717       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, SrcAlign, II.isVolatile(),
2718                                   "copyload");
2719     }
2720
2721     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2722       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2723                                          "oldload");
2724       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, "vec");
2725     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2726       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2727                                          "oldload");
2728       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2729       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2730       Src = insertInteger(DL, IRB, Old, Src, Offset, "insert");
2731       Src = convertValue(DL, IRB, Src, NewAllocaTy);
2732     }
2733
2734     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2735         IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, DstAlign, II.isVolatile()));
2736     (void)Store;
2737     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2738     return !II.isVolatile();
2739   }
2740
2741   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2742     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2743            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2744     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2745     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2746
2747     // Record this instruction for deletion.
2748     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2749
2750     ConstantInt *Size
2751       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2752                          NewEndOffset - NewBeginOffset);
2753     Value *Ptr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2754     Value *New;
2755     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2756       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2757     else
2758       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2759
2760     (void)New;
2761     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2762     return true;
2763   }
2764
2765   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2766     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2767     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "PHIs are unsplittable");
2768     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "PHIs are unsplittable");
2769
2770     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2771     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2772     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2773     // dominate the PHI.
2774     IRBuilderTy PtrBuilder(IRB);
2775     if (isa<PHINode>(OldPtr))
2776       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr->getParent()->getFirstInsertionPt());
2777     else
2778       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr);
2779     PtrBuilder.SetCurrentDebugLocation(OldPtr->getDebugLoc());
2780
2781     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2782     // Replace the operands which were using the old pointer.
2783     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
2784
2785     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2786     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2787
2788     // PHIs can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
2789     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
2790     // fully-rewritten alloca.
2791     PHIUsers.insert(&PN);
2792     return true;
2793   }
2794
2795   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2796     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2797     assert((SI.getTrueValue() == OldPtr || SI.getFalseValue() == OldPtr) &&
2798            "Pointer isn't an operand!");
2799     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Selects are unsplittable");
2800     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "Selects are unsplittable");
2801
2802     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2803     // Replace the operands which were using the old pointer.
2804     if (SI.getOperand(1) == OldPtr)
2805       SI.setOperand(1, NewPtr);
2806     if (SI.getOperand(2) == OldPtr)
2807       SI.setOperand(2, NewPtr);
2808
2809     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2810     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2811
2812     // Selects can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
2813     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
2814     // fully-rewritten alloca.
2815     SelectUsers.insert(&SI);
2816     return true;
2817   }
2818
2819 };
2820 }
2821
2822 namespace {
2823 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2824 ///
2825 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2826 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2827 /// with scalar loads and stores.
2828 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2829   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2830   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2831
2832   const DataLayout &DL;
2833
2834   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2835   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2836
2837   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2838   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2839
2840   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2841   /// value (as opposed to the user).
2842   Use *U;
2843
2844 public:
2845   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
2846
2847   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2848   /// it.
2849   bool rewrite(Instruction &I) {
2850     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2851     enqueueUsers(I);
2852     bool Changed = false;
2853     while (!Queue.empty()) {
2854       U = Queue.pop_back_val();
2855       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2856     }
2857     return Changed;
2858   }
2859
2860 private:
2861   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2862   /// This uses a set to de-duplicate users.
2863   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2864     for (Use &U : I.uses())
2865       if (Visited.insert(U.getUser()).second)
2866         Queue.push_back(&U);
2867   }
2868
2869   // Conservative default is to not rewrite anything.
2870   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2871
2872   /// \brief Generic recursive split emission class.
2873   template <typename Derived>
2874   class OpSplitter {
2875   protected:
2876     /// The builder used to form new instructions.
2877     IRBuilderTy IRB;
2878     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
2879     /// appropriate value within the aggregate.
2880     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2881     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
2882     /// within the aggregate.
2883     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2884     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
2885     /// split operations.
2886     Value *Ptr;
2887
2888     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
2889     /// single zero GEP index.
2890     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2891       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
2892
2893   public:
2894     /// \brief Generic recursive split emission routine.
2895     ///
2896     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2897     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2898     /// and emits that single value operation via the template argument.
