Fix another assert failure very similar to PR16651's test case. This
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / SROA.cpp
1 //===- SROA.cpp - Scalar Replacement Of Aggregates ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This transformation implements the well known scalar replacement of
11 /// aggregates transformation. It tries to identify promotable elements of an
12 /// aggregate alloca, and promote them to registers. It will also try to
13 /// convert uses of an element (or set of elements) of an alloca into a vector
14 /// or bitfield-style integer scalar if appropriate.
15 ///
16 /// It works to do this with minimal slicing of the alloca so that regions
17 /// which are merely transferred in and out of external memory remain unchanged
18 /// and are not decomposed to scalar code.
19 ///
20 /// Because this also performs alloca promotion, it can be thought of as also
21 /// serving the purpose of SSA formation. The algorithm iterates on the
22 /// function until all opportunities for promotion have been realized.
23 ///
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25
26 #define DEBUG_TYPE "sroa"
27 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
28 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
29 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
32 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
33 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
34 #include "llvm/Analysis/PtrUseVisitor.h"
35 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
36 #include "llvm/DIBuilder.h"
37 #include "llvm/DebugInfo.h"
38 #include "llvm/IR/Constants.h"
39 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
40 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
41 #include "llvm/IR/Function.h"
42 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
43 #include "llvm/IR/Instructions.h"
44 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
45 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
46 #include "llvm/IR/Operator.h"
47 #include "llvm/InstVisitor.h"
48 #include "llvm/Pass.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Compiler.h"
51 #include "llvm/Support/Debug.h"
52 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
53 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
54 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
55 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
58 using namespace llvm;
59
60 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
61 STATISTIC(NumAllocaPartitions, "Number of alloca partitions formed");
62 STATISTIC(MaxPartitionsPerAlloca, "Maximum number of partitions");
63 STATISTIC(NumAllocaPartitionUses, "Number of alloca partition uses found");
64 STATISTIC(MaxPartitionUsesPerAlloca, "Maximum number of partition uses");
65 STATISTIC(NumNewAllocas, "Number of new, smaller allocas introduced");
66 STATISTIC(NumPromoted, "Number of allocas promoted to SSA values");
67 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
68 STATISTIC(NumDeleted, "Number of instructions deleted");
69 STATISTIC(NumVectorized, "Number of vectorized aggregates");
70
71 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
72 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
73 static cl::opt<bool>
74 ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false), cl::Hidden);
75
76 namespace {
77 /// \brief A custom IRBuilder inserter which prefixes all names if they are
78 /// preserved.
79 template <bool preserveNames = true>
80 class IRBuilderPrefixedInserter :
81     public IRBuilderDefaultInserter<preserveNames> {
82   std::string Prefix;
83
84 public:
85   void SetNamePrefix(const Twine &P) { Prefix = P.str(); }
86
87 protected:
88   void InsertHelper(Instruction *I, const Twine &Name, BasicBlock *BB,
89                     BasicBlock::iterator InsertPt) const {
90     IRBuilderDefaultInserter<preserveNames>::InsertHelper(
91         I, Name.isTriviallyEmpty() ? Name : Prefix + Name, BB, InsertPt);
92   }
93 };
94
95 // Specialization for not preserving the name is trivial.
96 template <>
97 class IRBuilderPrefixedInserter<false> :
98     public IRBuilderDefaultInserter<false> {
99 public:
100   void SetNamePrefix(const Twine &P) {}
101 };
102
103 /// \brief Provide a typedef for IRBuilder that drops names in release builds.
104 #ifndef NDEBUG
105 typedef llvm::IRBuilder<true, ConstantFolder,
106                         IRBuilderPrefixedInserter<true> > IRBuilderTy;
107 #else
108 typedef llvm::IRBuilder<false, ConstantFolder,
109                         IRBuilderPrefixedInserter<false> > IRBuilderTy;
110 #endif
111 }
112
113 namespace {
114 /// \brief A used slice of an alloca.
115 ///
116 /// This structure represents a slice of an alloca used by some instruction. It
117 /// stores both the begin and end offsets of this use, a pointer to the use
118 /// itself, and a flag indicating whether we can classify the use as splittable
119 /// or not when forming partitions of the alloca.
120 class Slice {
121   /// \brief The beginning offset of the range.
122   uint64_t BeginOffset;
123
124   /// \brief The ending offset, not included in the range.
125   uint64_t EndOffset;
126
127   /// \brief Storage for both the use of this slice and whether it can be
128   /// split.
129   PointerIntPair<Use *, 1, bool> UseAndIsSplittable;
130
131 public:
132   Slice() : BeginOffset(), EndOffset() {}
133   Slice(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U, bool IsSplittable)
134       : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset),
135         UseAndIsSplittable(U, IsSplittable) {}
136
137   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
138   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
139
140   bool isSplittable() const { return UseAndIsSplittable.getInt(); }
141   void makeUnsplittable() { UseAndIsSplittable.setInt(false); }
142
143   Use *getUse() const { return UseAndIsSplittable.getPointer(); }
144
145   bool isDead() const { return getUse() == 0; }
146   void kill() { UseAndIsSplittable.setPointer(0); }
147
148   /// \brief Support for ordering ranges.
149   ///
150   /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
151   /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
152   /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
153   /// same start position.
154   bool operator<(const Slice &RHS) const {
155     if (beginOffset() < RHS.beginOffset()) return true;
156     if (beginOffset() > RHS.beginOffset()) return false;
157     if (isSplittable() != RHS.isSplittable()) return !isSplittable();
158     if (endOffset() > RHS.endOffset()) return true;
159     return false;
160   }
161
162   /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
163   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(const Slice &LHS,
164                                               uint64_t RHSOffset) {
165     return LHS.beginOffset() < RHSOffset;
166   }
167   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
168                                               const Slice &RHS) {
169     return LHSOffset < RHS.beginOffset();
170   }
171
172   bool operator==(const Slice &RHS) const {
173     return isSplittable() == RHS.isSplittable() &&
174            beginOffset() == RHS.beginOffset() && endOffset() == RHS.endOffset();
175   }
176   bool operator!=(const Slice &RHS) const { return !operator==(RHS); }
177 };
178 } // end anonymous namespace
179
180 namespace llvm {
181 template <typename T> struct isPodLike;
182 template <> struct isPodLike<Slice> {
183    static const bool value = true;
184 };
185 }
186
187 namespace {
188 /// \brief Representation of the alloca slices.
189 ///
190 /// This class represents the slices of an alloca which are formed by its
191 /// various uses. If a pointer escapes, we can't fully build a representation
192 /// for the slices used and we reflect that in this structure. The uses are
193 /// stored, sorted by increasing beginning offset and with unsplittable slices
194 /// starting at a particular offset before splittable slices.
195 class AllocaSlices {
196 public:
197   /// \brief Construct the slices of a particular alloca.
198   AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI);
199
200   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
201   ///
202   /// If this is true, the slices are never fully built and should be
203   /// ignored.
204   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
205
206   /// \brief Support for iterating over the slices.
207   /// @{
208   typedef SmallVectorImpl<Slice>::iterator iterator;
209   iterator begin() { return Slices.begin(); }
210   iterator end() { return Slices.end(); }
211
212   typedef SmallVectorImpl<Slice>::const_iterator const_iterator;
213   const_iterator begin() const { return Slices.begin(); }
214   const_iterator end() const { return Slices.end(); }
215   /// @}
216
217   /// \brief Allow iterating the dead users for this alloca.
218   ///
219   /// These are instructions which will never actually use the alloca as they
220   /// are outside the allocated range. They are safe to replace with undef and
221   /// delete.
222   /// @{
223   typedef SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator dead_user_iterator;
224   dead_user_iterator dead_user_begin() const { return DeadUsers.begin(); }
225   dead_user_iterator dead_user_end() const { return DeadUsers.end(); }
226   /// @}
227
228   /// \brief Allow iterating the dead expressions referring to this alloca.
229   ///
230   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
231   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
232   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
233   /// need to replace with undef.
234   /// @{
235   typedef SmallVectorImpl<Use *>::const_iterator dead_op_iterator;
236   dead_op_iterator dead_op_begin() const { return DeadOperands.begin(); }
237   dead_op_iterator dead_op_end() const { return DeadOperands.end(); }
238   /// @}
239
240 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
241   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
242   void printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
243                   StringRef Indent = "  ") const;
244   void printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
245                 StringRef Indent = "  ") const;
246   void print(raw_ostream &OS) const;
247   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump(const_iterator I) const;
248   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump() const;
249 #endif
250
251 private:
252   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
253   class SliceBuilder;
254   friend class AllocaSlices::SliceBuilder;
255
256 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
257   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
258   AllocaInst &AI;
259 #endif
260
261   /// \brief The instruction responsible for this alloca not having a known set
262   /// of slices.
263   ///
264   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
265   /// store a pointer to that here and abort trying to form slices of the
266   /// alloca. This will be null if the alloca slices are analyzed successfully.
267   Instruction *PointerEscapingInstr;
268
269   /// \brief The slices of the alloca.
270   ///
271   /// We store a vector of the slices formed by uses of the alloca here. This
272   /// vector is sorted by increasing begin offset, and then the unsplittable
273   /// slices before the splittable ones. See the Slice inner class for more
274   /// details.
275   SmallVector<Slice, 8> Slices;
276
277   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
278   ///
279   /// Note that these are not separated by slice. This is because we expect an
280   /// alloca to be completely rewritten or not rewritten at all. If rewritten,
281   /// all these instructions can simply be removed and replaced with undef as
282   /// they come from outside of the allocated space.
283   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
284
285   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
286   ///
287   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
288   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
289   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
290   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
291   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
292   /// the alloca.
293   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
294 };
295 }
296
297 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
298   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
299   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
300   // early on.
301   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
302     return SI.getOperand(1+CI->isZero());
303   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
304     return SI.getOperand(1);
305
306   return 0;
307 }
308
309 /// \brief Builder for the alloca slices.
310 ///
311 /// This class builds a set of alloca slices by recursively visiting the uses
312 /// of an alloca and making a slice for each load and store at each offset.
313 class AllocaSlices::SliceBuilder : public PtrUseVisitor<SliceBuilder> {
314   friend class PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
315   friend class InstVisitor<SliceBuilder>;
316   typedef PtrUseVisitor<SliceBuilder> Base;
317
318   const uint64_t AllocSize;
319   AllocaSlices &S;
320
321   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferSliceMap;
322   SmallDenseMap<Instruction *, uint64_t> PHIOrSelectSizes;
323
324   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
325   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
326
327 public:
328   SliceBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaSlices &S)
329       : PtrUseVisitor<SliceBuilder>(DL),
330         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())), S(S) {}
331
332 private:
333   void markAsDead(Instruction &I) {
334     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
335       S.DeadUsers.push_back(&I);
336   }
337
338   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
339                  bool IsSplittable = false) {
340     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
341     // past the end of the allocation.
342     if (Size == 0 || Offset.isNegative() || Offset.uge(AllocSize)) {
343       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
344                    << " which has zero size or starts outside of the "
345                    << AllocSize << " byte alloca:\n"
346                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
347                    << "       use: " << I << "\n");
348       return markAsDead(I);
349     }
350
351     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
352     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
353
354     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
355     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
356     // This may appear superficially to be something we could ignore entirely,
357     // but that is not so! There may be widened loads or PHI-node uses where
358     // some instructions are dead but not others. We can't completely ignore
359     // them, and so have to record at least the information here.
