Move all of the header files which are involved in modelling the LLVM IR
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / ScalarReplAggregates.cpp
1 //===- ScalarReplAggregates.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 //
10 // This transformation implements the well known scalar replacement of
11 // aggregates transformation.  This xform breaks up alloca instructions of
12 // aggregate type (structure or array) into individual alloca instructions for
13 // each member (if possible).  Then, if possible, it transforms the individual
14 // alloca instructions into nice clean scalar SSA form.
15 //
16 // This combines a simple SRoA algorithm with the Mem2Reg algorithm because they
17 // often interact, especially for C++ programs.  As such, iterating between
18 // SRoA, then Mem2Reg until we run out of things to promote works well.
19 //
20 //===----------------------------------------------------------------------===//
21
22 #define DEBUG_TYPE "scalarrepl"
23 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
24 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
25 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
26 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
27 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
28 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
29 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
30 #include "llvm/DIBuilder.h"
31 #include "llvm/DebugInfo.h"
32 #include "llvm/IR/Constants.h"
33 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
34 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
35 #include "llvm/IR/Function.h"
36 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
37 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
38 #include "llvm/IR/Instructions.h"
39 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
40 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
41 #include "llvm/IR/Module.h"
42 #include "llvm/IR/Operator.h"
43 #include "llvm/Pass.h"
44 #include "llvm/Support/CallSite.h"
45 #include "llvm/Support/Debug.h"
46 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
47 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
48 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
49 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
50 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
51 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
52 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
53 using namespace llvm;
54
55 STATISTIC(NumReplaced,  "Number of allocas broken up");
56 STATISTIC(NumPromoted,  "Number of allocas promoted");
57 STATISTIC(NumAdjusted,  "Number of scalar allocas adjusted to allow promotion");
58 STATISTIC(NumConverted, "Number of aggregates converted to scalar");
59
60 namespace {
61   struct SROA : public FunctionPass {
62     SROA(int T, bool hasDT, char &ID, int ST, int AT, int SLT)
63       : FunctionPass(ID), HasDomTree(hasDT) {
64       if (T == -1)
65         SRThreshold = 128;
66       else
67         SRThreshold = T;
68       if (ST == -1)
69         StructMemberThreshold = 32;
70       else
71         StructMemberThreshold = ST;
72       if (AT == -1)
73         ArrayElementThreshold = 8;
74       else
75         ArrayElementThreshold = AT;
76       if (SLT == -1)
77         // Do not limit the scalar integer load size if no threshold is given.
78         ScalarLoadThreshold = -1;
79       else
80         ScalarLoadThreshold = SLT;
81     }
82
83     bool runOnFunction(Function &F);
84
85     bool performScalarRepl(Function &F);
86     bool performPromotion(Function &F);
87
88   private:
89     bool HasDomTree;
90     DataLayout *TD;
91
92     /// DeadInsts - Keep track of instructions we have made dead, so that
93     /// we can remove them after we are done working.
94     SmallVector<Value*, 32> DeadInsts;
95
96     /// AllocaInfo - When analyzing uses of an alloca instruction, this captures
97     /// information about the uses.  All these fields are initialized to false
98     /// and set to true when something is learned.
99     struct AllocaInfo {
100       /// The alloca to promote.
101       AllocaInst *AI;
102
103       /// CheckedPHIs - This is a set of verified PHI nodes, to prevent infinite
104       /// looping and avoid redundant work.
105       SmallPtrSet<PHINode*, 8> CheckedPHIs;
106
107       /// isUnsafe - This is set to true if the alloca cannot be SROA'd.
108       bool isUnsafe : 1;
109
110       /// isMemCpySrc - This is true if this aggregate is memcpy'd from.
111       bool isMemCpySrc : 1;
112
113       /// isMemCpyDst - This is true if this aggregate is memcpy'd into.
114       bool isMemCpyDst : 1;
115
116       /// hasSubelementAccess - This is true if a subelement of the alloca is
117       /// ever accessed, or false if the alloca is only accessed with mem
118       /// intrinsics or load/store that only access the entire alloca at once.
119       bool hasSubelementAccess : 1;
120
121       /// hasALoadOrStore - This is true if there are any loads or stores to it.
122       /// The alloca may just be accessed with memcpy, for example, which would
123       /// not set this.
124       bool hasALoadOrStore : 1;
125
126       explicit AllocaInfo(AllocaInst *ai)
127         : AI(ai), isUnsafe(false), isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false),
128           hasSubelementAccess(false), hasALoadOrStore(false) {}
129     };
130
131     /// SRThreshold - The maximum alloca size to considered for SROA.
132     unsigned SRThreshold;
133
134     /// StructMemberThreshold - The maximum number of members a struct can
135     /// contain to be considered for SROA.
136     unsigned StructMemberThreshold;
137
138     /// ArrayElementThreshold - The maximum number of elements an array can
139     /// have to be considered for SROA.
140     unsigned ArrayElementThreshold;
141
142     /// ScalarLoadThreshold - The maximum size in bits of scalars to load when
143     /// converting to scalar
144     unsigned ScalarLoadThreshold;
145
146     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I, Instruction *User) {
147       I.isUnsafe = true;
148       DEBUG(dbgs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
149     }
150
151     bool isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI);
152
153     void isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset, AllocaInfo &Info);
154     void isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *User, uint64_t Offset,
155                                          AllocaInfo &Info);
156     void isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info);
157     void isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
158                          Type *MemOpType, bool isStore, AllocaInfo &Info,
159                          Instruction *TheAccess, bool AllowWholeAccess);
160     bool TypeHasComponent(Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size);
161     uint64_t FindElementAndOffset(Type *&T, uint64_t &Offset,
162                                   Type *&IdxTy);
163
164     void DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
165                              std::vector<AllocaInst*> &WorkList);
166     void DeleteDeadInstructions();
167
168     void RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
169                               SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
170     void RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
171                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
172     void RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
173                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
174     void RewriteLifetimeIntrinsic(IntrinsicInst *II, AllocaInst *AI,
175                                   uint64_t Offset,
176                                   SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
177     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
178                                       AllocaInst *AI,
179                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
180     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
181                                        SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
182     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
183                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
184     bool ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI);
185   };
186
187   // SROA_DT - SROA that uses DominatorTree.
188   struct SROA_DT : public SROA {
189     static char ID;
190   public:
191     SROA_DT(int T = -1, int ST = -1, int AT = -1, int SLT = -1) :
192         SROA(T, true, ID, ST, AT, SLT) {
193       initializeSROA_DTPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
194     }
195
196     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
197     // will not alter the CFG, so say so.
198     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
199       AU.addRequired<DominatorTree>();
200       AU.setPreservesCFG();
201     }
202   };
203
204   // SROA_SSAUp - SROA that uses SSAUpdater.
205   struct SROA_SSAUp : public SROA {
206     static char ID;
207   public:
208     SROA_SSAUp(int T = -1, int ST = -1, int AT = -1, int SLT = -1) :
209         SROA(T, false, ID, ST, AT, SLT) {
210       initializeSROA_SSAUpPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
211     }
212
213     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
214     // will not alter the CFG, so say so.
215     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
216       AU.setPreservesCFG();
217     }
218   };
219
220 }
221
222 char SROA_DT::ID = 0;
223 char SROA_SSAUp::ID = 0;
224
225 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_DT, "scalarrepl",
226                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
227 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
228 INITIALIZE_PASS_END(SROA_DT, "scalarrepl",
229                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
230
231 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
232                       "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
233 INITIALIZE_PASS_END(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
234                     "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
235
236 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
237 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(int Threshold,
238                                                    bool UseDomTree,
239                                                    int StructMemberThreshold,
240                                                    int ArrayElementThreshold,
241                                                    int ScalarLoadThreshold) {
242   if (UseDomTree)
243     return new SROA_DT(Threshold, StructMemberThreshold, ArrayElementThreshold,
244                        ScalarLoadThreshold);
245   return new SROA_SSAUp(Threshold, StructMemberThreshold,
246                         ArrayElementThreshold, ScalarLoadThreshold);
247 }
248
249
250 //===----------------------------------------------------------------------===//
251 // Convert To Scalar Optimization.
252 //===----------------------------------------------------------------------===//
253
254 namespace {
255 /// ConvertToScalarInfo - This class implements the "Convert To Scalar"
256 /// optimization, which scans the uses of an alloca and determines if it can
257 /// rewrite it in terms of a single new alloca that can be mem2reg'd.
258 class ConvertToScalarInfo {
259   /// AllocaSize - The size of the alloca being considered in bytes.
260   unsigned AllocaSize;
261   const DataLayout &TD;
262   unsigned ScalarLoadThreshold;
263
264   /// IsNotTrivial - This is set to true if there is some access to the object
265   /// which means that mem2reg can't promote it.
266   bool IsNotTrivial;
267
268   /// ScalarKind - Tracks the kind of alloca being considered for promotion,
269   /// computed based on the uses of the alloca rather than the LLVM type system.
270   enum {
271     Unknown,
272
273     // Accesses via GEPs that are consistent with element access of a vector
274     // type. This will not be converted into a vector unless there is a later
275     // access using an actual vector type.
276     ImplicitVector,
277
278     // Accesses via vector operations and GEPs that are consistent with the
279     // layout of a vector type.
280     Vector,
281
282     // An integer bag-of-bits with bitwise operations for insertion and
283     // extraction. Any combination of types can be converted into this kind
284     // of scalar.
285     Integer
286   } ScalarKind;
287
288   /// VectorTy - This tracks the type that we should promote the vector to if
289   /// it is possible to turn it into a vector.  This starts out null, and if it
290   /// isn't possible to turn into a vector type, it gets set to VoidTy.
291   VectorType *VectorTy;
292
293   /// HadNonMemTransferAccess - True if there is at least one access to the
294   /// alloca that is not a MemTransferInst.  We don't want to turn structs into
295   /// large integers unless there is some potential for optimization.