2899     ///
2900     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
2901     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
2902     /// formatted differently (GEPs need actual values).
2903     ///
2904     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
2905     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
2906     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
2907     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2908       if (Ty->isSingleValueType())
2909         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
2910
2911       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2912         unsigned OldSize = Indices.size();
2913         (void)OldSize;
2914         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
2915              ++Idx) {
2916           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2917           Indices.push_back(Idx);
2918           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2919           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2920           GEPIndices.pop_back();
2921           Indices.pop_back();
2922         }
2923         return;
2924       }
2925
2926       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2927         unsigned OldSize = Indices.size();
2928         (void)OldSize;
2929         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
2930              ++Idx) {
2931           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2932           Indices.push_back(Idx);
2933           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2934           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2935           GEPIndices.pop_back();
2936           Indices.pop_back();
2937         }
2938         return;
2939       }
2940
2941       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
2942     }
2943   };
2944
2945   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
2946     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2947       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2948
2949     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
2950     /// recursive emission to actually load values.
2951     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2952       assert(Ty->isSingleValueType());
2953       // Load the single value and insert it using the indices.
2954       Value *GEP = IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
2955       Value *Load = IRB.CreateLoad(GEP, Name + ".load");
2956       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
2957       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
2958     }
2959   };
2960
2961   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2962     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
2963     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
2964       return false;
2965
2966     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
2967     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2968     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
2969     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
2970     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
2971     LI.replaceAllUsesWith(V);
2972     LI.eraseFromParent();
2973     return true;
2974   }
2975
2976   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
2977     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2978       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2979
2980     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
2981     /// recursive emission to actually produce stores.
2982     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2983       assert(Ty->isSingleValueType());
2984       // Extract the single value and store it using the indices.
2985       Value *Store = IRB.CreateStore(
2986         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
2987         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
2988       (void)Store;
2989       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2990     }
2991   };
2992
2993   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2994     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
2995       return false;
2996     Value *V = SI.getValueOperand();
2997     if (V->getType()->isSingleValueType())
2998       return false;
2999
3000     // We have an aggregate being stored, split it apart.
3001     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
3002     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
3003     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
3004     SI.eraseFromParent();
3005     return true;
3006   }
3007
3008   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
3009     enqueueUsers(BC);
3010     return false;
3011   }
3012
3013   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
3014     enqueueUsers(GEPI);
3015     return false;
3016   }
3017
3018   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
3019     enqueueUsers(PN);
3020     return false;
3021   }
3022
3023   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
3024     enqueueUsers(SI);
3025     return false;
3026   }
3027 };
3028 }
3029
3030 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
3031 ///
3032 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
3033 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
3034 /// size or the allocated size.
3035 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
3036   if (Ty->isSingleValueType())
3037     return Ty;
3038
3039   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
3040   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
3041
3042   Type *InnerTy;
3043   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3044     InnerTy = ArrTy->getElementType();
3045   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3046     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3047     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
3048     InnerTy = STy->getElementType(Index);
3049   } else {
3050     return Ty;
3051   }
3052
3053   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
3054       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
3055     return Ty;
3056
3057   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
3058 }
3059
3060 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
3061 /// offset and size.
3062 ///
3063 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
3064 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
3065 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
3066 /// and the same for structs.
3067 ///
3068 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
3069 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
3070 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
3071 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
3072 /// return a type if necessary.
3073 static Type *getTypePartition(const DataLayout &DL, Type *Ty,
3074                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
3075   if (Offset == 0 && DL.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
3076     return stripAggregateTypeWrapping(DL, Ty);
3077   if (Offset > DL.getTypeAllocSize(Ty) ||
3078       (DL.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
3079     return nullptr;
3080
3081   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
3082     // We can't partition pointers...
3083     if (SeqTy->isPointerTy())
3084       return nullptr;
3085
3086     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
3087     uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3088     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
3089     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy)) {
3090       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
3091         return nullptr;
3092     } else if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy)) {
3093       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
3094         return nullptr;
3095     }
3096     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3097
3098     // First check if we need to recurse.