360     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
361     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
362       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
363                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
364                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
365                    << "       use: " << I << "\n");
366       EndOffset = AllocSize;
367     }
368
369     S.Slices.push_back(Slice(BeginOffset, EndOffset, U, IsSplittable));
370   }
371
372   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
373     if (BC.use_empty())
374       return markAsDead(BC);
375
376     return Base::visitBitCastInst(BC);
377   }
378
379   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
380     if (GEPI.use_empty())
381       return markAsDead(GEPI);
382
383     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
384   }
385
386   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
387                          uint64_t Size, bool IsVolatile) {
388     // We allow splitting of loads and stores where the type is an integer type
389     // and cover the entire alloca. This prevents us from splitting over
390     // eagerly.
391     // FIXME: In the great blue eventually, we should eagerly split all integer
392     // loads and stores, and then have a separate step that merges adjacent
393     // alloca partitions into a single partition suitable for integer widening.
394     // Or we should skip the merge step and rely on GVN and other passes to
395     // merge adjacent loads and stores that survive mem2reg.
396     bool IsSplittable =
397         Ty->isIntegerTy() && !IsVolatile && Offset == 0 && Size >= AllocSize;
398
399     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
400   }
401
402   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
403     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
404            "All simple FCA loads should have been pre-split");
405
406     if (!IsOffsetKnown)
407       return PI.setAborted(&LI);
408
409     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI.getType());
410     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, Size, LI.isVolatile());
411   }
412
413   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
414     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
415     if (ValOp == *U)
416       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
417     if (!IsOffsetKnown)
418       return PI.setAborted(&SI);
419
420     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(ValOp->getType());
421
422     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
423     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
424     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
425     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
426     // risk of overflow.
427     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
428     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
429     if (Offset.isNegative() || Size > AllocSize ||
430         Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
431       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte store @" << Offset
432                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
433                    << " byte alloca:\n"
434                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
435                    << "       use: " << SI << "\n");
436       return markAsDead(SI);
437     }
438
439     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
440            "All simple FCA stores should have been pre-split");
441     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, Size, SI.isVolatile());
442   }
443
444
445   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
446     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
447     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
448     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
449         (IsOffsetKnown && !Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize)))
450       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
451       return markAsDead(II);
452
453     if (!IsOffsetKnown)
454       return PI.setAborted(&II);
455
456     insertUse(II, Offset,
457               Length ? Length->getLimitedValue()
458                      : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
459               (bool)Length);
460   }
461
462   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
463     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
464     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
465         (IsOffsetKnown && !Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize)))
466       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
467       return markAsDead(II);
468
469     if (!IsOffsetKnown)
470       return PI.setAborted(&II);
471
472     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
473     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue()
474                            : AllocSize - RawOffset;
475
476     // Check for the special case where the same exact value is used for both
477     // source and dest.
478     if (*U == II.getRawDest() && *U == II.getRawSource()) {
479       // For non-volatile transfers this is a no-op.
480       if (!II.isVolatile())
481         return markAsDead(II);
482
483       return insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/false);;
484     }
485
486     // If we have seen both source and destination for a mem transfer, then
487     // they both point to the same alloca.
488     bool Inserted;
489     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI;
490     llvm::tie(MTPI, Inserted) =
491         MemTransferSliceMap.insert(std::make_pair(&II, S.Slices.size()));
492     unsigned PrevIdx = MTPI->second;
493     if (!Inserted) {
494       Slice &PrevP = S.Slices[PrevIdx];
495
496       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
497       // In that case, we can completely elide the transfer.
498       if (!II.isVolatile() && PrevP.beginOffset() == RawOffset) {
499         PrevP.kill();
500         return markAsDead(II);
501       }
502
503       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
504       // split those.
505       PrevP.makeUnsplittable();
506     }
507
508     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
509     insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/Inserted && Length);
510
511     // Check that we ended up with a valid index in the map.
512     assert(S.Slices[PrevIdx].getUse()->getUser() == &II &&
513            "Map index doesn't point back to a slice with this user.");
514   }
515
516   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
517   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
518   // doesn't make sense.
519   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
520     if (!IsOffsetKnown)
521       return PI.setAborted(&II);
522
523     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
524         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
525       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
526       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
527                                Length->getLimitedValue());
528       insertUse(II, Offset, Size, true);
529       return;
530     }
531
532     Base::visitIntrinsicInst(II);
533   }
534
535   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
536     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
537     // the same offset to be a viable use for slicing purposes. These uses
538     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
539     // size.
540     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
541     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
542     Visited.insert(Root);
543     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
544     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
545     // a size zero access.
546     Size = 0;
547     do {
548       Instruction *I, *UsedI;
549       llvm::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
550
551       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
552         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(LI->getType()));
553         continue;
554       }
555       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
556         Value *Op = SI->getOperand(0);
557         if (Op == UsedI)
558           return SI;
559         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(Op->getType()));
560         continue;
561       }
562
563       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
564         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
565           return GEP;
566       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
567                  !isa<SelectInst>(I)) {
568         return I;
569       }
570
571       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end(); UI != UE;
572            ++UI)
573         if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
574           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(*UI)));
575     } while (!Uses.empty());
576
577     return 0;
578   }
579
580   void visitPHINode(PHINode &PN) {
581     if (PN.use_empty())
582       return markAsDead(PN);
583     if (!IsOffsetKnown)
584       return PI.setAborted(&PN);
585
586     // See if we already have computed info on this node.
587     uint64_t &PHISize = PHIOrSelectSizes[&PN];
588     if (!PHISize) {
589       // This is a new PHI node, check for an unsafe use of the PHI node.
590       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&PN, PHISize))
591         return PI.setAborted(UnsafeI);
592     }
593
594     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
595     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
596     // case them here and use a separate structure to track the operands
597     // themselves which should be replaced with undef.
598     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
599     // for address sanitization.
600     if ((Offset.isNegative() && (-Offset).uge(PHISize)) ||
601         (!Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize))) {
602       S.DeadOperands.push_back(U);
603       return;
604     }
605
606     insertUse(PN, Offset, PHISize);
607   }
608
609   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
610     if (SI.use_empty())
611       return markAsDead(SI);
612     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
613       if (Result == *U)
614         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
615         // through the select as if we had RAUW'ed it.
616         enqueueUsers(SI);
617       else
618         // Otherwise the operand to the select is dead, and we can replace it
619         // with undef.
620         S.DeadOperands.push_back(U);
621
622       return;
623     }
624     if (!IsOffsetKnown)
625       return PI.setAborted(&SI);
626
627     // See if we already have computed info on this node.
628     uint64_t &SelectSize = PHIOrSelectSizes[&SI];
629     if (!SelectSize) {
630       // This is a new Select, check for an unsafe use of it.
631       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&SI, SelectSize))
632         return PI.setAborted(UnsafeI);
633     }
634
635     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
636     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
637     // case them here and use a separate structure to track the operands
638     // themselves which should be replaced with undef.
639     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
640     // for address sanitization.
641     if ((Offset.isNegative() && Offset.uge(SelectSize)) ||
642         (!Offset.isNegative() && Offset.uge(AllocSize))) {
643       S.DeadOperands.push_back(U);
644       return;
645     }
646
647     insertUse(SI, Offset, SelectSize);
648   }
649
650   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
651   void visitInstruction(Instruction &I) {
652     PI.setAborted(&I);
653   }
654 };
655
656 namespace {
657 struct IsSliceDead {
658   bool operator()(const Slice &S) { return S.isDead(); }
659 };
660 }
661
662 AllocaSlices::AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI)
663     :
664 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
665       AI(AI),
666 #endif
667       PointerEscapingInstr(0) {
668   SliceBuilder PB(DL, AI, *this);
669   SliceBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
670   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
671     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
672     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaSlices.
673     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
674                                                   : PtrI.getAbortingInst();
675     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
676     return;
677   }
678
679   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
680   // and the sizes to be in descending order.
681   std::sort(Slices.begin(), Slices.end());
682
683   Slices.erase(std::remove_if(Slices.begin(), Slices.end(), IsSliceDead()),
684                Slices.end());
685
686   // Record how many slices we end up with.
687   NumAllocaPartitions += Slices.size();
688   MaxPartitionsPerAlloca =
689       std::max<unsigned>(Slices.size(), MaxPartitionsPerAlloca);
690
691   NumAllocaPartitionUses += Slices.size();
692   MaxPartitionUsesPerAlloca =
693       std::max<unsigned>(Slices.size(), MaxPartitionUsesPerAlloca);
694 }
695
696 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
697
698 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
699                          StringRef Indent) const {
700   printSlice(OS, I, Indent);
701   printUse(OS, I, Indent);
702 }
703
704 void AllocaSlices::printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
705                               StringRef Indent) const {
706   OS << Indent << "[" << I->beginOffset() << "," << I->endOffset() << ")"
707      << " slice #" << (I - begin())
708      << (I->isSplittable() ? " (splittable)" : "") << "\n";
709 }
710
711 void AllocaSlices::printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
712                             StringRef Indent) const {
713   OS << Indent << "  used by: " << *I->getUse()->getUser() << "\n";
714 }
715
716 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS) const {
717   if (PointerEscapingInstr) {
718     OS << "Can't analyze slices for alloca: " << AI << "\n"
719        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
720        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
721     return;
722   }
723
724   OS << "Slices of alloca: " << AI << "\n";
725   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
726     print(OS, I);
727 }
728
729 void AllocaSlices::dump(const_iterator I) const { print(dbgs(), I); }
730 void AllocaSlices::dump() const { print(dbgs()); }
731
732 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
733
734 namespace {
735 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
736 ///
737 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
738 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
739 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
740 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
741 /// scalar values.
742 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
743   AllocaInst &AI;
744   DIBuilder &DIB;
745
746   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
747   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
748
749 public:
750   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
751                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
752     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
753
754   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
755     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
756     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
757       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
758                                UE = DebugNode->use_end();
759            UI != UE; ++UI)
760         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
761           DDIs.push_back(DDI);
762         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
763           DVIs.push_back(DVI);
764     }
765
766     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
767     AI.eraseFromParent();
768     while (!DDIs.empty())
769       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
770     while (!DVIs.empty())
771       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
772   }
773
774   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
775                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
776     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
777       return LI->getOperand(0) == &AI;
778     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == &AI;
779   }
780
781   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
782     for (SmallVectorImpl<DbgDeclareInst *>::const_iterator I = DDIs.begin(),
783            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
784       DbgDeclareInst *DDI = *I;
785       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
786         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
787       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
788         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
789     }
790     for (SmallVectorImpl<DbgValueInst *>::const_iterator I = DVIs.begin(),
791            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
792       DbgValueInst *DVI = *I;
793       Value *Arg = 0;
794       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
795         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
796         // may be zapped by an optimization pass in future.
797         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
798           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
799         else if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
800           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
801         if (!Arg)
802           Arg = SI->getValueOperand();
803       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
804         Arg = LI->getPointerOperand();
805       } else {
806         continue;
807       }
808       Instruction *DbgVal =
809         DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
810                                      Inst);
811       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
812     }
813   }
814 };
815 } // end anon namespace
816
817
818 namespace {
819 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
820 ///
821 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
822 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
823 /// a few steps to this process.