296   bool HadNonMemTransferAccess;
297
298   /// HadDynamicAccess - True if some element of this alloca was dynamic.
299   /// We don't yet have support for turning a dynamic access into a large
300   /// integer.
301   bool HadDynamicAccess;
302
303 public:
304   explicit ConvertToScalarInfo(unsigned Size, const DataLayout &td,
305                                unsigned SLT)
306     : AllocaSize(Size), TD(td), ScalarLoadThreshold(SLT), IsNotTrivial(false),
307     ScalarKind(Unknown), VectorTy(0), HadNonMemTransferAccess(false),
308     HadDynamicAccess(false) { }
309
310   AllocaInst *TryConvert(AllocaInst *AI);
311
312 private:
313   bool CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx);
314   void MergeInTypeForLoadOrStore(Type *In, uint64_t Offset);
315   bool MergeInVectorType(VectorType *VInTy, uint64_t Offset);
316   void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset,
317                            Value *NonConstantIdx);
318
319   Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, Type *ToType,
320                                     uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx,
321                                     IRBuilder<> &Builder);
322   Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
323                                    uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx,
324                                    IRBuilder<> &Builder);
325 };
326 } // end anonymous namespace.
327
328
329 /// TryConvert - Analyze the specified alloca, and if it is safe to do so,
330 /// rewrite it to be a new alloca which is mem2reg'able.  This returns the new
331 /// alloca if possible or null if not.
332 AllocaInst *ConvertToScalarInfo::TryConvert(AllocaInst *AI) {
333   // If we can't convert this scalar, or if mem2reg can trivially do it, bail
334   // out.
335   if (!CanConvertToScalar(AI, 0, 0) || !IsNotTrivial)
336     return 0;
337
338   // If an alloca has only memset / memcpy uses, it may still have an Unknown
339   // ScalarKind. Treat it as an Integer below.
340   if (ScalarKind == Unknown)
341     ScalarKind = Integer;
342
343   if (ScalarKind == Vector && VectorTy->getBitWidth() != AllocaSize * 8)
344     ScalarKind = Integer;
345
346   // If we were able to find a vector type that can handle this with
347   // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
348   // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
349   // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
350   // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
351   // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
352   Type *NewTy;
353   if (ScalarKind == Vector) {
354     assert(VectorTy && "Missing type for vector scalar.");
355     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "\n  TYPE = "
356           << *VectorTy << '\n');
357     NewTy = VectorTy;  // Use the vector type.
358   } else {
359     unsigned BitWidth = AllocaSize * 8;
360
361     // Do not convert to scalar integer if the alloca size exceeds the
362     // scalar load threshold.
363     if (BitWidth > ScalarLoadThreshold)
364       return 0;
365
366     if ((ScalarKind == ImplicitVector || ScalarKind == Integer) &&
367         !HadNonMemTransferAccess && !TD.fitsInLegalInteger(BitWidth))
368       return 0;
369     // Dynamic accesses on integers aren't yet supported.  They need us to shift
370     // by a dynamic amount which could be difficult to work out as we might not
371     // know whether to use a left or right shift.
372     if (ScalarKind == Integer && HadDynamicAccess)
373       return 0;
374
375     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n");
376     // Create and insert the integer alloca.
377     NewTy = IntegerType::get(AI->getContext(), BitWidth);
378   }
379   AllocaInst *NewAI = new AllocaInst(NewTy, 0, "", AI->getParent()->begin());
380   ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0, 0);
381   return NewAI;
382 }
383
384 /// MergeInTypeForLoadOrStore - Add the 'In' type to the accumulated vector type
385 /// (VectorTy) so far at the offset specified by Offset (which is specified in
386 /// bytes).
387 ///
388 /// There are two cases we handle here:
389 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
390 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
391 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
392 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
393 ///   2) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
394 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
395 ///      and stores would mutate the memory.  We mark this by setting VectorTy
396 ///      to VoidTy.
397 void ConvertToScalarInfo::MergeInTypeForLoadOrStore(Type *In,
398                                                     uint64_t Offset) {
399   // If we already decided to turn this into a blob of integer memory, there is
400   // nothing to be done.
401   if (ScalarKind == Integer)
402     return;
403
404   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
405
406   // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
407   // matches the existing VecTy.
408   if (VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
409     if (MergeInVectorType(VInTy, Offset))
410       return;
411   } else if (In->isFloatTy() || In->isDoubleTy() ||
412              (In->isIntegerTy() && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
413               isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
414     // Full width accesses can be ignored, because they can always be turned
415     // into bitcasts.
416     unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
417     if (EltSize == AllocaSize)
418       return;
419
420     // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
421     // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
422     // compatible with it.
423     if (Offset % EltSize == 0 && AllocaSize % EltSize == 0 &&
424         (!VectorTy || EltSize == VectorTy->getElementType()
425                                          ->getPrimitiveSizeInBits()/8)) {
426       if (!VectorTy) {
427         ScalarKind = ImplicitVector;
428         VectorTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
429       }
430       return;
431     }
432   }
433
434   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
435   // form.  We can still turn this into a large integer.
436   ScalarKind = Integer;
437 }
438
439 /// MergeInVectorType - Handles the vector case of MergeInTypeForLoadOrStore,
440 /// returning true if the type was successfully merged and false otherwise.
441 bool ConvertToScalarInfo::MergeInVectorType(VectorType *VInTy,
442                                             uint64_t Offset) {
443   if (VInTy->getBitWidth()/8 == AllocaSize && Offset == 0) {
444     // If we're storing/loading a vector of the right size, allow it as a
445     // vector.  If this the first vector we see, remember the type so that
446     // we know the element size. If this is a subsequent access, ignore it
447     // even if it is a differing type but the same size. Worst case we can
448     // bitcast the resultant vectors.
449     if (!VectorTy)
450       VectorTy = VInTy;
451     ScalarKind = Vector;
452     return true;
453   }
454
455   return false;
456 }
457
458 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
459 /// its accesses to a single vector type, return true and set VecTy to
460 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
461 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
462 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
463 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
464 ///
465 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
466 /// SawVec flag.
467 bool ConvertToScalarInfo::CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset,
468                                              Value* NonConstantIdx) {
469   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
470     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
471
472     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
473       // Don't break volatile loads.
474       if (!LI->isSimple())
475         return false;
476       // Don't touch MMX operations.
477       if (LI->getType()->isX86_MMXTy())
478         return false;
479       HadNonMemTransferAccess = true;
480       MergeInTypeForLoadOrStore(LI->getType(), Offset);
481       continue;
482     }
483
484     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
485       // Storing the pointer, not into the value?
486       if (SI->getOperand(0) == V || !SI->isSimple()) return false;
487       // Don't touch MMX operations.
488       if (SI->getOperand(0)->getType()->isX86_MMXTy())
489         return false;
490       HadNonMemTransferAccess = true;
491       MergeInTypeForLoadOrStore(SI->getOperand(0)->getType(), Offset);
492       continue;
493     }
494
495     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
496       if (!onlyUsedByLifetimeMarkers(BCI))
497         IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
498       if (!CanConvertToScalar(BCI, Offset, NonConstantIdx))
499         return false;
500       continue;
501     }
502
503     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
504       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
505       PointerType* PtrTy = dyn_cast<PointerType>(GEP->getPointerOperandType());
506       if (!PtrTy)
507         return false;
508
509       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
510       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
511       Value *GEPNonConstantIdx = 0;
512       if (!GEP->hasAllConstantIndices()) {
513         if (!isa<VectorType>(PtrTy->getElementType()))
514           return false;
515         if (NonConstantIdx)
516           return false;
517         GEPNonConstantIdx = Indices.pop_back_val();
518         if (!GEPNonConstantIdx->getType()->isIntegerTy(32))
519           return false;
520         HadDynamicAccess = true;
521       } else
522         GEPNonConstantIdx = NonConstantIdx;
523       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(PtrTy,
524                                                Indices);
525       // See if all uses can be converted.
526       if (!CanConvertToScalar(GEP, Offset+GEPOffset, GEPNonConstantIdx))
527         return false;
528       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
529       HadNonMemTransferAccess = true;
530       continue;
531     }
532
533     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
534     // handle it.
535     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
536       // Store to dynamic index.
537       if (NonConstantIdx)
538         return false;
539       // Store of constant value.
540       if (!isa<ConstantInt>(MSI->getValue()))
541         return false;
542
543       // Store of constant size.
544       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MSI->getLength());
545       if (!Len)
546         return false;
547
548       // If the size differs from the alloca, we can only convert the alloca to
549       // an integer bag-of-bits.
550       // FIXME: This should handle all of the cases that are currently accepted
551       // as vector element insertions.
552       if (Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
553         ScalarKind = Integer;
554
555       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
556       HadNonMemTransferAccess = true;
557       continue;
558     }
559
560     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
561     // can handle it like a load or store of the scalar type.
562     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
563       // Store to dynamic index.
564       if (NonConstantIdx)
565         return false;
566       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength());
567       if (Len == 0 || Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
568         return false;
569
570       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
571       continue;
572     }
573
574     // If this is a lifetime intrinsic, we can handle it.
575     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
576       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
577           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
578         continue;
579       }
580     }
581
582     // Otherwise, we cannot handle this!
583     return false;
584   }
585
586   return true;
587 }
588
589 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
590 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
591 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
592 /// vector with insert/extractelement instructions.