3099     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3100       // Bail if the partition ends in a different array element.
3101       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3102         return nullptr;
3103       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3104       return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3105     }
3106     assert(Offset == 0);
3107
3108     if (Size == ElementSize)
3109       return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3110     assert(Size > ElementSize);
3111     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3112     if (NumElements * ElementSize != Size)
3113       return nullptr;
3114     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3115   }
3116
3117   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3118   if (!STy)
3119     return nullptr;
3120
3121   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3122   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3123     return nullptr;
3124   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3125   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3126     return nullptr;
3127
3128   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3129   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3130
3131   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3132   uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3133   if (Offset >= ElementSize)
3134     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
3135
3136   // See if any partition must be contained by the element.
3137   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3138     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3139       return nullptr;
3140     return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3141   }
3142   assert(Offset == 0);
3143
3144   if (Size == ElementSize)
3145     return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3146
3147   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3148                                EE = STy->element_end();
3149   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3150     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3151     if (Index == EndIndex)
3152       return nullptr; // Within a single element and its padding.
3153
3154     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3155     // expected size.
3156     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3157     // sub-struct to find a natural end point.
3158     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3159       return nullptr;
3160
3161     assert(Index < EndIndex);
3162     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3163   }
3164
3165   // Try to build up a sub-structure.
3166   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE),
3167                                       STy->isPacked());
3168   const StructLayout *SubSL = DL.getStructLayout(SubTy);
3169   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3170     return nullptr; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3171
3172   return SubTy;
3173 }
3174
3175 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3176 ///
3177 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3178 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3179 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3180 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3181 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3182 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3183 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3184 /// promoted.
3185 bool SROA::rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS,
3186                             AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
3187                             int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
3188                             ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
3189   assert(BeginOffset < EndOffset);
3190   uint64_t SliceSize = EndOffset - BeginOffset;
3191
3192   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3193   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3194   // or an i8 array of an appropriate size.
3195   Type *SliceTy = nullptr;
3196   if (Type *CommonUseTy = findCommonType(B, E, EndOffset))
3197     if (DL->getTypeAllocSize(CommonUseTy) >= SliceSize)
3198       SliceTy = CommonUseTy;
3199   if (!SliceTy)
3200     if (Type *TypePartitionTy = getTypePartition(*DL, AI.getAllocatedType(),
3201                                                  BeginOffset, SliceSize))
3202       SliceTy = TypePartitionTy;
3203   if ((!SliceTy || (SliceTy->isArrayTy() &&
3204                     SliceTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3205       DL->isLegalInteger(SliceSize * 8))
3206     SliceTy = Type::getIntNTy(*C, SliceSize * 8);
3207   if (!SliceTy)
3208     SliceTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), SliceSize);
3209   assert(DL->getTypeAllocSize(SliceTy) >= SliceSize);
3210
3211   bool IsIntegerPromotable = isIntegerWideningViable(
3212       *DL, SliceTy, BeginOffset, AllocaSlices::const_range(B, E), SplitUses);
3213
3214   VectorType *VecTy =
3215       IsIntegerPromotable
3216           ? nullptr
3217           : isVectorPromotionViable(*DL, BeginOffset, EndOffset,
3218                                     AllocaSlices::const_range(B, E), SplitUses);
3219   if (VecTy)
3220     SliceTy = VecTy;
3221
3222   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3223   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3224   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3225   // perform phi and select speculation.
3226   AllocaInst *NewAI;
3227   if (SliceTy == AI.getAllocatedType()) {
3228     assert(BeginOffset == 0 &&
3229            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3230     NewAI = &AI;
3231     // FIXME: We should be able to bail at this point with "nothing changed".
3232     // FIXME: We might want to defer PHI speculation until after here.
3233   } else {
3234     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3235     if (!Alignment) {
3236       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3237       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3238       // type.
3239       Alignment = DL->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3240     }
3241     Alignment = MinAlign(Alignment, BeginOffset);
3242     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3243     // the alloca's alignment unconstrained.