824 ///
825 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
826 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
827 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
828 ///    as necessary and try to isolate individual scalar accesses.
829 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
830 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
831 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
832 ///    select to be a PHI or select of the results.
833 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
834 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
835 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
836 ///    SSA vector values.
837 class SROA : public FunctionPass {
838   const bool RequiresDomTree;
839
840   LLVMContext *C;
841   const DataLayout *DL;
842   DominatorTree *DT;
843
844   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
845   ///
846   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
847   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
848   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
849   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
850   /// already present to ensure it is re-visited.
851   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
852
853   /// \brief A collection of instructions to delete.
854   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
855   /// efficient.
856   SetVector<Instruction *, SmallVector<Instruction *, 8> > DeadInsts;
857
858   /// \brief Post-promotion worklist.
859   ///
860   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
861   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
862   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
863   ///
864   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
865   /// the event they are deleted.
866   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
867
868   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
869   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
870
871   /// \brief A worklist of PHIs to speculate prior to promoting allocas.
872   ///
873   /// All of these PHIs have been checked for the safety of speculation and by
874   /// being speculated will allow promoting allocas currently in the promotable
875   /// queue.
876   SetVector<PHINode *, SmallVector<PHINode *, 2> > SpeculatablePHIs;
877
878   /// \brief A worklist of select instructions to speculate prior to promoting
879   /// allocas.
880   ///
881   /// All of these select instructions have been checked for the safety of
882   /// speculation and by being speculated will allow promoting allocas
883   /// currently in the promotable queue.
884   SetVector<SelectInst *, SmallVector<SelectInst *, 2> > SpeculatableSelects;
885
886 public:
887   SROA(bool RequiresDomTree = true)
888       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
889         C(0), DL(0), DT(0) {
890     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
891   }
892   bool runOnFunction(Function &F);
893   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
894
895   const char *getPassName() const { return "SROA"; }
896   static char ID;
897
898 private:
899   friend class PHIOrSelectSpeculator;
900   friend class AllocaSliceRewriter;
901
902   bool rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S,
903                         AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
904                         int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
905                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses);
906   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S);
907   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
908   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> &DeletedAllocas);
909   bool promoteAllocas(Function &F);
910 };
911 }
912
913 char SROA::ID = 0;
914
915 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
916   return new SROA(RequiresDomTree);
917 }
918
919 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
920                       false, false)
921 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
922 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
923                     false, false)
924
925 /// Walk the range of a partitioning looking for a common type to cover this
926 /// sequence of slices.
927 static Type *findCommonType(AllocaSlices::const_iterator B,
928                             AllocaSlices::const_iterator E,
929                             uint64_t EndOffset) {
930   Type *Ty = 0;
931   for (AllocaSlices::const_iterator I = B; I != E; ++I) {
932     Use *U = I->getUse();
933     if (isa<IntrinsicInst>(*U->getUser()))
934       continue;
935     if (I->beginOffset() != B->beginOffset() || I->endOffset() != EndOffset)
936       continue;
937
938     Type *UserTy = 0;
939     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser()))
940       UserTy = LI->getType();
941     else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser()))
942       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
943     else
944       return 0; // Bail if we have weird uses.
945
946     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(UserTy)) {
947       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
948       // this for split integer operations where we want to use the type of the
949       // entity causing the split.
950       if (ITy->getBitWidth() / 8 > (EndOffset - B->beginOffset()))
951         continue;
952
953       // If we have found an integer type use covering the alloca, use that
954       // regardless of the other types, as integers are often used for a
955       // "bucket
956       // of bits" type.
957       return ITy;
958     }
959
960     if (Ty && Ty != UserTy)
961       return 0;
962
963     Ty = UserTy;
964   }
965   return Ty;
966 }
967
968 /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
969 /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
970 /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
971 /// From this:
972 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
973 ///   %V = load i32* %P2
974 /// to:
975 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
976 ///   ...
977 ///   %V2 = load i32* %Other
978 ///   ...
979 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
980 ///
981 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
982 /// to the select can be loaded unconditionally.
983 ///
984 /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
985 /// Transforms/Util/Local.h
986 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN,
987                                  const DataLayout *DL = 0) {
988   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
989   // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
990   // TODO: Allow recursive phi users.
991   // TODO: Allow stores.
992   BasicBlock *BB = PN.getParent();
993   unsigned MaxAlign = 0;
994   bool HaveLoad = false;
995   for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end(); UI != UE;
996        ++UI) {
997     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
998     if (LI == 0 || !LI->isSimple())
999       return false;
1000
1001     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1002     // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1003     // a PHI.
1004     if (LI->getParent() != BB)
1005       return false;
1006
1007     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1008     // could store.
1009     for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1010       if (BBI->mayWriteToMemory())
1011         return false;
1012
1013     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1014     HaveLoad = true;
1015   }
1016
1017   if (!HaveLoad)
1018     return false;
1019
1020   // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1021   // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1022   // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1023   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1024     TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1025     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1026
1027     // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1028     // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1029     // in the predecessor.
1030     if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1031       return false;
1032
1033     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1034     // critical.
1035     if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1036       continue;
1037
1038     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1039     // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1040     // block.
1041     if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1042         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, DL))
1043       continue;
1044
1045     return false;
1046   }
1047
1048   return true;
1049 }
1050
1051 static void speculatePHINodeLoads(PHINode &PN) {
1052   DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1053
1054   Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1055   IRBuilderTy PHIBuilder(&PN);
1056   PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1057                                         PN.getName() + ".sroa.speculated");
1058
1059   // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1060   // matter which one we get and if any differ.
1061   LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(*PN.use_begin());
1062   MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1063   unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1064
1065   // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1066   while (!PN.use_empty()) {
1067     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(*PN.use_begin());
1068     LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1069     LI->eraseFromParent();
1070   }
1071
1072   // Inject loads into all of the pred blocks.
1073   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1074     BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1075     TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1076     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1077     IRBuilderTy PredBuilder(TI);
1078
1079     LoadInst *Load = PredBuilder.CreateLoad(
1080         InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." + Pred->getName()));
1081     ++NumLoadsSpeculated;
1082     Load->setAlignment(Align);
1083     if (TBAATag)
1084       Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1085     NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1086   }
1087
1088   DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1089   PN.eraseFromParent();
1090 }
1091
1092 /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1093 /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1094 /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1095 /// From this:
1096 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1097 ///   %V = load i32* %P2
1098 /// to:
1099 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1100 ///   %V2 = load i32* %Other
1101 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1102 ///
1103 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1104 /// to the select can be loaded unconditionally.
1105 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI, const DataLayout *DL = 0) {
1106   Value *TValue = SI.getTrueValue();
1107   Value *FValue = SI.getFalseValue();
1108   bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
1109   bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
1110
1111   for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end(); UI != UE;
1112        ++UI) {
1113     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1114     if (LI == 0 || !LI->isSimple())
1115       return false;
1116
1117     // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1118     // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1119     // accesses to it.
1120     if (!TDerefable &&
1121         !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1122       return false;
1123     if (!FDerefable &&
1124         !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1125       return false;
1126   }
1127
1128   return true;
1129 }
1130
1131 static void speculateSelectInstLoads(SelectInst &SI) {
1132   DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1133
1134   IRBuilderTy IRB(&SI);
1135   Value *TV = SI.getTrueValue();
1136   Value *FV = SI.getFalseValue();
1137   // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1138   while (!SI.use_empty()) {
1139     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(*SI.use_begin());
1140     assert(LI->isSimple() && "We only speculate simple loads");
1141
1142     IRB.SetInsertPoint(LI);
1143     LoadInst *TL =
1144         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1145     LoadInst *FL =
1146         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1147     NumLoadsSpeculated += 2;
1148
1149     // Transfer alignment and TBAA info if present.
1150     TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1151     FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1152     if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1153       TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1154       FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1155     }
1156
1157     Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1158                                 LI->getName() + ".sroa.speculated");
1159
1160     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1161     LI->replaceAllUsesWith(V);
1162     LI->eraseFromParent();
1163   }
1164   SI.eraseFromParent();
1165 }
1166
1167 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1168 ///
1169 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1170 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1171 static Value *buildGEP(IRBuilderTy &IRB, Value *BasePtr,
1172                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1173   if (Indices.empty())
1174     return BasePtr;
1175
1176   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1177   // in that case.
1178   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1179     return BasePtr;
1180
1181   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, "idx");
1182 }
1183
1184 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1185 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1186 ///
1187 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1188 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1189 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1190 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1191 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1192 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1193 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1194                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1195                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1196   if (Ty == TargetTy)
1197     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices);
1198
1199   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1200   // type.
1201   unsigned NumLayers = 0;
1202   Type *ElementTy = Ty;
1203   do {
1204     if (ElementTy->isPointerTy())
1205       break;
1206     if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
1207       ElementTy = SeqTy->getElementType();
1208       // Note that we use the default address space as this index is over an
1209       // array or a vector, not a pointer.
1210       Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(DL.getPointerSizeInBits(0), 0)));
1211     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1212       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1213         break; // Nothing left to descend into.
1214       ElementTy = *STy->element_begin();
1215       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1216     } else {
1217       break;
1218     }
1219     ++NumLayers;
1220   } while (ElementTy != TargetTy);
1221   if (ElementTy != TargetTy)
1222     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1223
1224   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices);
1225 }
1226
1227 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1228 ///
1229 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1230 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1231 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1232                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1233                                        Type *TargetTy,
1234                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1235   if (Offset == 0)
1236     return getNaturalGEPWithType(IRB, DL, Ptr, Ty, TargetTy, Indices);
1237
1238   // We can't recurse through pointer types.
1239   if (Ty->isPointerTy())
1240     return 0;
1241
1242   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1243   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1244   // over a vector from the IR completely.
1245   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1246     unsigned ElementSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1247     if (ElementSizeInBits % 8)
1248       return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1249     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1250     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1251     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1252       return 0;
1253     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1254     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1255     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, VecTy->getElementType(),
1256                                     Offset, TargetTy, Indices);
1257   }
1258
1259   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1260     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1261     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1262     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1263     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1264       return 0;
1265
1266     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1267     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1268     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1269                                     Indices);
1270   }
1271
1272   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1273   if (!STy)
1274     return 0;
1275
1276   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1277   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1278   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1279     return 0;
1280   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1281   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1282   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1283   if (Offset.uge(DL.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1284     return 0; // The offset points into alignment padding.
1285
1286   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1287   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1288                                   Indices);
1289 }
1290
1291 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1292 /// resulting in a particular type.
1293 ///
1294 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1295 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1296 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1297 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1298 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1299 ///
1300 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1301 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1302                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1303                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices) {
1304   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1305
1306   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1307   // an i8.
1308   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
1309     return 0;
1310
1311   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1312   if (!ElementTy->isSized())
1313     return 0; // We can't GEP through an unsized element.
1314   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1315   if (ElementSize == 0)
1316     return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1317   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1318
1319   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1320   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1321   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1322                                   Indices);
1323 }
1324
1325 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1326 /// resulting pointer has PointerTy.
1327 ///
1328 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1329 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1330 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1331 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1332 /// bitcast to the type.
1333 ///
1334 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1335 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1336 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1337 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1338 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1339 /// surrounding code.