593 ///
594 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
595 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
596 void ConvertToScalarInfo::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI,
597                                               uint64_t Offset,
598                                               Value* NonConstantIdx) {
599   while (!Ptr->use_empty()) {
600     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
601
602     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
603       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset, NonConstantIdx);
604       CI->eraseFromParent();
605       continue;
606     }
607
608     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
609       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
610       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
611       Value* GEPNonConstantIdx = 0;
612       if (!GEP->hasAllConstantIndices()) {
613         assert(!NonConstantIdx &&
614                "Dynamic GEP reading from dynamic GEP unsupported");
615         GEPNonConstantIdx = Indices.pop_back_val();
616       } else
617         GEPNonConstantIdx = NonConstantIdx;
618       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
619                                                Indices);
620       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8, GEPNonConstantIdx);
621       GEP->eraseFromParent();
622       continue;
623     }
624
625     IRBuilder<> Builder(User);
626
627     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
628       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
629       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI);
630       Value *NewLoadVal
631         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset,
632                                      NonConstantIdx, Builder);
633       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
634       LI->eraseFromParent();
635       continue;
636     }
637
638     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
639       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
640       Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
641       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
642                                              NonConstantIdx, Builder);
643       Builder.CreateStore(New, NewAI);
644       SI->eraseFromParent();
645
646       // If the load we just inserted is now dead, then the inserted store
647       // overwrote the entire thing.
648       if (Old->use_empty())
649         Old->eraseFromParent();
650       continue;
651     }
652
653     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
654     // transform it into a store of the expanded constant value.
655     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
656       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
657       assert(!NonConstantIdx && "Cannot replace dynamic memset with insert");
658       int64_t SNumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getSExtValue();
659       if (SNumBytes > 0 && (SNumBytes >> 32) == 0) {
660         unsigned NumBytes = static_cast<unsigned>(SNumBytes);
661         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
662
663         // Compute the value replicated the right number of times.
664         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
665
666         // Splat the value if non-zero.
667         if (Val)
668           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
669             APVal |= APVal << 8;
670
671         Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
672         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
673                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
674                                                Old, Offset, 0, Builder);
675         Builder.CreateStore(New, NewAI);
676
677         // If the load we just inserted is now dead, then the memset overwrote
678         // the entire thing.
679         if (Old->use_empty())
680           Old->eraseFromParent();
681       }
682       MSI->eraseFromParent();
683       continue;
684     }
685
686     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
687     // can handle it like a load or store of the scalar type.
688     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
689       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
690       assert(!NonConstantIdx && "Cannot replace dynamic transfer with insert");
691
692       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
693       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
694       // as appropriate.
695       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Ptr, &TD, 0));
696
697       if (GetUnderlyingObject(MTI->getSource(), &TD, 0) != OrigAI) {
698         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
699         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
700         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
701         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
702         PointerType* SPTy = cast<PointerType>(SrcPtr->getType());
703         PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
704         if (SPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
705           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
706                                    SPTy->getAddressSpace());
707         }
708         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, AIPTy);
709
710         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
711         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
712         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
713       } else if (GetUnderlyingObject(MTI->getDest(), &TD, 0) != OrigAI) {
714         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
715         // through the original dest pointer (bitcasted).
716         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
717         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
718
719         PointerType* DPTy = cast<PointerType>(MTI->getDest()->getType());
720         PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
721         if (DPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
722           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
723                                    DPTy->getAddressSpace());
724         }
725         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), AIPTy);
726
727         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
728         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
729       } else {
730         // Noop transfer. Src == Dst
731       }
732
733       MTI->eraseFromParent();
734       continue;
735     }
736
737     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
738       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
739           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
740         // There's no need to preserve these, as the resulting alloca will be
741         // converted to a register anyways.
742         II->eraseFromParent();
743         continue;
744       }
745     }
746
747     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
748   }
749 }
750
751 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
752 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
753 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
754 ///
755 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
756 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
757 /// insert/extractelement instructions.
758 ///
759 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
760 /// shifted to the right.
761 Value *ConvertToScalarInfo::
762 ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, Type *ToType,
763                            uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx,
764                            IRBuilder<> &Builder) {
765   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
766   Type *FromType = FromVal->getType();
767   if (FromType == ToType && Offset == 0)
768     return FromVal;
769
770   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
771   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
772   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromType)) {
773     unsigned FromTypeSize = TD.getTypeAllocSize(FromType);
774     unsigned ToTypeSize = TD.getTypeAllocSize(ToType);
775     if (FromTypeSize == ToTypeSize)
776         return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType);
777
778     // Otherwise it must be an element access.
779     unsigned Elt = 0;
780     if (Offset) {
781       unsigned EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
782       Elt = Offset/EltSize;
783       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
784     }
785     // Return the element extracted out of it.
786     Value *Idx;
787     if (NonConstantIdx) {
788       if (Elt)
789         Idx = Builder.CreateAdd(NonConstantIdx,
790                                 Builder.getInt32(Elt),
791                                 "dyn.offset");
792       else
793         Idx = NonConstantIdx;
794     } else
795       Idx = Builder.getInt32(Elt);
796     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, Idx);
797     if (V->getType() != ToType)
798       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType);
799     return V;
800   }
801
802   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
803   // use insertvalue's to form the FCA.
804   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
805     assert(!NonConstantIdx &&
806            "Dynamic indexing into struct types not supported");
807     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
808     Value *Res = UndefValue::get(ST);
809     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
810       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
811                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
812                                               0, Builder);
813       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i);
814     }
815     return Res;
816   }
817
818   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
819     assert(!NonConstantIdx &&
820            "Dynamic indexing into array types not supported");
821     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
822     Value *Res = UndefValue::get(AT);
823     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
824       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
825                                               Offset+i*EltSize, 0, Builder);
826       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i);
827     }
828     return Res;
829   }
830
831   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
832   IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
833
834   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
835   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
836   int ShAmt = 0;
837   if (TD.isBigEndian()) {
838     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
839     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
840     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
841     ShAmt = TD.getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
842             TD.getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
843   } else {
844     ShAmt = Offset;
845   }
846
847   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
848   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
849   // only some bits are used.
850   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
851     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
852                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(), ShAmt));
853   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
854     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal,
855                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(), -ShAmt));
856
857   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
858   unsigned LIBitWidth = TD.getTypeSizeInBits(ToType);
859   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
860     FromVal =
861       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
862                                                     LIBitWidth));
863   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
864     FromVal =
865        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
866                                                     LIBitWidth));
867
868   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
869   if (ToType->isIntegerTy()) {
870     // Should be done.
871   } else if (ToType->isFloatingPointTy() || ToType->isVectorTy()) {
872     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
873     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType);
874   } else {
875     // Otherwise must be a pointer.
876     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType);
877   }
878   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
879   return FromVal;
880 }
881
882 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
883 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
884 ///
885 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
886 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
887 /// vector with insert/extractelement instructions.
888 ///
889 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
890 /// shifted to the right.
891 ///
892 /// NonConstantIdx is an index value if there was a GEP with a non-constant
893 /// index value.  If this is 0 then all GEPs used to find this insert address
894 /// are constant.
895 Value *ConvertToScalarInfo::
896 ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
897                           uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx,
898                           IRBuilder<> &Builder) {
899   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
900   // then 'or' into place.
901   Type *AllocaType = Old->getType();
902   LLVMContext &Context = Old->getContext();
903
904   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
905     uint64_t VecSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy);
906     uint64_t ValSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
907
908     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
909     // vector type?
910     if (ValSize == VecSize)
911         return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType);
912
913     // Must be an element insertion.
914     Type *EltTy = VTy->getElementType();
915     if (SV->getType() != EltTy)
916       SV = Builder.CreateBitCast(SV, EltTy);
917     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(EltTy);
918     unsigned Elt = Offset/EltSize;
919     Value *Idx;
920     if (NonConstantIdx) {
921       if (Elt)
922         Idx = Builder.CreateAdd(NonConstantIdx,
923                                 Builder.getInt32(Elt),
924                                 "dyn.offset");
925       else
926         Idx = NonConstantIdx;
927     } else
928       Idx = Builder.getInt32(Elt);
929     return Builder.CreateInsertElement(Old, SV, Idx);
930   }
931
932   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
933   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
934     assert(!NonConstantIdx &&
935            "Dynamic indexing into struct types not supported");
936     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
937     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
938       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i);
939       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old,
940                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
941                                       0, Builder);
942     }
943     return Old;
944   }
945
946   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
947     assert(!NonConstantIdx &&
948            "Dynamic indexing into array types not supported");
949     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
950     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
951       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i);
952       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, 0, Builder);
953     }
954     return Old;
955   }
956
957   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
958   // If it is a pointer, do the same.
959   unsigned SrcWidth = TD.getTypeSizeInBits(SV->getType());
960   unsigned DestWidth = TD.getTypeSizeInBits(AllocaType);
961   unsigned SrcStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
962   unsigned DestStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
963   if (SV->getType()->isFloatingPointTy() || SV->getType()->isVectorTy())
964     SV = Builder.CreateBitCast(SV, IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth));
965   else if (SV->getType()->isPointerTy())
966     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, TD.getIntPtrType(SV->getContext()));
967
968   // Zero extend or truncate the value if needed.
969   if (SV->getType() != AllocaType) {
970     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
971              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
972       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType);
973     else {
974       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
975       // (undefined behavior).
976       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType);
977       SrcWidth = DestWidth;
978       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
979     }
980   }
981
982   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
983   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
984   int ShAmt = 0;
985   if (TD.isBigEndian()) {
986     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
987     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
988     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
989     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
990   } else {
991     ShAmt = Offset;
992   }
993
994   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
995   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
996   // only some bits in the structure are set.
997   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
998   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
999     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(), ShAmt));
1000     Mask <<= ShAmt;
1001   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
1002     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(), -ShAmt));
1003     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
1004   }
1005
1006   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
1007   // in the new bits.
1008   if (SrcWidth != DestWidth) {
1009     assert(DestWidth > SrcWidth);
1010     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
1011     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
1012   }
1013   return SV;
1014 }
1015
1016
1017 //===----------------------------------------------------------------------===//
1018 // SRoA Driver
1019 //===----------------------------------------------------------------------===//
1020
1021
1022 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
1023   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
1024
1025   bool Changed = performPromotion(F);
1026
1027   // FIXME: ScalarRepl currently depends on DataLayout more than it
1028   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
1029   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
1030   // scalar-replacement portion of this pass.