3244     if (Alignment <= DL->getABITypeAlignment(SliceTy))
3245       Alignment = 0;
3246     NewAI =
3247         new AllocaInst(SliceTy, nullptr, Alignment,
3248                        AI.getName() + ".sroa." + Twine(B - AS.begin()), &AI);
3249     ++NumNewAllocas;
3250   }
3251
3252   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3253                << "[" << BeginOffset << "," << EndOffset << ") to: " << *NewAI
3254                << "\n");
3255
3256   // Track the high watermark on the worklist as it is only relevant for
3257   // promoted allocas. We will reset it to this point if the alloca is not in
3258   // fact scheduled for promotion.
3259   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3260   unsigned NumUses = 0;
3261   SmallPtrSet<PHINode *, 8> PHIUsers;
3262   SmallPtrSet<SelectInst *, 8> SelectUsers;
3263
3264   AllocaSliceRewriter Rewriter(*DL, AS, *this, AI, *NewAI, BeginOffset,
3265                                EndOffset, IsIntegerPromotable, VecTy, PHIUsers,
3266                                SelectUsers);
3267   bool Promotable = true;
3268   for (auto & SplitUse : SplitUses) {
3269     DEBUG(dbgs() << "  rewriting split ");
3270     DEBUG(AS.printSlice(dbgs(), SplitUse, ""));
3271     Promotable &= Rewriter.visit(SplitUse);
3272     ++NumUses;
3273   }
3274   for (AllocaSlices::iterator I = B; I != E; ++I) {
3275     DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3276     DEBUG(AS.printSlice(dbgs(), I, ""));
3277     Promotable &= Rewriter.visit(I);
3278     ++NumUses;
3279   }
3280
3281   NumAllocaPartitionUses += NumUses;
3282   MaxUsesPerAllocaPartition =
3283       std::max<unsigned>(NumUses, MaxUsesPerAllocaPartition);
3284
3285   // Now that we've processed all the slices in the new partition, check if any
3286   // PHIs or Selects would block promotion.
3287   for (SmallPtrSetImpl<PHINode *>::iterator I = PHIUsers.begin(),
3288                                             E = PHIUsers.end();
3289        I != E; ++I)
3290     if (!isSafePHIToSpeculate(**I, DL)) {
3291       Promotable = false;
3292       PHIUsers.clear();
3293       SelectUsers.clear();
3294       break;
3295     }
3296   for (SmallPtrSetImpl<SelectInst *>::iterator I = SelectUsers.begin(),
3297                                                E = SelectUsers.end();
3298        I != E; ++I)
3299     if (!isSafeSelectToSpeculate(**I, DL)) {
3300       Promotable = false;
3301       PHIUsers.clear();
3302       SelectUsers.clear();
3303       break;
3304     }
3305
3306   if (Promotable) {
3307     if (PHIUsers.empty() && SelectUsers.empty()) {
3308       // Promote the alloca.
3309       PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3310     } else {
3311       // If we have either PHIs or Selects to speculate, add them to those
3312       // worklists and re-queue the new alloca so that we promote in on the
3313       // next iteration.
3314       for (PHINode *PHIUser : PHIUsers)
3315         SpeculatablePHIs.insert(PHIUser);
3316       for (SelectInst *SelectUser : SelectUsers)
3317         SpeculatableSelects.insert(SelectUser);
3318       Worklist.insert(NewAI);
3319     }
3320   } else {
3321     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3322     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3323     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3324     if (NewAI != &AI)
3325       Worklist.insert(NewAI);
3326
3327     // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3328     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3329       PostPromotionWorklist.pop_back();
3330   }
3331
3332   return true;
3333 }
3334
3335 static void
3336 removeFinishedSplitUses(SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator> &SplitUses,
3337                         uint64_t &MaxSplitUseEndOffset, uint64_t Offset) {
3338   if (Offset >= MaxSplitUseEndOffset) {
3339     SplitUses.clear();
3340     MaxSplitUseEndOffset = 0;
3341     return;
3342   }
3343
3344   size_t SplitUsesOldSize = SplitUses.size();
3345   SplitUses.erase(std::remove_if(SplitUses.begin(), SplitUses.end(),
3346                                  [Offset](const AllocaSlices::iterator &I) {
3347                     return I->endOffset() <= Offset;
3348                   }),
3349                   SplitUses.end());
3350   if (SplitUsesOldSize == SplitUses.size())
3351     return;
3352
3353   // Recompute the max. While this is linear, so is remove_if.