1340 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1341                              Value *Ptr, APInt Offset, Type *PointerTy) {
1342   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1343   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1344   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1345   Visited.insert(Ptr);
1346   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1347
1348   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1349   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1350   // fall back to it, so keep it around here.
1351   Value *OffsetPtr = 0;
1352
1353   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1354   // byte offset.
1355   Value *Int8Ptr = 0;
1356   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1357
1358   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1359
1360   do {
1361     // First fold any existing GEPs into the offset.
1362     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1363       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1364       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
1365         break;
1366       Offset += GEPOffset;
1367       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1368       if (!Visited.insert(Ptr))
1369         break;
1370     }
1371
1372     // See if we can perform a natural GEP here.
1373     Indices.clear();
1374     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, DL, Ptr, Offset, TargetTy,
1375                                            Indices)) {
1376       if (P->getType() == PointerTy) {
1377         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1378         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1379           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1380             I->eraseFromParent();
1381         return P;
1382       }
1383       if (!OffsetPtr) {
1384         OffsetPtr = P;
1385       }
1386     }
1387
1388     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1389     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1390       Int8Ptr = Ptr;
1391       Int8PtrOffset = Offset;
1392     }
1393
1394     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1395     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1396       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1397     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1398       if (GA->mayBeOverridden())
1399         break;
1400       Ptr = GA->getAliasee();
1401     } else {
1402       break;
1403     }
1404     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1405   } while (Visited.insert(Ptr));
1406
1407   if (!OffsetPtr) {
1408     if (!Int8Ptr) {
1409       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
1410                                   "raw_cast");
1411       Int8PtrOffset = Offset;
1412     }
1413
1414     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1415       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1416                             "raw_idx");
1417   }
1418   Ptr = OffsetPtr;
1419
1420   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1421   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1422     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, "cast");
1423
1424   return Ptr;
1425 }
1426
1427 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1428 ///
1429 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1430 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1431 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1432 /// underlying value, and convert that value.
1433 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1434   if (OldTy == NewTy)
1435     return true;
1436   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1437     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1438       if (NewITy->getBitWidth() >= OldITy->getBitWidth())
1439         return true;
1440   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1441     return false;
1442   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1443     return false;
1444
1445   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1446     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
1447       return true;
1448     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
1449       return true;
1450     return false;
1451   }
1452
1453   return true;
1454 }
1455
1456 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1457 /// type.
1458 ///
1459 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1460 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1461 /// two types for viability with this routine.
1462 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1463                            Type *Ty) {
1464   assert(canConvertValue(DL, V->getType(), Ty) &&
1465          "Value not convertable to type");
1466   if (V->getType() == Ty)
1467     return V;
1468   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(V->getType()))
1469     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(Ty))
1470       if (NewITy->getBitWidth() > OldITy->getBitWidth())
1471         return IRB.CreateZExt(V, NewITy);
1472   if (V->getType()->isIntegerTy() && Ty->isPointerTy())
1473     return IRB.CreateIntToPtr(V, Ty);
1474   if (V->getType()->isPointerTy() && Ty->isIntegerTy())
1475     return IRB.CreatePtrToInt(V, Ty);
1476
1477   return IRB.CreateBitCast(V, Ty);
1478 }
1479
1480 /// \brief Test whether the given slice use can be promoted to a vector.
1481 ///
1482 /// This function is called to test each entry in a partioning which is slated
1483 /// for a single slice.
1484 static bool isVectorPromotionViableForSlice(
1485     const DataLayout &DL, AllocaSlices &S, uint64_t SliceBeginOffset,
1486     uint64_t SliceEndOffset, VectorType *Ty, uint64_t ElementSize,
1487     AllocaSlices::const_iterator I) {
1488   // First validate the slice offsets.
1489   uint64_t BeginOffset =
1490       std::max(I->beginOffset(), SliceBeginOffset) - SliceBeginOffset;
1491   uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1492   if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1493       BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1494     return false;
1495   uint64_t EndOffset =
1496       std::min(I->endOffset(), SliceEndOffset) - SliceBeginOffset;
1497   uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1498   if (EndIndex * ElementSize != EndOffset || EndIndex > Ty->getNumElements())
1499     return false;
1500
1501   assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1502   uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1503   Type *SliceTy =
1504       (NumElements == 1) ? Ty->getElementType()
1505                          : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1506
1507   Type *SplitIntTy =
1508       Type::getIntNTy(Ty->getContext(), NumElements * ElementSize * 8);
1509
1510   Use *U = I->getUse();
1511
1512   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1513     if (MI->isVolatile())
1514       return false;
1515     if (!I->isSplittable())
1516       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1517   } else if (U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1518     // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1519     return false;
1520   } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1521     if (LI->isVolatile())
1522       return false;
1523     Type *LTy = LI->getType();
1524     if (SliceBeginOffset > I->beginOffset() ||
1525         SliceEndOffset < I->endOffset()) {
1526       assert(LTy->isIntegerTy());
1527       LTy = SplitIntTy;
1528     }
1529     if (!canConvertValue(DL, SliceTy, LTy))
1530       return false;
1531   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1532     if (SI->isVolatile())
1533       return false;
1534     Type *STy = SI->getValueOperand()->getType();
1535     if (SliceBeginOffset > I->beginOffset() ||
1536         SliceEndOffset < I->endOffset()) {
1537       assert(STy->isIntegerTy());
1538       STy = SplitIntTy;
1539     }
1540     if (!canConvertValue(DL, STy, SliceTy))
1541       return false;
1542   } else {
1543     return false;
1544   }
1545
1546   return true;
1547 }
1548
1549 /// \brief Test whether the given alloca partitioning and range of slices can be
1550 /// promoted to a vector.
1551 ///
1552 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1553 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1554 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1555 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1556 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1557 /// be promotable, so we have an early test here.
1558 static bool
1559 isVectorPromotionViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy, AllocaSlices &S,
1560                         uint64_t SliceBeginOffset, uint64_t SliceEndOffset,
1561                         AllocaSlices::const_iterator I,
1562                         AllocaSlices::const_iterator E,
1563                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1564   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
1565   if (!Ty)
1566     return false;
1567
1568   uint64_t ElementSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
1569
1570   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1571   // that aren't byte sized.
1572   if (ElementSize % 8)
1573     return false;
1574   assert((DL.getTypeSizeInBits(Ty) % 8) == 0 &&
1575          "vector size not a multiple of element size?");
1576   ElementSize /= 8;
1577
1578   for (; I != E; ++I)
1579     if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, S, SliceBeginOffset,
1580                                          SliceEndOffset, Ty, ElementSize, I))
1581       return false;
1582
1583   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
1584                                                         SUE = SplitUses.end();
1585        SUI != SUE; ++SUI)
1586     if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, S, SliceBeginOffset,
1587                                          SliceEndOffset, Ty, ElementSize, *SUI))
1588       return false;
1589
1590   return true;
1591 }
1592
1593 /// \brief Test whether a slice of an alloca is valid for integer widening.
1594 ///
1595 /// This implements the necessary checking for the \c isIntegerWideningViable
1596 /// test below on a single slice of the alloca.
1597 static bool isIntegerWideningViableForSlice(const DataLayout &DL,
1598                                             Type *AllocaTy,
1599                                             uint64_t AllocBeginOffset,
1600                                             uint64_t Size, AllocaSlices &S,
1601                                             AllocaSlices::const_iterator I,
1602                                             bool &WholeAllocaOp) {
1603   uint64_t RelBegin = I->beginOffset() - AllocBeginOffset;
1604   uint64_t RelEnd = I->endOffset() - AllocBeginOffset;
1605
1606   // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
1607   // the end of the aloca's type and into its padding.
1608   if (RelEnd > Size)
1609     return false;
1610
1611   Use *U = I->getUse();
1612
1613   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1614     if (LI->isVolatile())
1615       return false;
1616     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1617       WholeAllocaOp = true;
1618     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
1619       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1620         return false;
1621     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1622                !canConvertValue(DL, AllocaTy, LI->getType())) {
1623       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
1624       // they are promotable.
1625       return false;
1626     }
1627   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1628     Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
1629     if (SI->isVolatile())
1630       return false;
1631     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1632       WholeAllocaOp = true;
1633     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
1634       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1635         return false;
1636     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1637                !canConvertValue(DL, ValueTy, AllocaTy)) {
1638       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
1639       // they are promotable.
1640       return false;
1641     }
1642   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1643     if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
1644       return false;
1645     if (!I->isSplittable())
1646       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1647   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1648     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1649         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1650       return false;
1651   } else {
1652     return false;
1653   }
1654
1655   return true;
1656 }
1657
1658 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
1659 /// widened to promotable ones.
1660 ///
1661 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
1662 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
1663 /// promote the resulting alloca.
1664 static bool
1665 isIntegerWideningViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy,
1666                         uint64_t AllocBeginOffset, AllocaSlices &S,
1667                         AllocaSlices::const_iterator I,
1668                         AllocaSlices::const_iterator E,
1669                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1670   uint64_t SizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
1671   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
1672   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
1673     return false;
1674
1675   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
1676   if (SizeInBits != DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
1677     return false;
1678
1679   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
1680   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
1681   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
1682   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
1683   if (!canConvertValue(DL, AllocaTy, IntTy) ||
1684       !canConvertValue(DL, IntTy, AllocaTy))
1685     return false;
1686
1687   uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(AllocaTy);
1688
1689   // While examining uses, we ensure that the alloca has a covering load or
1690   // store. We don't want to widen the integer operations only to fail to
1691   // promote due to some other unsplittable entry (which we may make splittable
1692   // later). However, if there are only splittable uses, go ahead and assume
1693   // that we cover the alloca.
1694   bool WholeAllocaOp = (I != E) ? false : DL.isLegalInteger(SizeInBits);
1695
1696   for (; I != E; ++I)
1697     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1698                                          S, I, WholeAllocaOp))
1699       return false;
1700
1701   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
1702                                                         SUE = SplitUses.end();
1703        SUI != SUE; ++SUI)
1704     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1705                                          S, *SUI, WholeAllocaOp))
1706       return false;
1707
1708   return WholeAllocaOp;
1709 }
1710
1711 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1712                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
1713                              const Twine &Name) {
1714   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1715   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
1716   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1717          "Element extends past full value");
1718   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1719   if (DL.isBigEndian())
1720     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1721   if (ShAmt) {
1722     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
1723     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1724   }
1725   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1726          "Cannot extract to a larger integer!");
1727   if (Ty != IntTy) {
1728     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
1729     DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
1730   }
1731   return V;
1732 }
1733
1734 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *Old,
1735                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
1736   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
1737   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
1738   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1739          "Cannot insert a larger integer!");
1740   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1741   if (Ty != IntTy) {
1742     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
1743     DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
1744   }
1745   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1746          "Element store outside of alloca store");
1747   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1748   if (DL.isBigEndian())
1749     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1750   if (ShAmt) {
1751     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
1752     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1753   }
1754
1755   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
1756     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
1757     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
1758     DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
1759     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
1760     DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
1761   }
1762   return V;
1763 }
1764
1765 static Value *extractVector(IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1766                             unsigned BeginIndex, unsigned EndIndex,
1767                             const Twine &Name) {
1768   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
1769   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1770   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
1771
1772   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
1773     return V;
1774
1775   if (NumElements == 1) {
1776     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1777                                  Name + ".extract");
1778     DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
1779     return V;
1780   }
1781
1782   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1783   Mask.reserve(NumElements);
1784   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
1785     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
1786   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1787                               ConstantVector::get(Mask),
1788                               Name + ".extract");
1789   DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
1790   return V;
1791 }
1792
1793 static Value *insertVector(IRBuilderTy &IRB, Value *Old, Value *V,
1794                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
1795   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
1796   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
1797
1798   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
1799   if (!Ty) {
1800     // Single element to insert.