1031   if (!TD) return Changed;
1032
1033   while (1) {
1034     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
1035     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
1036     Changed = true;
1037     LocalChange = performPromotion(F);
1038     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
1039   }
1040
1041   return Changed;
1042 }
1043
1044 namespace {
1045 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1046   AllocaInst *AI;
1047   DIBuilder *DIB;
1048   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
1049   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
1050 public:
1051   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
1052                  DIBuilder *DB)
1053     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(0), DIB(DB) {}
1054
1055   void run(AllocaInst *AI, const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
1056     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
1057     this->AI = AI;
1058     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI->getContext(), AI)) {
1059       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
1060              E = DebugNode->use_end(); UI != E; ++UI)
1061         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
1062           DDIs.push_back(DDI);
1063         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
1064           DVIs.push_back(DVI);
1065     }
1066
1067     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1068     AI->eraseFromParent();
1069     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::iterator I = DDIs.begin(),
1070            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1071       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1072       DDI->eraseFromParent();
1073     }
1074     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::iterator I = DVIs.begin(),
1075            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1076       DbgValueInst *DVI = *I;
1077       DVI->eraseFromParent();
1078     }
1079   }
1080
1081   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
1082                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
1083     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1084       return LI->getOperand(0) == AI;
1085     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == AI;
1086   }
1087
1088   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
1089     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::const_iterator I = DDIs.begin(),
1090            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1091       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1092       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1093         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, *DIB);
1094       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
1095         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, *DIB);
1096     }
1097     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::const_iterator I = DVIs.begin(),
1098            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1099       DbgValueInst *DVI = *I;
1100       Value *Arg = NULL;
1101       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1102         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
1103         // may be zapped by an optimization pass in future.
1104         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
1105           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
1106         if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
1107           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
1108         if (!Arg)
1109           Arg = SI->getOperand(0);
1110       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
1111         Arg = LI->getOperand(0);
1112       } else {
1113         continue;
1114       }
1115       Instruction *DbgVal =
1116         DIB->insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
1117                                      Inst);
1118       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1119     }
1120   }
1121 };
1122 } // end anon namespace
1123
1124 /// isSafeSelectToSpeculate - Select instructions that use an alloca and are
1125 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers and then
1126 /// select between the result, allowing the load of the alloca to be promoted.
1127 /// From this:
1128 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1129 ///   %V = load i32* %P2
1130 /// to:
1131 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1132 ///   %V2 = load i32* %Other
1133 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1134 ///
1135 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1136 /// the select can be loaded unconditionally.
1137 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst *SI, const DataLayout *TD) {
1138   bool TDerefable = SI->getTrueValue()->isDereferenceablePointer();
1139   bool FDerefable = SI->getFalseValue()->isDereferenceablePointer();
1140
1141   for (Value::use_iterator UI = SI->use_begin(), UE = SI->use_end();
1142        UI != UE; ++UI) {
1143     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1144     if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1145
1146     // Both operands to the select need to be dereferencable, either absolutely
1147     // (e.g. allocas) or at this point because we can see other accesses to it.
1148     if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getTrueValue(), LI,
1149                                                     LI->getAlignment(), TD))
1150       return false;
1151     if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getFalseValue(), LI,
1152                                                     LI->getAlignment(), TD))
1153       return false;
1154   }
1155
1156   return true;
1157 }
1158
1159 /// isSafePHIToSpeculate - PHI instructions that use an alloca and are
1160 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers in the pred
1161 /// blocks and then PHI the results, allowing the load of the alloca to be
1162 /// promoted.
1163 /// From this:
1164 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1165 ///   %V = load i32* %P2
1166 /// to:
1167 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1168 ///   ...
1169 ///   %V2 = load i32* %Other
1170 ///   ...
1171 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1172 ///
1173 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1174 /// the select can be loaded unconditionally.
1175 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode *PN, const DataLayout *TD) {
1176   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block as
1177   // the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1178   // TODO: Allow recursive phi users.
1179   // TODO: Allow stores.
1180   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1181   unsigned MaxAlign = 0;
1182   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), UE = PN->use_end();
1183        UI != UE; ++UI) {
1184     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1185     if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1186
1187     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is a
1188     // common case that happens when instcombine merges two loads through a PHI.
1189     if (LI->getParent() != BB) return false;
1190
1191     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1192     // could store.
1193     for (BasicBlock::iterator BBI = PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1194       if (BBI->mayWriteToMemory())
1195         return false;
1196
1197     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1198   }
1199
1200   // Okay, we know that we have one or more loads in the same block as the PHI.
1201   // We can transform this if it is safe to push the loads into the predecessor
1202   // blocks.  The only thing to watch out for is that we can't put a possibly
1203   // trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1204   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1205     BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1206     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1207
1208     // If the terminator of the predecessor has side-effects (an invoke),
1209     // there is no safe place to put a load in the predecessor.
1210     if (Pred->getTerminator()->mayHaveSideEffects())
1211       return false;
1212
1213     // If the value is produced by the terminator of the predecessor
1214     // (an invoke), there is no valid place to put a load in the predecessor.
1215     if (Pred->getTerminator() == InVal)
1216       return false;
1217
1218     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't critical.
1219     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1)
1220       continue;
1221
1222     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there is
1223     // already a load in the block, then we can move the load to the pred block.
1224     if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1225         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, Pred->getTerminator(), MaxAlign, TD))
1226       continue;
1227
1228     return false;
1229   }
1230
1231   return true;
1232 }
1233
1234
1235 /// tryToMakeAllocaBePromotable - This returns true if the alloca only has
1236 /// direct (non-volatile) loads and stores to it.  If the alloca is close but
1237 /// not quite there, this will transform the code to allow promotion.  As such,
1238 /// it is a non-pure predicate.
1239 static bool tryToMakeAllocaBePromotable(AllocaInst *AI, const DataLayout *TD) {
1240   SetVector<Instruction*, SmallVector<Instruction*, 4>,
1241             SmallPtrSet<Instruction*, 4> > InstsToRewrite;
1242
1243   for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
1244        UI != UE; ++UI) {
1245     User *U = *UI;
1246     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
1247       if (!LI->isSimple())
1248         return false;
1249       continue;
1250     }
1251
1252     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1253       if (SI->getOperand(0) == AI || !SI->isSimple())
1254         return false;   // Don't allow a store OF the AI, only INTO the AI.
1255       continue;
1256     }
1257
1258     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(U)) {
1259       // If the condition being selected on is a constant, fold the select, yes
1260       // this does (rarely) happen early on.
1261       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
1262         Value *Result = SI->getOperand(1+CI->isZero());
1263         SI->replaceAllUsesWith(Result);
1264         SI->eraseFromParent();
1265
1266         // This is very rare and we just scrambled the use list of AI, start
1267         // over completely.
1268         return tryToMakeAllocaBePromotable(AI, TD);
1269       }
1270
1271       // If it is safe to turn "load (select c, AI, ptr)" into a select of two
1272       // loads, then we can transform this by rewriting the select.
1273       if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, TD))
1274         return false;
1275
1276       InstsToRewrite.insert(SI);
1277       continue;
1278     }
1279
1280     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1281       if (PN->use_empty()) {  // Dead PHIs can be stripped.
1282         InstsToRewrite.insert(PN);
1283         continue;
1284       }
1285
1286       // If it is safe to turn "load (phi [AI, ptr, ...])" into a PHI of loads
1287       // in the pred blocks, then we can transform this by rewriting the PHI.
1288       if (!isSafePHIToSpeculate(PN, TD))
1289         return false;
1290
1291       InstsToRewrite.insert(PN);
1292       continue;
1293     }
1294
1295     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
1296       if (onlyUsedByLifetimeMarkers(BCI)) {
1297         InstsToRewrite.insert(BCI);
1298         continue;
1299       }
1300     }
1301
1302     return false;
1303   }
1304
1305   // If there are no instructions to rewrite, then all uses are load/stores and
1306   // we're done!
1307   if (InstsToRewrite.empty())
1308     return true;
1309
1310   // If we have instructions that need to be rewritten for this to be promotable
1311   // take care of it now.
1312   for (unsigned i = 0, e = InstsToRewrite.size(); i != e; ++i) {
1313     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(InstsToRewrite[i])) {
1314       // This could only be a bitcast used by nothing but lifetime intrinsics.
1315       for (BitCastInst::use_iterator I = BCI->use_begin(), E = BCI->use_end();
1316            I != E;) {
1317         Use &U = I.getUse();
1318         ++I;
1319         cast<Instruction>(U.getUser())->eraseFromParent();
1320       }
1321       BCI->eraseFromParent();
1322       continue;
1323     }
1324
1325     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(InstsToRewrite[i])) {
1326       // Selects in InstsToRewrite only have load uses.  Rewrite each as two
1327       // loads with a new select.
1328       while (!SI->use_empty()) {
1329         LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI->use_back());
1330
1331         IRBuilder<> Builder(LI);
1332         LoadInst *TrueLoad =
1333           Builder.CreateLoad(SI->getTrueValue(), LI->getName()+".t");
1334         LoadInst *FalseLoad =
1335           Builder.CreateLoad(SI->getFalseValue(), LI->getName()+".f");
1336
1337         // Transfer alignment and TBAA info if present.
1338         TrueLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1339         FalseLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1340         if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1341           TrueLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1342           FalseLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1343         }
1344
1345         Value *V = Builder.CreateSelect(SI->getCondition(), TrueLoad, FalseLoad);
1346         V->takeName(LI);
1347         LI->replaceAllUsesWith(V);
1348         LI->eraseFromParent();
1349       }
1350
1351       // Now that all the loads are gone, the select is gone too.
1352       SI->eraseFromParent();
1353       continue;
1354     }
1355
1356     // Otherwise, we have a PHI node which allows us to push the loads into the
1357     // predecessors.