3354   MaxSplitUseEndOffset = 0;
3355   for (AllocaSlices::iterator SplitUse : SplitUses)
3356     MaxSplitUseEndOffset =
3357         std::max(SplitUse->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3358 }
3359
3360 /// \brief Walks the slices of an alloca and form partitions based on them,
3361 /// rewriting each of their uses.
3362 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS) {
3363   if (AS.begin() == AS.end())
3364     return false;
3365
3366   unsigned NumPartitions = 0;
3367   bool Changed = false;
3368   SmallVector<AllocaSlices::iterator, 4> SplitUses;
3369   uint64_t MaxSplitUseEndOffset = 0;
3370
3371   uint64_t BeginOffset = AS.begin()->beginOffset();
3372
3373   for (AllocaSlices::iterator SI = AS.begin(), SJ = std::next(SI),
3374                               SE = AS.end();
3375        SI != SE; SI = SJ) {
3376     uint64_t MaxEndOffset = SI->endOffset();
3377
3378     if (!SI->isSplittable()) {
3379       // When we're forming an unsplittable region, it must always start at the
3380       // first slice and will extend through its end.
3381       assert(BeginOffset == SI->beginOffset());
3382
3383       // Form a partition including all of the overlapping slices with this
3384       // unsplittable slice.
3385       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3386         if (!SJ->isSplittable())
3387           MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3388         ++SJ;
3389       }
3390     } else {
3391       assert(SI->isSplittable()); // Established above.
3392
3393       // Collect all of the overlapping splittable slices.
3394       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset &&
3395              SJ->isSplittable()) {
3396         MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3397         ++SJ;
3398       }
3399
3400       // Back up MaxEndOffset and SJ if we ended the span early when
3401       // encountering an unsplittable slice.
3402       if (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3403         assert(!SJ->isSplittable());
3404         MaxEndOffset = SJ->beginOffset();
3405       }
3406     }
3407
3408     // Check if we have managed to move the end offset forward yet. If so,
3409     // we'll have to rewrite uses and erase old split uses.
3410     if (BeginOffset < MaxEndOffset) {
3411       // Rewrite a sequence of overlapping slices.
3412       Changed |= rewritePartition(AI, AS, SI, SJ, BeginOffset, MaxEndOffset,
3413                                   SplitUses);
3414       ++NumPartitions;
3415
3416       removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset, MaxEndOffset);
3417     }
3418
3419     // Accumulate all the splittable slices from the [SI,SJ) region which
3420     // overlap going forward.
3421     for (AllocaSlices::iterator SK = SI; SK != SJ; ++SK)
3422       if (SK->isSplittable() && SK->endOffset() > MaxEndOffset) {
3423         SplitUses.push_back(SK);
3424         MaxSplitUseEndOffset = std::max(SK->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3425       }
3426
3427     // If we're already at the end and we have no split uses, we're done.
3428     if (SJ == SE && SplitUses.empty())
3429       break;
3430
3431     // If we have no split uses or no gap in offsets, we're ready to move to
3432     // the next slice.
3433     if (SplitUses.empty() || (SJ != SE && MaxEndOffset == SJ->beginOffset())) {
3434       BeginOffset = SJ->beginOffset();
3435       continue;
3436     }
3437
3438     // Even if we have split slices, if the next slice is splittable and the
3439     // split slices reach it, we can simply set up the beginning offset of the
3440     // next iteration to bridge between them.
3441     if (SJ != SE && SJ->isSplittable() &&
3442         MaxSplitUseEndOffset > SJ->beginOffset()) {
3443       BeginOffset = MaxEndOffset;
3444       continue;
3445     }
3446
3447     // Otherwise, we have a tail of split slices. Rewrite them with an empty
3448     // range of slices.
