eb8d2a6f73fc3efc70a59ba9bbb16eff901a7ba8
[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 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
23 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
24 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
25 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
26 #include "llvm/Analysis/AssumptionTracker.h"
27 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
28 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
29 #include "llvm/IR/CallSite.h"
30 #include "llvm/IR/Constants.h"
31 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
32 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
33 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
34 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
35 #include "llvm/IR/Dominators.h"
36 #include "llvm/IR/Function.h"
37 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
38 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
39 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
40 #include "llvm/IR/Instructions.h"
41 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
42 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
43 #include "llvm/IR/Module.h"
44 #include "llvm/IR/Operator.h"
45 #include "llvm/Pass.h"
46 #include "llvm/Support/Debug.h"
47 #include "llvm/Support/ErrorHandling.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 #define DEBUG_TYPE "scalarrepl"
56
57 STATISTIC(NumReplaced,  "Number of allocas broken up");
58 STATISTIC(NumPromoted,  "Number of allocas promoted");
59 STATISTIC(NumAdjusted,  "Number of scalar allocas adjusted to allow promotion");
60 STATISTIC(NumConverted, "Number of aggregates converted to scalar");
61
62 namespace {
63   struct SROA : public FunctionPass {
64     SROA(int T, bool hasDT, char &ID, int ST, int AT, int SLT)
65       : FunctionPass(ID), HasDomTree(hasDT) {
66       if (T == -1)
67         SRThreshold = 128;
68       else
69         SRThreshold = T;
70       if (ST == -1)
71         StructMemberThreshold = 32;
72       else
73         StructMemberThreshold = ST;
74       if (AT == -1)
75         ArrayElementThreshold = 8;
76       else
77         ArrayElementThreshold = AT;
78       if (SLT == -1)
79         // Do not limit the scalar integer load size if no threshold is given.
80         ScalarLoadThreshold = -1;
81       else
82         ScalarLoadThreshold = SLT;
83     }
84
85     bool runOnFunction(Function &F) override;
86
87     bool performScalarRepl(Function &F);
88     bool performPromotion(Function &F);
89
90   private:
91     bool HasDomTree;
92     const DataLayout *DL;
93
94     /// DeadInsts - Keep track of instructions we have made dead, so that
95     /// we can remove them after we are done working.
96     SmallVector<Value*, 32> DeadInsts;
97
98     /// AllocaInfo - When analyzing uses of an alloca instruction, this captures
99     /// information about the uses.  All these fields are initialized to false
100     /// and set to true when something is learned.
101     struct AllocaInfo {
102       /// The alloca to promote.
103       AllocaInst *AI;
104
105       /// CheckedPHIs - This is a set of verified PHI nodes, to prevent infinite
106       /// looping and avoid redundant work.
107       SmallPtrSet<PHINode*, 8> CheckedPHIs;
108
109       /// isUnsafe - This is set to true if the alloca cannot be SROA'd.
110       bool isUnsafe : 1;
111
112       /// isMemCpySrc - This is true if this aggregate is memcpy'd from.
113       bool isMemCpySrc : 1;
114
115       /// isMemCpyDst - This is true if this aggregate is memcpy'd into.
116       bool isMemCpyDst : 1;
117
118       /// hasSubelementAccess - This is true if a subelement of the alloca is
119       /// ever accessed, or false if the alloca is only accessed with mem
120       /// intrinsics or load/store that only access the entire alloca at once.
121       bool hasSubelementAccess : 1;
122
123       /// hasALoadOrStore - This is true if there are any loads or stores to it.
124       /// The alloca may just be accessed with memcpy, for example, which would
125       /// not set this.
126       bool hasALoadOrStore : 1;
127
128       explicit AllocaInfo(AllocaInst *ai)
129         : AI(ai), isUnsafe(false), isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false),
130           hasSubelementAccess(false), hasALoadOrStore(false) {}
131     };
132
133     /// SRThreshold - The maximum alloca size to considered for SROA.