1358     PHINode *PN = cast<PHINode>(InstsToRewrite[i]);
1359     if (PN->use_empty()) {
1360       PN->eraseFromParent();
1361       continue;
1362     }
1363
1364     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN->getType())->getElementType();
1365     PHINode *NewPN = PHINode::Create(LoadTy, PN->getNumIncomingValues(),
1366                                      PN->getName()+".ld", PN);
1367
1368     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1369     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1370     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN->use_back());
1371     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1372     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1373
1374     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1375     while (!PN->use_empty()) {
1376       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN->use_back());
1377       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1378       LI->eraseFromParent();
1379     }
1380
1381     // Inject loads into all of the pred blocks.  Keep track of which blocks we
1382     // insert them into in case we have multiple edges from the same block.
1383     DenseMap<BasicBlock*, LoadInst*> InsertedLoads;
1384
1385     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1386       BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1387       LoadInst *&Load = InsertedLoads[Pred];
1388       if (Load == 0) {
1389         Load = new LoadInst(PN->getIncomingValue(i),
1390                             PN->getName() + "." + Pred->getName(),
1391                             Pred->getTerminator());
1392         Load->setAlignment(Align);
1393         if (TBAATag) Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1394       }
1395
1396       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1397     }
1398
1399     PN->eraseFromParent();
1400   }
1401
1402   ++NumAdjusted;
1403   return true;
1404 }
1405
1406 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
1407   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
1408   DominatorTree *DT = 0;
1409   if (HasDomTree)
1410     DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1411
1412   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
1413   DIBuilder DIB(*F.getParent());
1414   bool Changed = false;
1415   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
1416   while (1) {
1417     Allocas.clear();
1418
1419     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
1420     // the entry node
1421     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
1422       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
1423         if (tryToMakeAllocaBePromotable(AI, TD))
1424           Allocas.push_back(AI);
1425
1426     if (Allocas.empty()) break;
1427
1428     if (HasDomTree)
1429       PromoteMemToReg(Allocas, *DT);
1430     else {
1431       SSAUpdater SSA;
1432       for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i) {
1433         AllocaInst *AI = Allocas[i];
1434
1435         // Build list of instructions to promote.
1436         for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), E = AI->use_end();
1437              UI != E; ++UI)
1438           Insts.push_back(cast<Instruction>(*UI));
1439         AllocaPromoter(Insts, SSA, &DIB).run(AI, Insts);
1440         Insts.clear();
1441       }
1442     }
1443     NumPromoted += Allocas.size();
1444     Changed = true;
1445   }
1446
1447   return Changed;
1448 }
1449
1450
1451 /// ShouldAttemptScalarRepl - Decide if an alloca is a good candidate for
1452 /// SROA.  It must be a struct or array type with a small number of elements.
1453 bool SROA::ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI) {
1454   Type *T = AI->getAllocatedType();
1455   // Do not promote any struct that has too many members.
1456   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
1457     return ST->getNumElements() <= StructMemberThreshold;
1458   // Do not promote any array that has too many elements.
1459   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T))
1460     return AT->getNumElements() <= ArrayElementThreshold;
1461   return false;
1462 }
1463
1464 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
1465 // which runs on all of the alloca instructions in the function, removing them
1466 // if they are only used by getelementptr instructions.
1467 //
1468 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
1469   std::vector<AllocaInst*> WorkList;
1470
1471   // Scan the entry basic block, adding allocas to the worklist.
1472   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
1473   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
1474     if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(I))
1475       WorkList.push_back(A);
1476
1477   // Process the worklist
1478   bool Changed = false;
1479   while (!WorkList.empty()) {
1480     AllocaInst *AI = WorkList.back();
1481     WorkList.pop_back();
1482
1483     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
1484     // with unused elements.
1485     if (AI->use_empty()) {
1486       AI->eraseFromParent();
1487       Changed = true;
1488       continue;
1489     }
1490
1491     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
1492     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
1493       continue;
1494
1495     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
1496     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
1497     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
1498     // value cannot be decomposed at all.
1499     uint64_t AllocaSize = TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
1500
1501     // Do not promote [0 x %struct].
1502     if (AllocaSize == 0) continue;
1503
1504     // Do not promote any struct whose size is too big.
1505     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
1506
1507     // If the alloca looks like a good candidate for scalar replacement, and if
1508     // all its users can be transformed, then split up the aggregate into its
1509     // separate elements.
1510     if (ShouldAttemptScalarRepl(AI) && isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
1511       DoScalarReplacement(AI, WorkList);
1512       Changed = true;
1513       continue;
1514     }
1515
1516     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
1517     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
1518     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
1519     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
1520     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
1521     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
1522     if (AllocaInst *NewAI = ConvertToScalarInfo(
1523               (unsigned)AllocaSize, *TD, ScalarLoadThreshold).TryConvert(AI)) {
1524       NewAI->takeName(AI);
1525       AI->eraseFromParent();
1526       ++NumConverted;
1527       Changed = true;
1528       continue;
1529     }
1530
1531     // Otherwise, couldn't process this alloca.
1532   }
1533
1534   return Changed;
1535 }
1536
1537 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
1538 /// predicate, do SROA now.
1539 void SROA::DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
1540                                std::vector<AllocaInst*> &WorkList) {
1541   DEBUG(dbgs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
1542   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
1543   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
1544     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
1545     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
1546       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0,
1547                                       AI->getAlignment(),
1548                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1549       ElementAllocas.push_back(NA);
1550       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1551     }
1552   } else {
1553     ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
1554     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
1555     Type *ElTy = AT->getElementType();
1556     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1557       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, AI->getAlignment(),
1558                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1559       ElementAllocas.push_back(NA);
1560       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1561     }
1562   }
1563
1564   // Now that we have created the new alloca instructions, rewrite all the
1565   // uses of the old alloca.
1566   RewriteForScalarRepl(AI, AI, 0, ElementAllocas);
1567
1568   // Now erase any instructions that were made dead while rewriting the alloca.
1569   DeleteDeadInstructions();
1570   AI->eraseFromParent();
1571
1572   ++NumReplaced;
1573 }
1574
1575 /// DeleteDeadInstructions - Erase instructions on the DeadInstrs list,
1576 /// recursively including all their operands that become trivially dead.
1577 void SROA::DeleteDeadInstructions() {
1578   while (!DeadInsts.empty()) {
1579     Instruction *I = cast<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
1580
1581     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
1582       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
1583         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
1584         // (But, don't add allocas to the dead instruction list -- they are
1585         // already on the worklist and will be deleted separately.)
1586         *OI = 0;
1587         if (isInstructionTriviallyDead(U) && !isa<AllocaInst>(U))
1588           DeadInsts.push_back(U);
1589       }
1590
1591     I->eraseFromParent();
1592   }
1593 }
1594
1595 /// isSafeForScalarRepl - Check if instruction I is a safe use with regard to
1596 /// performing scalar replacement of alloca AI.  The results are flagged in
1597 /// the Info parameter.  Offset indicates the position within AI that is
1598 /// referenced by this instruction.
1599 void SROA::isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1600                                AllocaInfo &Info) {
1601   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1602     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1603
1604     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1605       isSafeForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1606     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1607       uint64_t GEPOffset = Offset;
1608       isSafeGEP(GEPI, GEPOffset, Info);
1609       if (!Info.isUnsafe)
1610         isSafeForScalarRepl(GEPI, GEPOffset, Info);
1611     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1612       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1613       if (Length == 0)
1614         return MarkUnsafe(Info, User);
1615       if (Length->isNegative())
1616         return MarkUnsafe(Info, User);
1617
1618       isSafeMemAccess(Offset, Length->getZExtValue(), 0,
1619                       UI.getOperandNo() == 0, Info, MI,
1620                       true /*AllowWholeAccess*/);
1621     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1622       if (!LI->isSimple())
1623         return MarkUnsafe(Info, User);
1624       Type *LIType = LI->getType();
1625       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1626                       LIType, false, Info, LI, true /*AllowWholeAccess*/);
1627       Info.hasALoadOrStore = true;
1628
1629     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1630       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1631       if (!SI->isSimple() || SI->getOperand(0) == I)
1632         return MarkUnsafe(Info, User);
1633
1634       Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1635       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1636                       SIType, true, Info, SI, true /*AllowWholeAccess*/);
1637       Info.hasALoadOrStore = true;
1638     } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
1639       if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1640           II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1641         return MarkUnsafe(Info, User);
1642     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1643       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1644     } else {
1645       return MarkUnsafe(Info, User);
1646     }
1647     if (Info.isUnsafe) return;
1648   }
1649 }
1650
1651
1652 /// isSafePHIUseForScalarRepl - If we see a PHI node or select using a pointer
1653 /// derived from the alloca, we can often still split the alloca into elements.
1654 /// This is useful if we have a large alloca where one element is phi'd
1655 /// together somewhere: we can SRoA and promote all the other elements even if
1656 /// we end up not being able to promote this one.
1657 ///
1658 /// All we require is that the uses of the PHI do not index into other parts of
1659 /// the alloca.  The most important use case for this is single load and stores
1660 /// that are PHI'd together, which can happen due to code sinking.
1661 void SROA::isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1662                                            AllocaInfo &Info) {
1663   // If we've already checked this PHI, don't do it again.
1664   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1665     if (!Info.CheckedPHIs.insert(PN))
1666       return;
1667
1668   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1669     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1670
1671     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1672       isSafePHISelectUseForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1673     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1674       // Only allow "bitcast" GEPs for simplicity.  We could generalize this,
1675       // but would have to prove that we're staying inside of an element being
1676       // promoted.