3449     uint64_t PostSplitEndOffset =
3450         SJ == SE ? MaxSplitUseEndOffset : SJ->beginOffset();
3451
3452     Changed |= rewritePartition(AI, AS, SJ, SJ, MaxEndOffset,
3453                                 PostSplitEndOffset, SplitUses);
3454     ++NumPartitions;
3455
3456     if (SJ == SE)
3457       break; // Skip the rest, we don't need to do any cleanup.
3458
3459     removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset,
3460                             PostSplitEndOffset);
3461
3462     // Now just reset the begin offset for the next iteration.
3463     BeginOffset = SJ->beginOffset();
3464   }
3465
3466   NumAllocaPartitions += NumPartitions;
3467   MaxPartitionsPerAlloca =
3468       std::max<unsigned>(NumPartitions, MaxPartitionsPerAlloca);
3469
3470   return Changed;
3471 }
3472
3473 /// \brief Clobber a use with undef, deleting the used value if it becomes dead.
3474 void SROA::clobberUse(Use &U) {
3475   Value *OldV = U;
3476   // Replace the use with an undef value.
3477   U = UndefValue::get(OldV->getType());
3478
3479   // Check for this making an instruction dead. We have to garbage collect
3480   // all the dead instructions to ensure the uses of any alloca end up being
3481   // minimal.
3482   if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3483     if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3484       DeadInsts.insert(OldI);
3485     }
3486 }
3487
3488 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3489 ///
3490 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3491 /// the slices of the alloca, and then hands it off to be split and
3492 /// rewritten as needed.
3493 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3494   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3495   ++NumAllocasAnalyzed;
3496
3497   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3498   if (AI.use_empty()) {
3499     AI.eraseFromParent();
3500     return true;
3501   }
3502
3503   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3504   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3505       DL->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3506     return false;
3507
3508   bool Changed = false;
3509
3510   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3511   // better splitting and promotion opportunities.
3512   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*DL);
3513   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3514
3515   // Build the slices using a recursive instruction-visiting builder.
3516   AllocaSlices AS(*DL, AI);
3517   DEBUG(AS.print(dbgs()));
3518   if (AS.isEscaped())
3519     return Changed;
3520
3521   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3522   for (Instruction *DeadUser : AS.getDeadUsers()) {
3523     // Free up everything used by this instruction.
3524     for (Use &DeadOp : DeadUser->operands())
3525       clobberUse(DeadOp);
3526
3527     // Now replace the uses of this instruction.
3528     DeadUser->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(DeadUser->getType()));
3529
3530     // And mark it for deletion.
3531     DeadInsts.insert(DeadUser);
3532     Changed = true;
3533   }
3534   for (Use *DeadOp : AS.getDeadOperands()) {
3535     clobberUse(*DeadOp);
3536     Changed = true;
3537   }
3538
3539   // No slices to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3540   if (AS.begin() == AS.end())
3541     return Changed;
3542
3543   Changed |= splitAlloca(AI, AS);
3544
3545   DEBUG(dbgs() << "  Speculating PHIs\n");
3546   while (!SpeculatablePHIs.empty())
3547     speculatePHINodeLoads(*SpeculatablePHIs.pop_back_val());
3548
3549   DEBUG(dbgs() << "  Speculating Selects\n");
3550   while (!SpeculatableSelects.empty())
3551     speculateSelectInstLoads(*SpeculatableSelects.pop_back_val());
3552
3553   return Changed;
3554 }
3555
3556 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3557 ///
3558 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3559 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3560 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3561 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3562 ///
3563 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3564 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3565 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSetImpl<AllocaInst*> &DeletedAllocas) {
3566   while (!DeadInsts.empty()) {
3567     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3568     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3569
3570     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
3571
3572     for (Use &Operand : I->operands())
3573       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Operand)) {
3574         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3575         Operand = nullptr;
3576         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3577           DeadInsts.insert(U);
3578       }
3579
3580     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3581       DeletedAllocas.insert(AI);
3582
3583     ++NumDeleted;
3584     I->eraseFromParent();
3585   }
3586 }
3587
3588 static void enqueueUsersInWorklist(Instruction &I,
3589                                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist,
3590                                    SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Visited) {
3591   for (User *U : I.users())
3592     if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)).second)
3593       Worklist.push_back(cast<Instruction>(U));
3594 }
3595
3596 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3597 ///
3598 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3599 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3600 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3601 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3602 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3603 /// promotion occurred.