1801     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1802                                 Name + ".insert");
1803     DEBUG(dbgs() <<  "     insert: " << *V << "\n");
1804     return V;
1805   }
1806
1807   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
1808          "Too many elements!");
1809   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
1810     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
1811     return V;
1812   }
1813   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
1814
1815   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
1816   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
1817   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
1818   // incoming vector.
1819   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1820   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
1821   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1822     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
1823       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
1824     else
1825       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
1826   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1827                               ConstantVector::get(Mask),
1828                               Name + ".expand");
1829   DEBUG(dbgs() << "    shuffle: " << *V << "\n");
1830
1831   Mask.clear();
1832   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1833     Mask.push_back(IRB.getInt1(i >= BeginIndex && i < EndIndex));
1834
1835   V = IRB.CreateSelect(ConstantVector::get(Mask), V, Old, Name + "blend");
1836
1837   DEBUG(dbgs() << "    blend: " << *V << "\n");
1838   return V;
1839 }
1840
1841 namespace {
1842 /// \brief Visitor to rewrite instructions using p particular slice of an alloca
1843 /// to use a new alloca.
1844 ///
1845 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
1846 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
1847 /// lives here.
1848 class AllocaSliceRewriter : public InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> {
1849   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1850   friend class llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
1851   typedef llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> Base;
1852
1853   const DataLayout &DL;
1854   AllocaSlices &S;
1855   SROA &Pass;
1856   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
1857   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
1858   Type *NewAllocaTy;
1859
1860   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
1861   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
1862   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
1863   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
1864   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
1865   //     element.
1866   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
1867   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
1868   //     which are promotable via mem2reg.
1869   VectorType *VecTy;
1870   Type *ElementTy;
1871   uint64_t ElementSize;
1872
1873   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
1874   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
1875   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
1876   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
1877   IntegerType *IntTy;
1878
1879   // The offset of the slice currently being rewritten.
1880   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
1881   bool IsSplittable;
1882   bool IsSplit;
1883   Use *OldUse;
1884   Instruction *OldPtr;
1885
1886   // Utility IR builder, whose name prefix is setup for each visited use, and
1887   // the insertion point is set to point to the user.
1888   IRBuilderTy IRB;
1889
1890 public:
1891   AllocaSliceRewriter(const DataLayout &DL, AllocaSlices &S, SROA &Pass,
1892                       AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
1893                       uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset,
1894                       bool IsVectorPromotable = false,
1895                       bool IsIntegerPromotable = false)
1896       : DL(DL), S(S), Pass(Pass), OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
1897         NewAllocaBeginOffset(NewBeginOffset), NewAllocaEndOffset(NewEndOffset),
1898         NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
1899         VecTy(IsVectorPromotable ? cast<VectorType>(NewAllocaTy) : 0),
1900         ElementTy(VecTy ? VecTy->getElementType() : 0),
1901         ElementSize(VecTy ? DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8 : 0),
1902         IntTy(IsIntegerPromotable
1903                   ? Type::getIntNTy(
1904                         NewAI.getContext(),
1905                         DL.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()))
1906                   : 0),
1907         BeginOffset(), EndOffset(), IsSplittable(), IsSplit(), OldUse(),
1908         OldPtr(), IRB(NewAI.getContext(), ConstantFolder()) {
1909     if (VecTy) {
1910       assert((DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) % 8) == 0 &&
1911              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
1912       ++NumVectorized;
1913     }
1914     assert((!IsVectorPromotable && !IsIntegerPromotable) ||
1915            IsVectorPromotable != IsIntegerPromotable);
1916   }
1917
1918   bool visit(AllocaSlices::const_iterator I) {
1919     bool CanSROA = true;
1920     BeginOffset = I->beginOffset();
1921     EndOffset = I->endOffset();
1922     IsSplittable = I->isSplittable();
1923     IsSplit =
1924         BeginOffset < NewAllocaBeginOffset || EndOffset > NewAllocaEndOffset;
1925
1926     OldUse = I->getUse();
1927     OldPtr = cast<Instruction>(OldUse->get());
1928
1929     Instruction *OldUserI = cast<Instruction>(OldUse->getUser());
1930     IRB.SetInsertPoint(OldUserI);
1931     IRB.SetCurrentDebugLocation(OldUserI->getDebugLoc());
1932     IRB.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) + ".");
1933
1934     CanSROA &= visit(cast<Instruction>(OldUse->getUser()));
1935     if (VecTy || IntTy)
1936       assert(CanSROA);
1937     return CanSROA;
1938   }
1939
1940 private:
1941   // Make sure the other visit overloads are visible.
1942   using Base::visit;
1943
1944   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
1945   bool visitInstruction(Instruction &I) {
1946     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
1947     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
1948   }
1949
1950   Value *getAdjustedAllocaPtr(IRBuilderTy &IRB, uint64_t Offset,
1951                               Type *PointerTy) {
1952     assert(Offset >= NewAllocaBeginOffset);
1953     return getAdjustedPtr(IRB, DL, &NewAI, APInt(DL.getPointerSizeInBits(),
1954                                                  Offset - NewAllocaBeginOffset),
1955                           PointerTy);
1956   }
1957
1958   /// \brief Compute suitable alignment to access an offset into the new alloca.
1959   unsigned getOffsetAlign(uint64_t Offset) {
1960     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
1961     if (!NewAIAlign)
1962       NewAIAlign = DL.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
1963     return MinAlign(NewAIAlign, Offset);
1964   }
1965
1966   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at an offset of the
1967   /// new alloca.
1968   ///
1969   /// \returns zero if the type's ABI alignment is a suitable alignment,
1970   /// otherwise returns the maximal suitable alignment.
1971   unsigned getOffsetTypeAlign(Type *Ty, uint64_t Offset) {
1972     unsigned Align = getOffsetAlign(Offset);
1973     return Align == DL.getABITypeAlignment(Ty) ? 0 : Align;
1974   }
1975
1976   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
1977     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
1978     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
1979     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
1980     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
1981     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
1982     return Index;
1983   }
1984
1985   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
1986     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
1987     if (isInstructionTriviallyDead(I))
1988       Pass.DeadInsts.insert(I);
1989   }
1990
1991   Value *rewriteVectorizedLoadInst(uint64_t NewBeginOffset,
1992                                    uint64_t NewEndOffset) {
1993     unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
1994     unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
1995     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1996
1997     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
1998                                      "load");
1999     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2000   }
2001
2002   Value *rewriteIntegerLoad(LoadInst &LI, uint64_t NewBeginOffset,
2003                             uint64_t NewEndOffset) {
2004     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2005     assert(!LI.isVolatile());
2006     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2007                                      "load");
2008     V = convertValue(DL, IRB, V, IntTy);
2009     assert(NewBeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2010     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2011     if (Offset > 0 || NewEndOffset < NewAllocaEndOffset)
2012       V = extractInteger(DL, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2013                          "extract");
2014     return V;
2015   }
2016
2017   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2018     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2019     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2020     assert(OldOp == OldPtr);
2021
2022     // Compute the intersecting offset range.
2023     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2024     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2025     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2026     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2027
2028     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2029
2030     Type *TargetTy = IsSplit ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), Size * 8)
2031                              : LI.getType();
2032     bool IsPtrAdjusted = false;
2033     Value *V;
2034     if (VecTy) {
2035       V = rewriteVectorizedLoadInst(NewBeginOffset, NewEndOffset);
2036     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2037       V = rewriteIntegerLoad(LI, NewBeginOffset, NewEndOffset);
2038     } else if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2039                canConvertValue(DL, NewAllocaTy, LI.getType())) {
2040       V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2041                                 LI.isVolatile(), "load");
2042     } else {
2043       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo();
2044       V = IRB.CreateAlignedLoad(
2045           getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, LTy),
2046           getOffsetTypeAlign(TargetTy, NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset),
2047           LI.isVolatile(), "load");
2048       IsPtrAdjusted = true;
2049     }
2050     V = convertValue(DL, IRB, V, TargetTy);
2051
2052     if (IsSplit) {
2053       assert(!LI.isVolatile());
2054       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2055              "Only integer type loads and stores are split");
2056       assert(Size < DL.getTypeStoreSize(LI.getType()) &&
2057              "Split load isn't smaller than original load");
2058       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2059              DL.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2060              "Non-byte-multiple bit width");
2061       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2062       IRB.SetInsertPoint(llvm::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2063       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2064       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2065       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2066       // LI only used for this computation.
2067       Value *Placeholder
2068         = new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo()));
2069       V = insertInteger(DL, IRB, Placeholder, V, NewBeginOffset,
2070                         "insert");
2071       LI.replaceAllUsesWith(V);
2072       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2073       delete Placeholder;
2074     } else {
2075       LI.replaceAllUsesWith(V);
2076     }
2077
2078     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2079     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2080     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2081     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2082   }
2083
2084   bool rewriteVectorizedStoreInst(Value *V, StoreInst &SI, Value *OldOp,
2085                                   uint64_t NewBeginOffset,
2086                                   uint64_t NewEndOffset) {
2087     if (V->getType() != VecTy) {
2088       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2089       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2090       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2091       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2092       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2093       Type *SliceTy =
2094           (NumElements == 1) ? ElementTy
2095                              : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2096       if (V->getType() != SliceTy)
2097         V = convertValue(DL, IRB, V, SliceTy);
2098
2099       // Mix in the existing elements.
2100       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2101                                          "load");
2102       V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, "vec");
2103     }
2104     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2105     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2106
2107     (void)Store;
2108     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2109     return true;
2110   }
2111
2112   bool rewriteIntegerStore(Value *V, StoreInst &SI,
2113                            uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset) {
2114     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2115     assert(!SI.isVolatile());
2116     if (DL.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2117       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2118                                          "oldload");
2119       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2120       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2121       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2122       V = insertInteger(DL, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset,
2123                         "insert");
2124     }
2125     V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2126     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2127     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2128     (void)Store;
2129     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2130     return true;
2131   }
2132
2133   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2134     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2135     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2136     assert(OldOp == OldPtr);
2137
2138     Value *V = SI.getValueOperand();
2139
2140     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2141     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2142     if (V->getType()->isPointerTy())
2143       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2144         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2145
2146     // Compute the intersecting offset range.