1677       if (!GEPI->hasAllZeroIndices())
1678         return MarkUnsafe(Info, User);
1679       isSafePHISelectUseForScalarRepl(GEPI, Offset, Info);
1680     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1681       if (!LI->isSimple())
1682         return MarkUnsafe(Info, User);
1683       Type *LIType = LI->getType();
1684       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1685                       LIType, false, Info, LI, false /*AllowWholeAccess*/);
1686       Info.hasALoadOrStore = true;
1687
1688     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1689       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1690       if (!SI->isSimple() || SI->getOperand(0) == I)
1691         return MarkUnsafe(Info, User);
1692
1693       Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1694       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1695                       SIType, true, Info, SI, false /*AllowWholeAccess*/);
1696       Info.hasALoadOrStore = true;
1697     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1698       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1699     } else {
1700       return MarkUnsafe(Info, User);
1701     }
1702     if (Info.isUnsafe) return;
1703   }
1704 }
1705
1706 /// isSafeGEP - Check if a GEP instruction can be handled for scalar
1707 /// replacement.  It is safe when all the indices are constant, in-bounds
1708 /// references, and when the resulting offset corresponds to an element within
1709 /// the alloca type.  The results are flagged in the Info parameter.  Upon
1710 /// return, Offset is adjusted as specified by the GEP indices.
1711 void SROA::isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI,
1712                      uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info) {
1713   gep_type_iterator GEPIt = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
1714   if (GEPIt == E)
1715     return;
1716   bool NonConstant = false;
1717   unsigned NonConstantIdxSize = 0;
1718
1719   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
1720   // into.
1721   for (; GEPIt != E; ++GEPIt) {
1722     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
1723     if ((*GEPIt)->isStructTy())
1724       continue;
1725
1726     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand());
1727     if (!IdxVal) {
1728       // Non constant GEPs are only a problem on arrays, structs, and pointers
1729       // Vectors can be dynamically indexed.
1730       // FIXME: Add support for dynamic indexing on arrays.  This should be
1731       // ok on any subarrays of the alloca array, eg, a[0][i] is ok, but a[i][0]
1732       // isn't.
1733       if (!(*GEPIt)->isVectorTy())
1734         return MarkUnsafe(Info, GEPI);
1735       NonConstant = true;
1736       NonConstantIdxSize = TD->getTypeAllocSize(*GEPIt);
1737     }
1738   }
1739
1740   // Compute the offset due to this GEP and check if the alloca has a
1741   // component element at that offset.
1742   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1743   // If this GEP is non constant then the last operand must have been a
1744   // dynamic index into a vector.  Pop this now as it has no impact on the
1745   // constant part of the offset.
1746   if (NonConstant)
1747     Indices.pop_back();
1748   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(), Indices);
1749   if (!TypeHasComponent(Info.AI->getAllocatedType(), Offset,
1750                         NonConstantIdxSize))
1751     MarkUnsafe(Info, GEPI);
1752 }
1753
1754 /// isHomogeneousAggregate - Check if type T is a struct or array containing
1755 /// elements of the same type (which is always true for arrays).  If so,
1756 /// return true with NumElts and EltTy set to the number of elements and the
1757 /// element type, respectively.
1758 static bool isHomogeneousAggregate(Type *T, unsigned &NumElts,
1759                                    Type *&EltTy) {
1760   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1761     NumElts = AT->getNumElements();
1762     EltTy = (NumElts == 0 ? 0 : AT->getElementType());
1763     return true;
1764   }
1765   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1766     NumElts = ST->getNumContainedTypes();
1767     EltTy = (NumElts == 0 ? 0 : ST->getContainedType(0));
1768     for (unsigned n = 1; n < NumElts; ++n) {
1769       if (ST->getContainedType(n) != EltTy)
1770         return false;
1771     }
1772     return true;
1773   }
1774   return false;
1775 }
1776
1777 /// isCompatibleAggregate - Check if T1 and T2 are either the same type or are
1778 /// "homogeneous" aggregates with the same element type and number of elements.
1779 static bool isCompatibleAggregate(Type *T1, Type *T2) {
1780   if (T1 == T2)
1781     return true;
1782
1783   unsigned NumElts1, NumElts2;
1784   Type *EltTy1, *EltTy2;
1785   if (isHomogeneousAggregate(T1, NumElts1, EltTy1) &&
1786       isHomogeneousAggregate(T2, NumElts2, EltTy2) &&
1787       NumElts1 == NumElts2 &&
1788       EltTy1 == EltTy2)
1789     return true;
1790
1791   return false;
1792 }
1793
1794 /// isSafeMemAccess - Check if a load/store/memcpy operates on the entire AI
1795 /// alloca or has an offset and size that corresponds to a component element
1796 /// within it.  The offset checked here may have been formed from a GEP with a
1797 /// pointer bitcasted to a different type.
1798 ///
1799 /// If AllowWholeAccess is true, then this allows uses of the entire alloca as a
1800 /// unit.  If false, it only allows accesses known to be in a single element.
1801 void SROA::isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
1802                            Type *MemOpType, bool isStore,
1803                            AllocaInfo &Info, Instruction *TheAccess,
1804                            bool AllowWholeAccess) {
1805   // Check if this is a load/store of the entire alloca.
1806   if (Offset == 0 && AllowWholeAccess &&
1807       MemSize == TD->getTypeAllocSize(Info.AI->getAllocatedType())) {
1808     // This can be safe for MemIntrinsics (where MemOpType is 0) and integer
1809     // loads/stores (which are essentially the same as the MemIntrinsics with
1810     // regard to copying padding between elements).  But, if an alloca is
1811     // flagged as both a source and destination of such operations, we'll need
1812     // to check later for padding between elements.
1813     if (!MemOpType || MemOpType->isIntegerTy()) {
1814       if (isStore)
1815         Info.isMemCpyDst = true;
1816       else
1817         Info.isMemCpySrc = true;
1818       return;
1819     }
1820     // This is also safe for references using a type that is compatible with
1821     // the type of the alloca, so that loads/stores can be rewritten using
1822     // insertvalue/extractvalue.
1823     if (isCompatibleAggregate(MemOpType, Info.AI->getAllocatedType())) {
1824       Info.hasSubelementAccess = true;
1825       return;
1826     }
1827   }
1828   // Check if the offset/size correspond to a component within the alloca type.
1829   Type *T = Info.AI->getAllocatedType();
1830   if (TypeHasComponent(T, Offset, MemSize)) {
1831     Info.hasSubelementAccess = true;
1832     return;
1833   }
1834
1835   return MarkUnsafe(Info, TheAccess);
1836 }
1837
1838 /// TypeHasComponent - Return true if T has a component type with the
1839 /// specified offset and size.  If Size is zero, do not check the size.
1840 bool SROA::TypeHasComponent(Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
1841   Type *EltTy;
1842   uint64_t EltSize;
1843   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1844     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1845     unsigned EltIdx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1846     EltTy = ST->getContainedType(EltIdx);
1847     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1848     Offset -= Layout->getElementOffset(EltIdx);
1849   } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1850     EltTy = AT->getElementType();
1851     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1852     if (Offset >= AT->getNumElements() * EltSize)
1853       return false;
1854     Offset %= EltSize;
1855   } else if (VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(T)) {
1856     EltTy = VT->getElementType();
1857     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1858     if (Offset >= VT->getNumElements() * EltSize)
1859       return false;
1860     Offset %= EltSize;
1861   } else {
1862     return false;
1863   }
1864   if (Offset == 0 && (Size == 0 || EltSize == Size))
1865     return true;
1866   // Check if the component spans multiple elements.
1867   if (Offset + Size > EltSize)
1868     return false;
1869   return TypeHasComponent(EltTy, Offset, Size);
1870 }
1871
1872 /// RewriteForScalarRepl - Alloca AI is being split into NewElts, so rewrite
1873 /// the instruction I, which references it, to use the separate elements.
1874 /// Offset indicates the position within AI that is referenced by this
1875 /// instruction.
1876 void SROA::RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1877                                 SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1878   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E;) {
1879     Use &TheUse = UI.getUse();
1880     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1881
1882     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1883       RewriteBitCast(BC, AI, Offset, NewElts);
1884       continue;
1885     }
1886
1887     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1888       RewriteGEP(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1889       continue;
1890     }
1891
1892     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1893       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1894       uint64_t MemSize = Length->getZExtValue();
1895       if (Offset == 0 &&
1896           MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()))
1897         RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, I, AI, NewElts);
1898       // Otherwise the intrinsic can only touch a single element and the
1899       // address operand will be updated, so nothing else needs to be done.
1900       continue;
1901     }
1902
1903     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
1904       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
1905           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
1906         RewriteLifetimeIntrinsic(II, AI, Offset, NewElts);
1907       }
1908       continue;
1909     }
1910
1911     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1912       Type *LIType = LI->getType();
1913
1914       if (isCompatibleAggregate(LIType, AI->getAllocatedType())) {
1915         // Replace:
1916         //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
1917         // with:
1918         //   %load.0 = load i32* %alloc.0
1919         //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
1920         //   %load.1 = load i32* %alloc.1
1921         //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
1922         // (Also works for arrays instead of structs)
1923         Value *Insert = UndefValue::get(LIType);
1924         IRBuilder<> Builder(LI);
1925         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1926           Value *Load = Builder.CreateLoad(NewElts[i], "load");
1927           Insert = Builder.CreateInsertValue(Insert, Load, i, "insert");
1928         }
1929         LI->replaceAllUsesWith(Insert);
1930         DeadInsts.push_back(LI);
1931       } else if (LIType->isIntegerTy() &&
1932                  TD->getTypeAllocSize(LIType) ==
1933                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1934         // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
1935         RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
1936       }
1937       continue;
1938     }
1939
1940     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1941       Value *Val = SI->getOperand(0);
1942       Type *SIType = Val->getType();
1943       if (isCompatibleAggregate(SIType, AI->getAllocatedType())) {
1944         // Replace:
1945         //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
1946         // with:
1947         //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
1948         //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
1949         //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
1950         //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
1951         // (Also works for arrays instead of structs)
1952         IRBuilder<> Builder(SI);
1953         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1954           Value *Extract = Builder.CreateExtractValue(Val, i, Val->getName());
1955           Builder.CreateStore(Extract, NewElts[i]);
1956         }
1957         DeadInsts.push_back(SI);
1958       } else if (SIType->isIntegerTy() &&
1959                  TD->getTypeAllocSize(SIType) ==
1960                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1961         // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
1962         RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
1963       }
1964       continue;
1965     }
1966
1967     if (isa<SelectInst>(User) || isa<PHINode>(User)) {
1968       // If we have a PHI user of the alloca itself (as opposed to a GEP or
1969       // bitcast) we have to rewrite it.  GEP and bitcast uses will be RAUW'd to
1970       // the new pointer.