134     unsigned SRThreshold;
135
136     /// StructMemberThreshold - The maximum number of members a struct can
137     /// contain to be considered for SROA.
138     unsigned StructMemberThreshold;
139
140     /// ArrayElementThreshold - The maximum number of elements an array can
141     /// have to be considered for SROA.
142     unsigned ArrayElementThreshold;
143
144     /// ScalarLoadThreshold - The maximum size in bits of scalars to load when
145     /// converting to scalar
146     unsigned ScalarLoadThreshold;
147
148     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I, Instruction *User) {
149       I.isUnsafe = true;
150       DEBUG(dbgs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
151     }
152
153     bool isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI);
154
155     void isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset, AllocaInfo &Info);
156     void isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *User, uint64_t Offset,
157                                          AllocaInfo &Info);
158     void isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info);
159     void isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
160                          Type *MemOpType, bool isStore, AllocaInfo &Info,
161                          Instruction *TheAccess, bool AllowWholeAccess);
162     bool TypeHasComponent(Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size);
163     uint64_t FindElementAndOffset(Type *&T, uint64_t &Offset,
164                                   Type *&IdxTy);
165
166     void DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
167                              std::vector<AllocaInst*> &WorkList);
168     void DeleteDeadInstructions();
169
170     void RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
171                               SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts);
172     void RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
173                         SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts);
174     void RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
175                     SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts);
176     void RewriteLifetimeIntrinsic(IntrinsicInst *II, AllocaInst *AI,
177                                   uint64_t Offset,
178                                   SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts);
179     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
180                                       AllocaInst *AI,
181                                       SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts);
182     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
183                                        SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts);
184     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
185                                       SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts);
186     bool ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI);
187   };
188
189   // SROA_DT - SROA that uses DominatorTree.
190   struct SROA_DT : public SROA {
191     static char ID;
192   public:
193     SROA_DT(int T = -1, int ST = -1, int AT = -1, int SLT = -1) :
194         SROA(T, true, ID, ST, AT, SLT) {
195       initializeSROA_DTPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
196     }
197
198     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
199     // will not alter the CFG, so say so.
200     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
201       AU.addRequired<AssumptionTracker>();
202       AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
203       AU.setPreservesCFG();
204     }
205   };
206
207   // SROA_SSAUp - SROA that uses SSAUpdater.
208   struct SROA_SSAUp : public SROA {
209     static char ID;
210   public:
211     SROA_SSAUp(int T = -1, int ST = -1, int AT = -1, int SLT = -1) :
212         SROA(T, false, ID, ST, AT, SLT) {
213       initializeSROA_SSAUpPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
214     }
215
216     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
217     // will not alter the CFG, so say so.
218     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
219       AU.addRequired<AssumptionTracker>();
220       AU.setPreservesCFG();
221     }
222   };
223
224 }
225
226 char SROA_DT::ID = 0;
227 char SROA_SSAUp::ID = 0;
228
229 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_DT, "scalarrepl",
230                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
231 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionTracker)
232 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
233 INITIALIZE_PASS_END(SROA_DT, "scalarrepl",
234                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
235
236 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
237                       "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
238 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionTracker)
239 INITIALIZE_PASS_END(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
240                     "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
241
242 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
243 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(int Threshold,
244                                                    bool UseDomTree,
245                                                    int StructMemberThreshold,
246                                                    int ArrayElementThreshold,
247                                                    int ScalarLoadThreshold) {
248   if (UseDomTree)
249     return new SROA_DT(Threshold, StructMemberThreshold, ArrayElementThreshold,
250                        ScalarLoadThreshold);
251   return new SROA_SSAUp(Threshold, StructMemberThreshold,
252                         ArrayElementThreshold, ScalarLoadThreshold);
253 }
254
255
256 //===----------------------------------------------------------------------===//
257 // Convert To Scalar Optimization.