2147     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2148     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2149     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2150     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2151
2152     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2153     if (Size < DL.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2154       assert(!SI.isVolatile());
2155       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2156              "Only integer type loads and stores are split");
2157       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2158              DL.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2159              "Non-byte-multiple bit width");
2160       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), Size * 8);
2161       V = extractInteger(DL, IRB, V, NarrowTy, NewBeginOffset,
2162                          "extract");
2163     }
2164
2165     if (VecTy)
2166       return rewriteVectorizedStoreInst(V, SI, OldOp, NewBeginOffset,
2167                                         NewEndOffset);
2168     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2169       return rewriteIntegerStore(V, SI, NewBeginOffset, NewEndOffset);
2170
2171     StoreInst *NewSI;
2172     if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2173         NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2174         canConvertValue(DL, V->getType(), NewAllocaTy)) {
2175       V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2176       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2177                                      SI.isVolatile());
2178     } else {
2179       Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset,
2180                                            V->getType()->getPointerTo());
2181       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(
2182           V, NewPtr, getOffsetTypeAlign(
2183                          V->getType(), NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset),
2184           SI.isVolatile());
2185     }
2186     (void)NewSI;
2187     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2188     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2189
2190     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2191     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2192   }
2193
2194   /// \brief Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2195   /// number of bytes.
2196   ///
2197   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2198   /// call this routine.
2199   /// FIXME: Heed the advice above.
2200   ///
2201   /// \param V The i8 value to splat.
2202   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2203   Value *getIntegerSplat(Value *V, unsigned Size) {
2204     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2205     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2206     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2207     if (Size == 1)
2208       return V;
2209
2210     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size*8);
2211     V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, "zext"),
2212                       ConstantExpr::getUDiv(
2213                         Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2214                         ConstantExpr::getZExt(
2215                           Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2216                           SplatIntTy)),
2217                       "isplat");
2218     return V;
2219   }
2220
2221   /// \brief Compute a vector splat for a given element value.
2222   Value *getVectorSplat(Value *V, unsigned NumElements) {
2223     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, "vsplat");
2224     DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2225     return V;
2226   }
2227
2228   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2229     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2230     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2231
2232     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2233     // pointer to the new alloca.
2234     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2235       assert(!IsSplit);
2236       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset);
2237       II.setDest(
2238           getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset, II.getRawDest()->getType()));
2239       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2240       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getOffsetAlign(BeginOffset)));
2241
2242       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2243       return false;
2244     }
2245
2246     // Record this instruction for deletion.
2247     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2248
2249     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2250     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2251
2252     // Compute the intersecting offset range.
2253     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2254     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2255     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2256     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2257     uint64_t SliceOffset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2258
2259     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2260     // a single value type, just emit a memset.
2261     if (!VecTy && !IntTy &&
2262         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2263          EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2264          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2265          !DL.isLegalInteger(DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)) ||
2266          DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)%8 != 0)) {
2267       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2268       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2269       CallInst *New = IRB.CreateMemSet(
2270           getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, II.getRawDest()->getType()),
2271           II.getValue(), Size, getOffsetAlign(SliceOffset), II.isVolatile());
2272       (void)New;
2273       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2274       return false;
2275     }
2276
2277     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2278     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2279     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2280     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2281     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2282     Value *V;
2283
2284     if (VecTy) {
2285       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2286       assert(ElementTy == ScalarTy);
2287
2288       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2289       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2290       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2291       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2292       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2293
2294       Value *Splat =
2295           getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8);
2296       Splat = convertValue(DL, IRB, Splat, ElementTy);
2297       if (NumElements > 1)
2298         Splat = getVectorSplat(Splat, NumElements);
2299
2300       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2301                                          "oldload");
2302       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, "vec");
2303     } else if (IntTy) {
2304       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2305       // set integer.
2306       assert(!II.isVolatile());
2307
2308       uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2309       V = getIntegerSplat(II.getValue(), Size);
2310
2311       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2312                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2313         Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2314                                            "oldload");
2315         Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2316         uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2317         V = insertInteger(DL, IRB, Old, V, Offset, "insert");
2318       } else {
2319         assert(V->getType() == IntTy &&
2320                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2321       }
2322       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2323     } else {
2324       // Established these invariants above.
2325       assert(NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2326       assert(NewEndOffset == NewAllocaEndOffset);
2327
2328       V = getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) / 8);
2329       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2330         V = getVectorSplat(V, AllocaVecTy->getNumElements());
2331
2332       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2333     }
2334
2335     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2336                                         II.isVolatile());
2337     (void)New;
2338     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2339     return !II.isVolatile();
2340   }
2341
2342   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2343     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2344     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2345
2346     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2347
2348     // Compute the intersecting offset range.
2349     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2350     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2351     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2352     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2353
2354     assert(II.getRawSource() == OldPtr || II.getRawDest() == OldPtr);
2355     bool IsDest = II.getRawDest() == OldPtr;
2356
2357     // Compute the relative offset within the transfer.
2358     unsigned IntPtrWidth = DL.getPointerSizeInBits();
2359     APInt RelOffset(IntPtrWidth, NewBeginOffset - BeginOffset);
2360
2361     unsigned Align = II.getAlignment();
2362     uint64_t SliceOffset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2363     if (Align > 1)
2364       Align =
2365           MinAlign(RelOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue(),
2366                    MinAlign(II.getAlignment(), getOffsetAlign(SliceOffset)));
2367
2368     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2369     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2370     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2371     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2372     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2373     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2374     // update both source and dest of a single call.
2375     if (!IsSplittable) {
2376       Value *OldOp = IsDest ? II.getRawDest() : II.getRawSource();
2377       if (IsDest)
2378         II.setDest(
2379             getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset, II.getRawDest()->getType()));
2380       else
2381         II.setSource(getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset,
2382                                           II.getRawSource()->getType()));
2383
2384       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2385       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, Align));
2386
2387       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2388       deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2389       return false;
2390     }
2391     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2392     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2393     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2394     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2395     // downsides to splitting and transforming the operations.
2396
2397     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2398     // a single value type, just emit a memcpy.
2399     bool EmitMemCpy
2400       = !VecTy && !IntTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2401                              EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2402                              !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2403
2404     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2405     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2406     // a no-op.
2407     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2408       // Ensure the start lines up.
2409       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2410
2411       // Rewrite the size as needed.
2412       if (NewEndOffset != EndOffset)
2413         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2414                                       NewEndOffset - NewBeginOffset));
2415       return false;
2416     }
2417     // Record this instruction for deletion.
2418     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2419
2420     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2421     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2422     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2423     if (AllocaInst *AI
2424           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets()))
2425       Pass.Worklist.insert(AI);
2426
2427     if (EmitMemCpy) {
2428       Type *OtherPtrTy = IsDest ? II.getRawSource()->getType()
2429                                 : II.getRawDest()->getType();
2430
2431       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2432       // a single, simple GEP in most cases.
2433       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy);
2434
2435       Value *OurPtr = getAdjustedAllocaPtr(
2436           IRB, NewBeginOffset,
2437           IsDest ? II.getRawDest()->getType() : II.getRawSource()->getType());
2438       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2439       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2440
2441       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(IsDest ? OurPtr : OtherPtr,
2442                                        IsDest ? OtherPtr : OurPtr,
2443                                        Size, Align, II.isVolatile());
2444       (void)New;
2445       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2446       return false;
2447     }
2448
2449     // Note that we clamp the alignment to 1 here as a 0 alignment for a memcpy
2450     // is equivalent to 1, but that isn't true if we end up rewriting this as
2451     // a load or store.
2452     if (!Align)
2453       Align = 1;
2454
2455     bool IsWholeAlloca = NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2456                          NewEndOffset == NewAllocaEndOffset;
2457     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2458     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(NewBeginOffset) : 0;
2459     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(NewEndOffset) : 0;
2460     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2461     IntegerType *SubIntTy
2462       = IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size*8) : 0;
2463
2464     Type *OtherPtrTy = NewAI.getType();
2465     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
2466       if (NumElements == 1)
2467         OtherPtrTy = VecTy->getElementType();
2468       else
2469         OtherPtrTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
2470
2471       OtherPtrTy = OtherPtrTy->getPointerTo();
2472     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
2473       OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo();
2474     }
2475
2476     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy);
2477     Value *DstPtr = &NewAI;
2478     if (!IsDest)
2479       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2480
2481     Value *Src;
2482     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2483       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2484                                   "load");
2485       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2486     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2487       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2488                                   "load");
2489       Src = convertValue(DL, IRB, Src, IntTy);
2490       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2491       Src = extractInteger(DL, IRB, Src, SubIntTy, Offset, "extract");
2492     } else {
2493       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, II.isVolatile(),
2494                                   "copyload");
2495     }
2496
2497     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2498       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2499                                          "oldload");
2500       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, "vec");
2501     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2502       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2503                                          "oldload");
2504       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2505       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2506       Src = insertInteger(DL, IRB, Old, Src, Offset, "insert");
2507       Src = convertValue(DL, IRB, Src, NewAllocaTy);
2508     }
2509
2510     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2511       IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, Align, II.isVolatile()));
2512     (void)Store;
2513     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2514     return !II.isVolatile();
2515   }
2516
2517   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2518     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2519            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2520     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2521     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2522
2523     // Compute the intersecting offset range.
2524     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2525     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2526     uint64_t NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2527     uint64_t NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2528
2529     // Record this instruction for deletion.
2530     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2531
2532     ConstantInt *Size
2533       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2534                          NewEndOffset - NewBeginOffset);
2535     Value *Ptr =
2536         getAdjustedAllocaPtr(IRB, NewBeginOffset, II.getArgOperand(1)->getType());
2537     Value *New;
2538     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2539       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2540     else
2541       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2542
2543     (void)New;
2544     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2545     return true;
2546   }
2547
2548   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2549     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2550     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "PHIs are unsplittable");
2551     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "PHIs are unsplittable");
2552
2553     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2554     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2555     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2556     // dominate the PHI.
2557     IRBuilderTy PtrBuilder(cast<Instruction>(OldPtr));
2558     PtrBuilder.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) +
2559                              ".");
2560
2561     Value *NewPtr =
2562         getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, BeginOffset, OldPtr->getType());
2563     // Replace the operands which were using the old pointer.
2564     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
2565
2566     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2567     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2568
2569     // Check whether we can speculate this PHI node, and if so remember that
2570     // fact and return that this alloca remains viable for promotion to an SSA
2571     // value.
2572     if (isSafePHIToSpeculate(PN, &DL)) {
2573       Pass.SpeculatablePHIs.insert(&PN);
2574       return true;
2575     }
2576
2577     return false; // PHIs can't be promoted on their own.
2578   }
2579
2580   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2581     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2582     assert((SI.getTrueValue() == OldPtr || SI.getFalseValue() == OldPtr) &&
2583            "Pointer isn't an operand!");
2584     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Selects are unsplittable");
2585     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "Selects are unsplittable");
2586
2587     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, BeginOffset, OldPtr->getType());
2588     // Replace the operands which were using the old pointer.
2589     if (SI.getOperand(1) == OldPtr)
2590       SI.setOperand(1, NewPtr);
2591     if (SI.getOperand(2) == OldPtr)
2592       SI.setOperand(2, NewPtr);
2593
2594     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2595     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2596
2597     // Check whether we can speculate this select instruction, and if so
2598     // remember that fact and return that this alloca remains viable for
2599     // promotion to an SSA value.
2600     if (isSafeSelectToSpeculate(SI, &DL)) {
2601       Pass.SpeculatableSelects.insert(&SI);
2602       return true;
2603     }
2604
2605     return false; // Selects can't be promoted on their own.
2606   }
2607
2608 };
2609 }
2610
2611 namespace {
2612 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2613 ///
2614 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2615 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2616 /// with scalar loads and stores.
2617 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2618   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2619   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2620
2621   const DataLayout &DL;
2622
2623   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2624   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2625
2626   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2627   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2628
2629   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2630   /// value (as opposed to the user).