1971       if (!isa<AllocaInst>(I)) continue;
1972
1973       assert(Offset == 0 && NewElts[0] &&
1974              "Direct alloca use should have a zero offset");
1975
1976       // If we have a use of the alloca, we know the derived uses will be
1977       // utilizing just the first element of the scalarized result.  Insert a
1978       // bitcast of the first alloca before the user as required.
1979       AllocaInst *NewAI = NewElts[0];
1980       BitCastInst *BCI = new BitCastInst(NewAI, AI->getType(), "", NewAI);
1981       NewAI->moveBefore(BCI);
1982       TheUse = BCI;
1983       continue;
1984     }
1985   }
1986 }
1987
1988 /// RewriteBitCast - Update a bitcast reference to the alloca being replaced
1989 /// and recursively continue updating all of its uses.
1990 void SROA::RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1991                           SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1992   RewriteForScalarRepl(BC, AI, Offset, NewElts);
1993   if (BC->getOperand(0) != AI)
1994     return;
1995
1996   // The bitcast references the original alloca.  Replace its uses with
1997   // references to the alloca containing offset zero (which is normally at
1998   // index zero, but might not be in cases involving structs with elements
1999   // of size zero).
2000   Type *T = AI->getAllocatedType();
2001   uint64_t EltOffset = 0;
2002   Type *IdxTy;
2003   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
2004   Instruction *Val = NewElts[Idx];
2005   if (Val->getType() != BC->getDestTy()) {
2006     Val = new BitCastInst(Val, BC->getDestTy(), "", BC);
2007     Val->takeName(BC);
2008   }
2009   BC->replaceAllUsesWith(Val);
2010   DeadInsts.push_back(BC);
2011 }
2012
2013 /// FindElementAndOffset - Return the index of the element containing Offset
2014 /// within the specified type, which must be either a struct or an array.
2015 /// Sets T to the type of the element and Offset to the offset within that
2016 /// element.  IdxTy is set to the type of the index result to be used in a
2017 /// GEP instruction.
2018 uint64_t SROA::FindElementAndOffset(Type *&T, uint64_t &Offset,
2019                                     Type *&IdxTy) {
2020   uint64_t Idx = 0;
2021   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
2022     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
2023     Idx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
2024     T = ST->getContainedType(Idx);
2025     Offset -= Layout->getElementOffset(Idx);
2026     IdxTy = Type::getInt32Ty(T->getContext());
2027     return Idx;
2028   } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
2029     T = AT->getElementType();
2030     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(T);
2031     Idx = Offset / EltSize;
2032     Offset -= Idx * EltSize;
2033     IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
2034     return Idx;
2035   }
2036   VectorType *VT = cast<VectorType>(T);
2037   T = VT->getElementType();
2038   uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(T);
2039   Idx = Offset / EltSize;
2040   Offset -= Idx * EltSize;
2041   IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
2042   return Idx;
2043 }
2044
2045 /// RewriteGEP - Check if this GEP instruction moves the pointer across
2046 /// elements of the alloca that are being split apart, and if so, rewrite
2047 /// the GEP to be relative to the new element.
2048 void SROA::RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
2049                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2050   uint64_t OldOffset = Offset;
2051   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
2052   // If the GEP was dynamic then it must have been a dynamic vector lookup.
2053   // In this case, it must be the last GEP operand which is dynamic so keep that
2054   // aside until we've found the constant GEP offset then add it back in at the
2055   // end.
2056   Value* NonConstantIdx = 0;
2057   if (!GEPI->hasAllConstantIndices())
2058     NonConstantIdx = Indices.pop_back_val();
2059   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(), Indices);
2060
2061   RewriteForScalarRepl(GEPI, AI, Offset, NewElts);
2062
2063   Type *T = AI->getAllocatedType();
2064   Type *IdxTy;
2065   uint64_t OldIdx = FindElementAndOffset(T, OldOffset, IdxTy);
2066   if (GEPI->getOperand(0) == AI)
2067     OldIdx = ~0ULL; // Force the GEP to be rewritten.
2068
2069   T = AI->getAllocatedType();
2070   uint64_t EltOffset = Offset;
2071   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
2072
2073   // If this GEP does not move the pointer across elements of the alloca
2074   // being split, then it does not needs to be rewritten.
2075   if (Idx == OldIdx)
2076     return;
2077
2078   Type *i32Ty = Type::getInt32Ty(AI->getContext());
2079   SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
2080   NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
2081   while (EltOffset != 0) {
2082     uint64_t EltIdx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
2083     NewArgs.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, EltIdx));
2084   }
2085   if (NonConstantIdx) {
2086     Type* GepTy = T;
2087     // This GEP has a dynamic index.  We need to add "i32 0" to index through
2088     // any structs or arrays in the original type until we get to the vector
2089     // to index.
2090     while (!isa<VectorType>(GepTy)) {
2091       NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
2092       GepTy = cast<CompositeType>(GepTy)->getTypeAtIndex(0U);
2093     }
2094     NewArgs.push_back(NonConstantIdx);
2095   }
2096   Instruction *Val = NewElts[Idx];
2097   if (NewArgs.size() > 1) {
2098     Val = GetElementPtrInst::CreateInBounds(Val, NewArgs, "", GEPI);
2099     Val->takeName(GEPI);
2100   }
2101   if (Val->getType() != GEPI->getType())
2102     Val = new BitCastInst(Val, GEPI->getType(), Val->getName(), GEPI);
2103   GEPI->replaceAllUsesWith(Val);
2104   DeadInsts.push_back(GEPI);
2105 }
2106
2107 /// RewriteLifetimeIntrinsic - II is a lifetime.start/lifetime.end. Rewrite it
2108 /// to mark the lifetime of the scalarized memory.
2109 void SROA::RewriteLifetimeIntrinsic(IntrinsicInst *II, AllocaInst *AI,
2110                                     uint64_t Offset,
2111                                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2112   ConstantInt *OldSize = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0));
2113   // Put matching lifetime markers on everything from Offset up to
2114   // Offset+OldSize.
2115   Type *AIType = AI->getAllocatedType();
2116   uint64_t NewOffset = Offset;
2117   Type *IdxTy;
2118   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(AIType, NewOffset, IdxTy);
2119
2120   IRBuilder<> Builder(II);
2121   uint64_t Size = OldSize->getLimitedValue();
2122
2123   if (NewOffset) {
2124     // Splice the first element and index 'NewOffset' bytes in.  SROA will
2125     // split the alloca again later.
2126     Value *V = Builder.CreateBitCast(NewElts[Idx], Builder.getInt8PtrTy());
2127     V = Builder.CreateGEP(V, Builder.getInt64(NewOffset));
2128
2129     IdxTy = NewElts[Idx]->getAllocatedType();
2130     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(IdxTy) - NewOffset;
2131     if (EltSize > Size) {
2132       EltSize = Size;
2133       Size = 0;
2134     } else {
2135       Size -= EltSize;
2136     }
2137     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2138       Builder.CreateLifetimeStart(V, Builder.getInt64(EltSize));
2139     else
2140       Builder.CreateLifetimeEnd(V, Builder.getInt64(EltSize));
2141     ++Idx;
2142   }
2143
2144   for (; Idx != NewElts.size() && Size; ++Idx) {
2145     IdxTy = NewElts[Idx]->getAllocatedType();
2146     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(IdxTy);
2147     if (EltSize > Size) {
2148       EltSize = Size;
2149       Size = 0;
2150     } else {
2151       Size -= EltSize;
2152     }
2153     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2154       Builder.CreateLifetimeStart(NewElts[Idx],
2155                                   Builder.getInt64(EltSize));
2156     else
2157       Builder.CreateLifetimeEnd(NewElts[Idx],
2158                                 Builder.getInt64(EltSize));
2159   }
2160   DeadInsts.push_back(II);
2161 }
2162
2163 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
2164 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
2165 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
2166                                         AllocaInst *AI,
2167                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2168   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
2169   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
2170   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
2171   // memset, this Value* stays null.
2172   Value *OtherPtr = 0;
2173   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
2174   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
2175     if (Inst == MTI->getRawDest())
2176       OtherPtr = MTI->getRawSource();
2177     else {
2178       assert(Inst == MTI->getRawSource());
2179       OtherPtr = MTI->getRawDest();
2180     }
2181   }
2182
2183   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
2184   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
2185   if (OtherPtr) {
2186     unsigned AddrSpace =
2187       cast<PointerType>(OtherPtr->getType())->getAddressSpace();
2188
2189     // Remove bitcasts and all-zero GEPs from OtherPtr.  This is an
2190     // optimization, but it's also required to detect the corner case where
2191     // both pointer operands are referencing the same memory, and where
2192     // OtherPtr may be a bitcast or GEP that currently being rewritten.  (This
2193     // function is only called for mem intrinsics that access the whole
2194     // aggregate, so non-zero GEPs are not an issue here.)
2195     OtherPtr = OtherPtr->stripPointerCasts();
2196
2197     // Copying the alloca to itself is a no-op: just delete it.
2198     if (OtherPtr == AI || OtherPtr == NewElts[0]) {
2199       // This code will run twice for a no-op memcpy -- once for each operand.
2200       // Put only one reference to MI on the DeadInsts list.
2201       for (SmallVector<Value*, 32>::const_iterator I = DeadInsts.begin(),
2202              E = DeadInsts.end(); I != E; ++I)
2203         if (*I == MI) return;
2204       DeadInsts.push_back(MI);
2205       return;
2206     }
2207
2208     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
2209     // type.