258 //===----------------------------------------------------------------------===//
259
260 namespace {
261 /// ConvertToScalarInfo - This class implements the "Convert To Scalar"
262 /// optimization, which scans the uses of an alloca and determines if it can
263 /// rewrite it in terms of a single new alloca that can be mem2reg'd.
264 class ConvertToScalarInfo {
265   /// AllocaSize - The size of the alloca being considered in bytes.
266   unsigned AllocaSize;
267   const DataLayout &DL;
268   unsigned ScalarLoadThreshold;
269
270   /// IsNotTrivial - This is set to true if there is some access to the object
271   /// which means that mem2reg can't promote it.
272   bool IsNotTrivial;
273
274   /// ScalarKind - Tracks the kind of alloca being considered for promotion,
275   /// computed based on the uses of the alloca rather than the LLVM type system.
276   enum {
277     Unknown,
278
279     // Accesses via GEPs that are consistent with element access of a vector
280     // type. This will not be converted into a vector unless there is a later
281     // access using an actual vector type.
282     ImplicitVector,
283
284     // Accesses via vector operations and GEPs that are consistent with the
285     // layout of a vector type.
286     Vector,
287
288     // An integer bag-of-bits with bitwise operations for insertion and
289     // extraction. Any combination of types can be converted into this kind
290     // of scalar.
291     Integer
292   } ScalarKind;
293
294   /// VectorTy - This tracks the type that we should promote the vector to if
295   /// it is possible to turn it into a vector.  This starts out null, and if it
296   /// isn't possible to turn into a vector type, it gets set to VoidTy.
297   VectorType *VectorTy;
298
299   /// HadNonMemTransferAccess - True if there is at least one access to the
300   /// alloca that is not a MemTransferInst.  We don't want to turn structs into
301   /// large integers unless there is some potential for optimization.
302   bool HadNonMemTransferAccess;
303
304   /// HadDynamicAccess - True if some element of this alloca was dynamic.
305   /// We don't yet have support for turning a dynamic access into a large
306   /// integer.
307   bool HadDynamicAccess;
308
309 public:
310   explicit ConvertToScalarInfo(unsigned Size, const DataLayout &DL,
311                                unsigned SLT)
312     : AllocaSize(Size), DL(DL), ScalarLoadThreshold(SLT), IsNotTrivial(false),
313     ScalarKind(Unknown), VectorTy(nullptr), HadNonMemTransferAccess(false),
314     HadDynamicAccess(false) { }
315
316   AllocaInst *TryConvert(AllocaInst *AI);
317
318 private:
319   bool CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx);
320   void MergeInTypeForLoadOrStore(Type *In, uint64_t Offset);
321   bool MergeInVectorType(VectorType *VInTy, uint64_t Offset);
322   void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset,
323                            Value *NonConstantIdx);
324
325   Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, Type *ToType,
326                                     uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx,
327                                     IRBuilder<> &Builder);
328   Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
329                                    uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx,
330                                    IRBuilder<> &Builder);
331 };
332 } // end anonymous namespace.
333
334
335 /// TryConvert - Analyze the specified alloca, and if it is safe to do so,
336 /// rewrite it to be a new alloca which is mem2reg'able.  This returns the new
337 /// alloca if possible or null if not.
338 AllocaInst *ConvertToScalarInfo::TryConvert(AllocaInst *AI) {
339   // If we can't convert this scalar, or if mem2reg can trivially do it, bail
340   // out.
341   if (!CanConvertToScalar(AI, 0, nullptr) || !IsNotTrivial)
342     return nullptr;
343
344   // If an alloca has only memset / memcpy uses, it may still have an Unknown
345   // ScalarKind. Treat it as an Integer below.