3604 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3605   if (PromotableAllocas.empty())
3606     return false;
3607
3608   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3609
3610   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3611     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3612     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT, nullptr, AT);
3613     PromotableAllocas.clear();
3614     return true;
3615   }
3616
3617   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3618   SSAUpdater SSA;
3619   DIBuilder DIB(*F.getParent(), /*AllowUnresolved*/ false);
3620   SmallVector<Instruction *, 64> Insts;
3621
3622   // We need a worklist to walk the uses of each alloca.
3623   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
3624   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3625   SmallVector<Instruction *, 32> DeadInsts;
3626
3627   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3628     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3629     Insts.clear();
3630     Worklist.clear();
3631     Visited.clear();
3632
3633     enqueueUsersInWorklist(*AI, Worklist, Visited);
3634
3635     while (!Worklist.empty()) {
3636       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3637
3638       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3639       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3640       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3641       // scalar values produced.
3642       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3643         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3644                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3645         II->eraseFromParent();
3646         continue;
3647       }
3648
3649       // Push the loads and stores we find onto the list. SROA will already
3650       // have validated that all loads and stores are viable candidates for
3651       // promotion.
3652       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3653         assert(LI->getType() == AI->getAllocatedType());
3654         Insts.push_back(LI);
3655         continue;
3656       }
3657       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
3658         assert(SI->getValueOperand()->getType() == AI->getAllocatedType());
3659         Insts.push_back(SI);
3660         continue;
3661       }
3662
3663       // For everything else, we know that only no-op bitcasts and GEPs will
3664       // make it this far, just recurse through them and recall them for later
3665       // removal.
3666       DeadInsts.push_back(I);
3667       enqueueUsersInWorklist(*I, Worklist, Visited);
3668     }
3669     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3670     while (!DeadInsts.empty())
3671       DeadInsts.pop_back_val()->eraseFromParent();
3672     AI->eraseFromParent();
3673   }
3674
3675   PromotableAllocas.clear();
3676   return true;
3677 }
3678
3679 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3680   if (skipOptnoneFunction(F))
3681     return false;
3682
3683   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3684   C = &F.getContext();
3685   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
3686   if (!DLP) {
3687     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3688     return false;
3689   }
3690   DL = &DLP->getDataLayout();
3691   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
3692       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
3693   DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
3694   AT = &getAnalysis<AssumptionTracker>();
3695
3696   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3697   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = std::prev(EntryBB.end());
3698        I != E; ++I)
3699     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3700       Worklist.insert(AI);
3701
3702   bool Changed = false;
3703   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3704   // the list of promotable allocas.
3705   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3706
3707   do {
3708     while (!Worklist.empty()) {
3709       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3710       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3711
3712       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3713       // continue processing them.
3714       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3715         auto IsInSet = [&](AllocaInst *AI) {
3716           return DeletedAllocas.count(AI);
3717         };
3718         Worklist.remove_if(IsInSet);
3719         PostPromotionWorklist.remove_if(IsInSet);
3720         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3721                                                PromotableAllocas.end(),
3722                                                IsInSet),
3723                                 PromotableAllocas.end());
3724         DeletedAllocas.clear();
3725       }
3726     }
3727
3728     Changed |= promoteAllocas(F);
3729
3730     Worklist = PostPromotionWorklist;
3731     PostPromotionWorklist.clear();
3732   } while (!Worklist.empty());
3733
3734   return Changed;
3735 }
3736
3737 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3738   AU.addRequired<AssumptionTracker>();
3739   if (RequiresDomTree)
3740     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
3741   AU.setPreservesCFG();
3742 }