2631   Use *U;
2632
2633 public:
2634   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
2635
2636   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2637   /// it.
2638   bool rewrite(Instruction &I) {
2639     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2640     enqueueUsers(I);
2641     bool Changed = false;
2642     while (!Queue.empty()) {
2643       U = Queue.pop_back_val();
2644       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2645     }
2646     return Changed;
2647   }
2648
2649 private:
2650   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2651   /// This uses a set to de-duplicate users.
2652   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2653     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
2654          ++UI)
2655       if (Visited.insert(*UI))
2656         Queue.push_back(&UI.getUse());
2657   }
2658
2659   // Conservative default is to not rewrite anything.
2660   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2661
2662   /// \brief Generic recursive split emission class.
2663   template <typename Derived>
2664   class OpSplitter {
2665   protected:
2666     /// The builder used to form new instructions.
2667     IRBuilderTy IRB;
2668     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
2669     /// appropriate value within the aggregate.
2670     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2671     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
2672     /// within the aggregate.
2673     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2674     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
2675     /// split operations.
2676     Value *Ptr;
2677
2678     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
2679     /// single zero GEP index.
2680     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2681       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
2682
2683   public:
2684     /// \brief Generic recursive split emission routine.
2685     ///
2686     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2687     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2688     /// and emits that single value operation via the template argument.
2689     ///
2690     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
2691     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
2692     /// formatted differently (GEPs need actual values).
2693     ///
2694     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
2695     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
2696     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
2697     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2698       if (Ty->isSingleValueType())
2699         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
2700
2701       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2702         unsigned OldSize = Indices.size();
2703         (void)OldSize;
2704         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
2705              ++Idx) {
2706           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2707           Indices.push_back(Idx);
2708           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2709           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2710           GEPIndices.pop_back();
2711           Indices.pop_back();
2712         }
2713         return;
2714       }
2715
2716       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2717         unsigned OldSize = Indices.size();
2718         (void)OldSize;
2719         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
2720              ++Idx) {
2721           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2722           Indices.push_back(Idx);
2723           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2724           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2725           GEPIndices.pop_back();
2726           Indices.pop_back();
2727         }
2728         return;
2729       }
2730
2731       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
2732     }
2733   };
2734
2735   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
2736     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2737       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2738
2739     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
2740     /// recursive emission to actually load values.
2741     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2742       assert(Ty->isSingleValueType());
2743       // Load the single value and insert it using the indices.
2744       Value *GEP = IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
2745       Value *Load = IRB.CreateLoad(GEP, Name + ".load");
2746       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
2747       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
2748     }
2749   };
2750
2751   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2752     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
2753     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
2754       return false;
2755
2756     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
2757     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2758     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
2759     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
2760     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
2761     LI.replaceAllUsesWith(V);
2762     LI.eraseFromParent();
2763     return true;
2764   }
2765
2766   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
2767     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2768       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2769
2770     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
2771     /// recursive emission to actually produce stores.
2772     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2773       assert(Ty->isSingleValueType());
2774       // Extract the single value and store it using the indices.
2775       Value *Store = IRB.CreateStore(
2776         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
2777         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
2778       (void)Store;
2779       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2780     }
2781   };
2782
2783   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2784     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
2785       return false;
2786     Value *V = SI.getValueOperand();
2787     if (V->getType()->isSingleValueType())
2788       return false;
2789
2790     // We have an aggregate being stored, split it apart.
2791     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2792     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
2793     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
2794     SI.eraseFromParent();
2795     return true;
2796   }
2797
2798   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
2799     enqueueUsers(BC);
2800     return false;
2801   }
2802
2803   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
2804     enqueueUsers(GEPI);
2805     return false;
2806   }
2807
2808   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2809     enqueueUsers(PN);
2810     return false;
2811   }
2812
2813   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2814     enqueueUsers(SI);
2815     return false;
2816   }
2817 };
2818 }
2819
2820 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
2821 ///
2822 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
2823 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
2824 /// size or the allocated size.
2825 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
2826   if (Ty->isSingleValueType())
2827     return Ty;
2828
2829   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
2830   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
2831
2832   Type *InnerTy;
2833   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2834     InnerTy = ArrTy->getElementType();
2835   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2836     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
2837     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
2838     InnerTy = STy->getElementType(Index);
2839   } else {
2840     return Ty;
2841   }
2842
2843   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
2844       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
2845     return Ty;
2846
2847   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
2848 }
2849
2850 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
2851 /// offset and size.
2852 ///
2853 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
2854 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
2855 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
2856 /// and the same for structs.
2857 ///
2858 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
2859 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
2860 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
2861 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
2862 /// return a type if necessary.
2863 static Type *getTypePartition(const DataLayout &DL, Type *Ty,
2864                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
2865   if (Offset == 0 && DL.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
2866     return stripAggregateTypeWrapping(DL, Ty);
2867   if (Offset > DL.getTypeAllocSize(Ty) ||
2868       (DL.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
2869     return 0;
2870
2871   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
2872     // We can't partition pointers...
2873     if (SeqTy->isPointerTy())
2874       return 0;
2875
2876     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
2877     uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
2878     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
2879     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy)) {
2880       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
2881         return 0;
2882     } else if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy)) {
2883       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
2884         return 0;
2885     }
2886     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
2887
2888     // First check if we need to recurse.
2889     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
2890       // Bail if the partition ends in a different array element.
2891       if ((Offset + Size) > ElementSize)
2892         return 0;
2893       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
2894       return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
2895     }
2896     assert(Offset == 0);
2897
2898     if (Size == ElementSize)
2899       return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
2900     assert(Size > ElementSize);
2901     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
2902     if (NumElements * ElementSize != Size)
2903       return 0;
2904     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
2905   }
2906
2907   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
2908   if (!STy)
2909     return 0;
2910
2911   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
2912   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
2913     return 0;
2914   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
2915   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
2916     return 0;
2917
2918   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
2919   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
2920
2921   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
2922   uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
2923   if (Offset >= ElementSize)
2924     return 0; // The offset points into alignment padding.
2925
2926   // See if any partition must be contained by the element.
2927   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
2928     if ((Offset + Size) > ElementSize)
2929       return 0;
2930     return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
2931   }
2932   assert(Offset == 0);
2933
2934   if (Size == ElementSize)
2935     return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
2936
2937   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
2938                                EE = STy->element_end();
2939   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
2940     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
2941     if (Index == EndIndex)
2942       return 0; // Within a single element and its padding.
2943
2944     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
2945     // expected size.
2946     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
2947     // sub-struct to find a natural end point.
2948     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
2949       return 0;
2950
2951     assert(Index < EndIndex);
2952     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
2953   }
2954
2955   // Try to build up a sub-structure.
2956   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE),
2957                                       STy->isPacked());
2958   const StructLayout *SubSL = DL.getStructLayout(SubTy);
2959   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
2960     return 0; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
2961
2962   return SubTy;
2963 }
2964
2965 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
2966 ///
2967 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
2968 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
2969 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
2970 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
2971 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
2972 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
2973 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
2974 /// promoted.
2975 bool SROA::rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S,
2976                             AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
2977                             int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
2978                             ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
2979   assert(BeginOffset < EndOffset);
2980   uint64_t SliceSize = EndOffset - BeginOffset;
2981
2982   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
2983   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
2984   // or an i8 array of an appropriate size.
2985   Type *SliceTy = 0;
2986   if (Type *CommonUseTy = findCommonType(B, E, EndOffset))
2987     if (DL->getTypeAllocSize(CommonUseTy) >= SliceSize)
2988       SliceTy = CommonUseTy;
2989   if (!SliceTy)
2990     if (Type *TypePartitionTy = getTypePartition(*DL, AI.getAllocatedType(),
2991                                                  BeginOffset, SliceSize))
2992       SliceTy = TypePartitionTy;
2993   if ((!SliceTy || (SliceTy->isArrayTy() &&
2994                     SliceTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
2995       DL->isLegalInteger(SliceSize * 8))
2996     SliceTy = Type::getIntNTy(*C, SliceSize * 8);
2997   if (!SliceTy)
2998     SliceTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), SliceSize);
2999   assert(DL->getTypeAllocSize(SliceTy) >= SliceSize);
3000
3001   bool IsVectorPromotable = isVectorPromotionViable(
3002       *DL, SliceTy, S, BeginOffset, EndOffset, B, E, SplitUses);
3003
3004   bool IsIntegerPromotable =
3005       !IsVectorPromotable &&
3006       isIntegerWideningViable(*DL, SliceTy, BeginOffset, S, B, E, SplitUses);
3007
3008   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3009   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3010   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3011   // perform phi and select speculation.
3012   AllocaInst *NewAI;
3013   if (SliceTy == AI.getAllocatedType()) {
3014     assert(BeginOffset == 0 &&
3015            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3016     NewAI = &AI;
3017     // FIXME: We should be able to bail at this point with "nothing changed".
3018     // FIXME: We might want to defer PHI speculation until after here.
3019   } else {
3020     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3021     if (!Alignment) {
3022       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3023       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3024       // type.
3025       Alignment = DL->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3026     }
3027     Alignment = MinAlign(Alignment, BeginOffset);
3028     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3029     // the alloca's alignment unconstrained.
3030     if (Alignment <= DL->getABITypeAlignment(SliceTy))
3031       Alignment = 0;
3032     NewAI = new AllocaInst(SliceTy, 0, Alignment,
3033                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(B - S.begin()), &AI);
3034     ++NumNewAllocas;
3035   }
3036
3037   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3038                << "[" << BeginOffset << "," << EndOffset << ") to: " << *NewAI
3039                << "\n");
3040
3041   // Track the high watermark on several worklists that are only relevant for
3042   // promoted allocas. We will reset it to this point if the alloca is not in
3043   // fact scheduled for promotion.
3044   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3045   unsigned SPOldSize = SpeculatablePHIs.size();
3046   unsigned SSOldSize = SpeculatableSelects.size();
3047
3048   AllocaSliceRewriter Rewriter(*DL, S, *this, AI, *NewAI, BeginOffset,
3049                                EndOffset, IsVectorPromotable,
3050                                IsIntegerPromotable);
3051   bool Promotable = true;
3052   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
3053                                                         SUE = SplitUses.end();
3054        SUI != SUE; ++SUI) {
3055     DEBUG(dbgs() << "  rewriting split ");
3056     DEBUG(S.printSlice(dbgs(), *SUI, ""));
3057     Promotable &= Rewriter.visit(*SUI);
3058   }
3059   for (AllocaSlices::iterator I = B; I != E; ++I) {
3060     DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3061     DEBUG(S.printSlice(dbgs(), I, ""));
3062     Promotable &= Rewriter.visit(I);
3063   }
3064
3065   if (Promotable && (SpeculatablePHIs.size() > SPOldSize ||
3066                      SpeculatableSelects.size() > SSOldSize)) {
3067     // If we have a promotable alloca except for some unspeculated loads below
3068     // PHIs or Selects, iterate once. We will speculate the loads and on the
3069     // next iteration rewrite them into a promotable form.
3070     Worklist.insert(NewAI);
3071   } else if (Promotable) {
3072     DEBUG(dbgs() << "  and queuing for promotion\n");
3073     PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3074   } else if (NewAI != &AI) {
3075     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3076     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3077     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3078     // FIXME: We should actually track whether the rewriter changed anything.