346   if (ScalarKind == Unknown)
347     ScalarKind = Integer;
348
349   if (ScalarKind == Vector && VectorTy->getBitWidth() != AllocaSize * 8)
350     ScalarKind = Integer;
351
352   // If we were able to find a vector type that can handle this with
353   // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
354   // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
355   // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
356   // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
357   // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
358   Type *NewTy;
359   if (ScalarKind == Vector) {
360     assert(VectorTy && "Missing type for vector scalar.");
361     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "\n  TYPE = "
362           << *VectorTy << '\n');
363     NewTy = VectorTy;  // Use the vector type.
364   } else {
365     unsigned BitWidth = AllocaSize * 8;
366
367     // Do not convert to scalar integer if the alloca size exceeds the
368     // scalar load threshold.
369     if (BitWidth > ScalarLoadThreshold)
370       return nullptr;
371
372     if ((ScalarKind == ImplicitVector || ScalarKind == Integer) &&
373         !HadNonMemTransferAccess && !DL.fitsInLegalInteger(BitWidth))
374       return nullptr;
375     // Dynamic accesses on integers aren't yet supported.  They need us to shift
376     // by a dynamic amount which could be difficult to work out as we might not
377     // know whether to use a left or right shift.
378     if (ScalarKind == Integer && HadDynamicAccess)
379       return nullptr;
380
381     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n");
382     // Create and insert the integer alloca.
383     NewTy = IntegerType::get(AI->getContext(), BitWidth);
384   }
385   AllocaInst *NewAI = new AllocaInst(NewTy, nullptr, "",
386                                      AI->getParent()->begin());
387   ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0, nullptr);
388   return NewAI;
389 }
390
391 /// MergeInTypeForLoadOrStore - Add the 'In' type to the accumulated vector type
392 /// (VectorTy) so far at the offset specified by Offset (which is specified in
393 /// bytes).
394 ///
395 /// There are two cases we handle here:
396 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
397 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
398 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
399 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
400 ///   2) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
401 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
402 ///      and stores would mutate the memory.  We mark this by setting VectorTy
403 ///      to VoidTy.
404 void ConvertToScalarInfo::MergeInTypeForLoadOrStore(Type *In,
405                                                     uint64_t Offset) {
406   // If we already decided to turn this into a blob of integer memory, there is
407   // nothing to be done.
408   if (ScalarKind == Integer)
409     return;
410
411   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
412
413   // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
414   // matches the existing VecTy.
415   if (VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
416     if (MergeInVectorType(VInTy, Offset))
417       return;
418   } else if (In->isFloatTy() || In->isDoubleTy() ||
419              (In->isIntegerTy() && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
420               isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
421     // Full width accesses can be ignored, because they can always be turned
422     // into bitcasts.
423     unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
424     if (EltSize == AllocaSize)
425       return;
426
427     // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
428     // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
429     // compatible with it.
430     if (Offset % EltSize == 0 && AllocaSize % EltSize == 0 &&
431         (!VectorTy || EltSize == VectorTy->getElementType()
432                                          ->getPrimitiveSizeInBits()/8)) {
433       if (!VectorTy) {
434         ScalarKind = ImplicitVector;
435         VectorTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
436       }
437       return;
438     }
439   }
440
441   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
442   // form.  We can still turn this into a large integer.
443   ScalarKind = Integer;
444 }
445
446 /// MergeInVectorType - Handles the vector case of MergeInTypeForLoadOrStore,
447 /// returning true if the type was successfully merged and false otherwise.
448 bool ConvertToScalarInfo::MergeInVectorType(VectorType *VInTy,
449                                             uint64_t Offset) {
450   if (VInTy->getBitWidth()/8 == AllocaSize && Offset == 0) {
451     // If we're storing/loading a vector of the right size, allow it as a
452     // vector.  If this the first vector we see, remember the type so that
453     // we know the element size. If this is a subsequent access, ignore it
454     // even if it is a differing type but the same size. Worst case we can
455     // bitcast the resultant vectors.
456     if (!VectorTy)
457       VectorTy = VInTy;
458     ScalarKind = Vector;
459     return true;
460   }
461
462   return false;
463 }
464
465 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
466 /// its accesses to a single vector type, return true and set VecTy to
467 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
468 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
469 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
470 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
471 ///
472 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
473 /// SawVec flag.