2210     Type *NewTy =
2211       PointerType::get(AI->getType()->getElementType(), AddrSpace);
2212
2213     if (OtherPtr->getType() != NewTy)
2214       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, NewTy, OtherPtr->getName(), MI);
2215   }
2216
2217   // Process each element of the aggregate.
2218   bool SROADest = MI->getRawDest() == Inst;
2219
2220   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(MI->getContext()));
2221
2222   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2223     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
2224     Value *OtherElt = 0;
2225     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
2226
2227     if (OtherPtr) {
2228       Value *Idx[2] = { Zero,
2229                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), i) };
2230       OtherElt = GetElementPtrInst::CreateInBounds(OtherPtr, Idx,
2231                                               OtherPtr->getName()+"."+Twine(i),
2232                                                    MI);
2233       uint64_t EltOffset;
2234       PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
2235       Type *OtherTy = OtherPtrTy->getElementType();
2236       if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(OtherTy)) {
2237         EltOffset = TD->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
2238       } else {
2239         Type *EltTy = cast<SequentialType>(OtherTy)->getElementType();
2240         EltOffset = TD->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
2241       }
2242
2243       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
2244       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
2245       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
2246       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
2247       // known alignment is just 4 bytes.
2248       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
2249     }
2250
2251     Value *EltPtr = NewElts[i];
2252     Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
2253
2254     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
2255     if (EltTy->isSingleValueType()) {
2256       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
2257         if (SROADest) {
2258           // From Other to Alloca.
2259           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
2260           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
2261         } else {
2262           // From Alloca to Other.
2263           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
2264           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
2265         }
2266         continue;
2267       }
2268       assert(isa<MemSetInst>(MI));
2269
2270       // If the stored element is zero (common case), just store a null
2271       // constant.
2272       Constant *StoreVal;
2273       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getArgOperand(1))) {
2274         if (CI->isZero()) {
2275           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
2276         } else {
2277           // If EltTy is a vector type, get the element type.
2278           Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
2279
2280           // Construct an integer with the right value.
2281           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
2282           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
2283           APInt TotalVal(OneVal);
2284           // Set each byte.
2285           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
2286             TotalVal = TotalVal.shl(8);
2287             TotalVal |= OneVal;
2288           }
2289
2290           // Convert the integer value to the appropriate type.
2291           StoreVal = ConstantInt::get(CI->getContext(), TotalVal);
2292           if (ValTy->isPointerTy())
2293             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
2294           else if (ValTy->isFloatingPointTy())
2295             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
2296           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
2297
2298           // If the requested value was a vector constant, create it.
2299           if (EltTy->isVectorTy()) {
2300             unsigned NumElts = cast<VectorType>(EltTy)->getNumElements();
2301             StoreVal = ConstantVector::getSplat(NumElts, StoreVal);
2302           }
2303         }
2304         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
2305         continue;
2306       }
2307       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
2308       // this element.
2309     }
2310
2311     unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
2312     if (!EltSize)
2313       continue;
2314
2315     IRBuilder<> Builder(MI);
2316
2317     // Finally, insert the meminst for this element.
2318     if (isa<MemSetInst>(MI)) {
2319       Builder.CreateMemSet(EltPtr, MI->getArgOperand(1), EltSize,
2320                            MI->isVolatile());
2321     } else {
2322       assert(isa<MemTransferInst>(MI));
2323       Value *Dst = SROADest ? EltPtr : OtherElt;  // Dest ptr
2324       Value *Src = SROADest ? OtherElt : EltPtr;  // Src ptr
2325
2326       if (isa<MemCpyInst>(MI))
2327         Builder.CreateMemCpy(Dst, Src, EltSize, OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2328       else
2329         Builder.CreateMemMove(Dst, Src, EltSize,OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2330     }
2331   }
2332   DeadInsts.push_back(MI);
2333 }
2334
2335 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found a store of an integer that
2336 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
2337 /// integer and store them individually.
2338 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
2339                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
2340   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
2341   // and store the element value to the individual alloca.
2342   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
2343   Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2344   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2345
2346   IRBuilder<> Builder(SI);
2347
2348   // Handle tail padding by extending the operand
2349   if (TD->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
2350     SrcVal = Builder.CreateZExt(SrcVal,
2351                             IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits));
2352
2353   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
2354                << '\n');
2355
2356   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2357   // have different ways to compute the element offset.
2358   if (StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2359     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
2360
2361     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2362       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
2363       Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
2364       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2365
2366       if (TD->isBigEndian())
2367         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
2368
2369       Value *EltVal = SrcVal;
2370       if (Shift) {
2371         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2372         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2373       }
2374
2375       // Truncate down to an integer of the right size.
2376       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2377
2378       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2379       if (FieldSizeBits == 0) continue;
2380
2381       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
2382         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2383                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits));
2384       Value *DestField = NewElts[i];
2385       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
2386         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2387       } else if (FieldTy->isFloatingPointTy() || FieldTy->isVectorTy()) {
2388         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2389         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, FieldTy);
2390       } else {
2391         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2392         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2393                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2394       }
2395       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2396     }
2397
2398   } else {
2399     ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
2400     Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
2401     uint64_t ElementOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2402     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
2403
2404     uint64_t Shift;
2405
2406     if (TD->isBigEndian())
2407       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
2408     else
2409       Shift = 0;
2410
2411     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2412       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2413       if (ElementSizeBits == 0) continue;
2414
2415       Value *EltVal = SrcVal;
2416       if (Shift) {
2417         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2418         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2419       }
2420
2421       // Truncate down to an integer of the right size.
2422       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
2423         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2424                                      IntegerType::get(SI->getContext(),
2425                                                       ElementSizeBits));
2426       Value *DestField = NewElts[i];
2427       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
2428         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2429       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPointTy() ||
2430                  ArrayEltTy->isVectorTy()) {
2431         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2432         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, ArrayEltTy);
2433       } else {
2434         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2435         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2436                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2437       }
2438       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2439
2440       if (TD->isBigEndian())
2441         Shift -= ElementOffset;
2442       else
2443         Shift += ElementOffset;
2444     }
2445   }
2446
2447   DeadInsts.push_back(SI);
2448 }
2449
2450 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found a load of the entire allocation to
2451 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
2452 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
2453                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2454   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
2455   // and form the result value.
2456   Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2457   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2458
2459   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
2460                << '\n');
2461
2462   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2463   // have different ways to compute the element offset.
2464   const StructLayout *Layout = 0;
2465   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
2466   if (StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2467     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
2468   } else {
2469     Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
2470     ArrayEltBitOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2471   }
2472
2473   Value *ResultVal =
2474     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
2475
2476   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2477     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
2478     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
2479     Value *SrcField = NewElts[i];
2480     Type *FieldTy =
2481       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
2482     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2483
2484     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2485     if (FieldSizeBits == 0) continue;
2486
2487     IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(),
2488                                                      FieldSizeBits);
2489     if (!FieldTy->isIntegerTy() && !FieldTy->isFloatingPointTy() &&
2490         !FieldTy->isVectorTy())
2491       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
2492                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
2493                                  "", LI);
2494     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
2495
2496     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
2497     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
2498     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
2499       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
2500
2501     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
2502     // we can shift and insert it.
2503     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
2504       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
2505
2506     // Determine the number of bits to shift SrcField.
2507     uint64_t Shift;
2508     if (Layout) // Struct case.
2509       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2510     else  // Array case.
2511       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
2512
2513     if (TD->isBigEndian())
2514       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
2515
2516     if (Shift) {
2517       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
2518       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
2519     }
2520
2521     // Don't create an 'or x, 0' on the first iteration.
2522     if (!isa<Constant>(ResultVal) ||
2523         !cast<Constant>(ResultVal)->isNullValue())
2524       ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
2525     else
2526       ResultVal = SrcField;
2527   }
2528
2529   // Handle tail padding by truncating the result
2530   if (TD->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
2531     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
2532
2533   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
2534   DeadInsts.push_back(LI);
2535 }
2536
2537 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
2538 /// alignment padding in between the elements that would be split apart
2539 /// by SROA; return false otherwise.
2540 static bool HasPadding(Type *Ty, const DataLayout &TD) {
2541   if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2542     Ty = ATy->getElementType();
2543     return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
2544   }
2545
2546   // SROA currently handles only Arrays and Structs.
2547   StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
2548   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
2549   unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
2550   for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2551     unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
2552
2553     // Check to see if there is any padding between this element and the
2554     // previous one.
2555     if (i) {
2556       unsigned PrevFieldEnd =
2557         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
2558       if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
2559         return true;
2560     }
2561     PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
2562   }
2563   // Check for tail padding.
2564   if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
2565     unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
2566       TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
2567     if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
2568       return true;
2569   }
2570   return false;
2571 }
2572
2573 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
2574 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
2575 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
2576 bool SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI) {
2577   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
2578   // the users are safe to transform.
2579   AllocaInfo Info(AI);
2580
2581   isSafeForScalarRepl(AI, 0, Info);
2582   if (Info.isUnsafe) {
2583     DEBUG(dbgs() << "Cannot transform: " << *AI << '\n');
2584     return false;
2585   }
2586
2587   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
2588   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
2589   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
2590   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
2591   // struct.
2592   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
2593       HasPadding(AI->getAllocatedType(), *TD))
2594     return false;
2595
2596   // If the alloca never has an access to just *part* of it, but is accessed
2597   // via loads and stores, then we should use ConvertToScalarInfo to promote
2598   // the alloca instead of promoting each piece at a time and inserting fission
2599   // and fusion code.
2600   if (!Info.hasSubelementAccess && Info.hasALoadOrStore) {
2601     // If the struct/array just has one element, use basic SRoA.
2602     if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
2603       if (ST->getNumElements() > 1) return false;
2604     } else {
2605       if (cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType())->getNumElements() > 1)
2606         return false;
2607     }
2608   }
2609
2610   return true;
2611 }