3079     Worklist.insert(NewAI);
3080   }
3081
3082   // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3083   if (!Promotable) {
3084     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3085       PostPromotionWorklist.pop_back();
3086     while (SpeculatablePHIs.size() > SPOldSize)
3087       SpeculatablePHIs.pop_back();
3088     while (SpeculatableSelects.size() > SSOldSize)
3089       SpeculatableSelects.pop_back();
3090   }
3091
3092   return true;
3093 }
3094
3095 namespace {
3096 struct IsSliceEndLessOrEqualTo {
3097   uint64_t UpperBound;
3098
3099   IsSliceEndLessOrEqualTo(uint64_t UpperBound) : UpperBound(UpperBound) {}
3100
3101   bool operator()(const AllocaSlices::iterator &I) {
3102     return I->endOffset() <= UpperBound;
3103   }
3104 };
3105 }
3106
3107 static void
3108 removeFinishedSplitUses(SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator> &SplitUses,
3109                         uint64_t &MaxSplitUseEndOffset, uint64_t Offset) {
3110   if (Offset >= MaxSplitUseEndOffset) {
3111     SplitUses.clear();
3112     MaxSplitUseEndOffset = 0;
3113     return;
3114   }
3115
3116   size_t SplitUsesOldSize = SplitUses.size();
3117   SplitUses.erase(std::remove_if(SplitUses.begin(), SplitUses.end(),
3118                                  IsSliceEndLessOrEqualTo(Offset)),
3119                   SplitUses.end());
3120   if (SplitUsesOldSize == SplitUses.size())
3121     return;
3122
3123   // Recompute the max. While this is linear, so is remove_if.
3124   MaxSplitUseEndOffset = 0;
3125   for (SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator>::iterator
3126            SUI = SplitUses.begin(),
3127            SUE = SplitUses.end();
3128        SUI != SUE; ++SUI)
3129     MaxSplitUseEndOffset = std::max((*SUI)->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3130 }
3131
3132 /// \brief Walks the slices of an alloca and form partitions based on them,
3133 /// rewriting each of their uses.
3134 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S) {
3135   if (S.begin() == S.end())
3136     return false;
3137
3138   bool Changed = false;
3139   SmallVector<AllocaSlices::iterator, 4> SplitUses;
3140   uint64_t MaxSplitUseEndOffset = 0;
3141
3142   uint64_t BeginOffset = S.begin()->beginOffset();
3143
3144   for (AllocaSlices::iterator SI = S.begin(), SJ = llvm::next(SI), SE = S.end();
3145        SI != SE; SI = SJ) {
3146     uint64_t MaxEndOffset = SI->endOffset();
3147
3148     if (!SI->isSplittable()) {
3149       // When we're forming an unsplittable region, it must always start at the
3150       // first slice and will extend through its end.
3151       assert(BeginOffset == SI->beginOffset());
3152
3153       // Form a partition including all of the overlapping slices with this
3154       // unsplittable slice.
3155       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3156         if (!SJ->isSplittable())
3157           MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3158         ++SJ;
3159       }
3160     } else {
3161       assert(SI->isSplittable()); // Established above.
3162
3163       // Collect all of the overlapping splittable slices.
3164       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset &&
3165              SJ->isSplittable()) {
3166         MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3167         ++SJ;
3168       }
3169
3170       // Back up MaxEndOffset and SJ if we ended the span early when
3171       // encountering an unsplittable slice.
3172       if (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3173         assert(!SJ->isSplittable());
3174         MaxEndOffset = SJ->beginOffset();
3175       }
3176     }
3177
3178     // Check if we have managed to move the end offset forward yet. If so,
3179     // we'll have to rewrite uses and erase old split uses.
3180     if (BeginOffset < MaxEndOffset) {
3181       // Rewrite a sequence of overlapping slices.
3182       Changed |=
3183           rewritePartition(AI, S, SI, SJ, BeginOffset, MaxEndOffset, SplitUses);
3184
3185       removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset, MaxEndOffset);
3186     }
3187
3188     // Accumulate all the splittable slices from the [SI,SJ) region which
3189     // overlap going forward.
3190     for (AllocaSlices::iterator SK = SI; SK != SJ; ++SK)
3191       if (SK->isSplittable() && SK->endOffset() > MaxEndOffset) {
3192         SplitUses.push_back(SK);
3193         MaxSplitUseEndOffset = std::max(SK->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3194       }
3195
3196     // If we're already at the end and we have no split uses, we're done.
3197     if (SJ == SE && SplitUses.empty())
3198       break;
3199
3200     // If we have no split uses or no gap in offsets, we're ready to move to
3201     // the next slice.
3202     if (SplitUses.empty() || (SJ != SE && MaxEndOffset == SJ->beginOffset())) {
3203       BeginOffset = SJ->beginOffset();
3204       continue;
3205     }
3206
3207     // Even if we have split slices, if the next slice is splittable and the
3208     // split slices reach it, we can simply set up the beginning offset of the
3209     // next iteration to bridge between them.
3210     if (SJ != SE && SJ->isSplittable() &&
3211         MaxSplitUseEndOffset > SJ->beginOffset()) {
3212       BeginOffset = MaxEndOffset;
3213       continue;
3214     }
3215
3216     // Otherwise, we have a tail of split slices. Rewrite them with an empty
3217     // range of slices.
3218     uint64_t PostSplitEndOffset =
3219         SJ == SE ? MaxSplitUseEndOffset : SJ->beginOffset();
3220
3221     Changed |= rewritePartition(AI, S, SJ, SJ, MaxEndOffset, PostSplitEndOffset,
3222                                 SplitUses);
3223     if (SJ == SE)
3224       break; // Skip the rest, we don't need to do any cleanup.
3225
3226     removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset,
3227                             PostSplitEndOffset);
3228
3229     // Now just reset the begin offset for the next iteration.
3230     BeginOffset = SJ->beginOffset();
3231   }
3232
3233   return Changed;
3234 }
3235
3236 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3237 ///
3238 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3239 /// the slices of the alloca, and then hands it off to be split and
3240 /// rewritten as needed.
3241 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3242   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3243   ++NumAllocasAnalyzed;
3244
3245   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3246   if (AI.use_empty()) {
3247     AI.eraseFromParent();
3248     return true;
3249   }
3250
3251   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3252   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3253       DL->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3254     return false;
3255
3256   bool Changed = false;
3257
3258   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3259   // better splitting and promotion opportunities.
3260   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*DL);
3261   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3262
3263   // Build the slices using a recursive instruction-visiting builder.
3264   AllocaSlices S(*DL, AI);
3265   DEBUG(S.print(dbgs()));
3266   if (S.isEscaped())
3267     return Changed;
3268
3269   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3270   for (AllocaSlices::dead_user_iterator DI = S.dead_user_begin(),
3271                                         DE = S.dead_user_end();
3272        DI != DE; ++DI) {
3273     Changed = true;
3274     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
3275     DeadInsts.insert(*DI);
3276   }
3277   for (AllocaSlices::dead_op_iterator DO = S.dead_op_begin(),
3278                                       DE = S.dead_op_end();
3279        DO != DE; ++DO) {
3280     Value *OldV = **DO;
3281     // Clobber the use with an undef value.
3282     **DO = UndefValue::get(OldV->getType());
3283     if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3284       if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3285         Changed = true;
3286         DeadInsts.insert(OldI);
3287       }
3288   }
3289
3290   // No slices to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3291   if (S.begin() == S.end())
3292     return Changed;
3293
3294   Changed |= splitAlloca(AI, S);
3295
3296   DEBUG(dbgs() << "  Speculating PHIs\n");
3297   while (!SpeculatablePHIs.empty())
3298     speculatePHINodeLoads(*SpeculatablePHIs.pop_back_val());
3299
3300   DEBUG(dbgs() << "  Speculating Selects\n");
3301   while (!SpeculatableSelects.empty())
3302     speculateSelectInstLoads(*SpeculatableSelects.pop_back_val());
3303
3304   return Changed;
3305 }
3306
3307 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3308 ///
3309 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3310 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3311 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3312 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3313 ///
3314 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3315 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3316 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst*, 4> &DeletedAllocas) {
3317   while (!DeadInsts.empty()) {
3318     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3319     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3320
3321     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
3322
3323     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
3324       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
3325         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3326         *OI = 0;
3327         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3328           DeadInsts.insert(U);
3329       }
3330
3331     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3332       DeletedAllocas.insert(AI);
3333
3334     ++NumDeleted;
3335     I->eraseFromParent();
3336   }
3337 }
3338
3339 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3340 ///
3341 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3342 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3343 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3344 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3345 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3346 /// promotion occurred.
3347 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3348   if (PromotableAllocas.empty())
3349     return false;
3350
3351   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3352
3353   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3354     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3355     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT);
3356     PromotableAllocas.clear();
3357     return true;
3358   }
3359
3360   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3361   SSAUpdater SSA;
3362   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3363   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
3364
3365   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3366     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3367     for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
3368          UI != UE;) {
3369       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
3370       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3371       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3372       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3373       // scalar values produced.
3374       if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
3375         assert(onlyUsedByLifetimeMarkers(I) &&
3376                "Found a bitcast used outside of a lifetime marker.");
3377         while (!I->use_empty())
3378           cast<Instruction>(*I->use_begin())->eraseFromParent();
3379         I->eraseFromParent();
3380         continue;
3381       }
3382       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3383         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3384                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3385         II->eraseFromParent();
3386         continue;
3387       }
3388
3389       Insts.push_back(I);
3390     }
3391     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3392     Insts.clear();
3393   }
3394
3395   PromotableAllocas.clear();
3396   return true;
3397 }
3398
3399 namespace {
3400   /// \brief A predicate to test whether an alloca belongs to a set.
3401   class IsAllocaInSet {
3402     typedef SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> SetType;
3403     const SetType &Set;
3404
3405   public:
3406     typedef AllocaInst *argument_type;
3407
3408     IsAllocaInSet(const SetType &Set) : Set(Set) {}
3409     bool operator()(AllocaInst *AI) const { return Set.count(AI); }
3410   };
3411 }
3412
3413 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3414   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3415   C = &F.getContext();
3416   DL = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
3417   if (!DL) {
3418     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3419     return false;
3420   }
3421   DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
3422
3423   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3424   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = llvm::prior(EntryBB.end());
3425        I != E; ++I)
3426     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3427       Worklist.insert(AI);
3428
3429   bool Changed = false;
3430   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3431   // the list of promotable allocas.
3432   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3433
3434   do {
3435     while (!Worklist.empty()) {
3436       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3437       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3438
3439       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3440       // continue processing them.
3441       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3442         Worklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3443         PostPromotionWorklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3444         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3445                                                PromotableAllocas.end(),
3446                                                IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
3447                                 PromotableAllocas.end());
3448         DeletedAllocas.clear();
3449       }
3450     }
3451
3452     Changed |= promoteAllocas(F);
3453
3454     Worklist = PostPromotionWorklist;
3455     PostPromotionWorklist.clear();
3456   } while (!Worklist.empty());
3457
3458   return Changed;
3459 }
3460
3461 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3462   if (RequiresDomTree)
3463     AU.addRequired<DominatorTree>();
3464   AU.setPreservesCFG();
3465 }