474 bool ConvertToScalarInfo::CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset,
475                                              Value* NonConstantIdx) {
476   for (User *U : V->users()) {
477     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
478
479     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UI)) {
480       // Don't break volatile loads.
481       if (!LI->isSimple())
482         return false;
483       // Don't touch MMX operations.
484       if (LI->getType()->isX86_MMXTy())
485         return false;
486       HadNonMemTransferAccess = true;
487       MergeInTypeForLoadOrStore(LI->getType(), Offset);
488       continue;
489     }
490
491     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
492       // Storing the pointer, not into the value?
493       if (SI->getOperand(0) == V || !SI->isSimple()) return false;
494       // Don't touch MMX operations.
495       if (SI->getOperand(0)->getType()->isX86_MMXTy())
496         return false;
497       HadNonMemTransferAccess = true;
498       MergeInTypeForLoadOrStore(SI->getOperand(0)->getType(), Offset);
499       continue;
500     }
501
502     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(UI)) {
503       if (!onlyUsedByLifetimeMarkers(BCI))
504         IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
505       if (!CanConvertToScalar(BCI, Offset, NonConstantIdx))
506         return false;
507       continue;
508     }
509
510     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(UI)) {
511       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
512       PointerType* PtrTy = dyn_cast<PointerType>(GEP->getPointerOperandType());
513       if (!PtrTy)
514         return false;
515
516       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
517       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
518       Value *GEPNonConstantIdx = nullptr;
519       if (!GEP->hasAllConstantIndices()) {
520         if (!isa<VectorType>(PtrTy->getElementType()))
521           return false;
522         if (NonConstantIdx)
523           return false;
524         GEPNonConstantIdx = Indices.pop_back_val();
525         if (!GEPNonConstantIdx->getType()->isIntegerTy(32))
526           return false;
527         HadDynamicAccess = true;
528       } else
529         GEPNonConstantIdx = NonConstantIdx;
530       uint64_t GEPOffset = DL.getIndexedOffset(PtrTy,
531                                                Indices);
532       // See if all uses can be converted.
533       if (!CanConvertToScalar(GEP, Offset+GEPOffset, GEPNonConstantIdx))
534         return false;
535       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
536       HadNonMemTransferAccess = true;
537       continue;
538     }
539
540     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
541     // handle it.
542     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(UI)) {
543       // Store to dynamic index.
544       if (NonConstantIdx)
545         return false;
546       // Store of constant value.
547       if (!isa<ConstantInt>(MSI->getValue()))
548         return false;
549
550       // Store of constant size.
551       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MSI->getLength());
552       if (!Len)
553         return false;
554
555       // If the size differs from the alloca, we can only convert the alloca to
556       // an integer bag-of-bits.
557       // FIXME: This should handle all of the cases that are currently accepted
558       // as vector element insertions.
559       if (Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
560         ScalarKind = Integer;
561
562       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
563       HadNonMemTransferAccess = true;
564       continue;
565     }
566
567     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
568     // can handle it like a load or store of the scalar type.
569     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(UI)) {
570       // Store to dynamic index.
571       if (NonConstantIdx)
572         return false;
573       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength());
574       if (!Len || Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
575         return false;
576
577       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
578       continue;
579     }
580
581     // If this is a lifetime intrinsic, we can handle it.
582     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(UI)) {
583       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
584           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
585         continue;
586       }
587     }
588
589     // Otherwise, we cannot handle this!
590     return false;
591   }
592
593   return true;
594 }
595
596 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
597 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
598 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
599 /// vector with insert/extractelement instructions.
600 ///
601 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
602 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
603 void ConvertToScalarInfo::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI,
604                                               uint64_t Offset,
605                                               Value* NonConstantIdx) {
606   while (!Ptr->use_empty()) {
607     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->user_back());
608
609     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
610       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset, NonConstantIdx);
611       CI->eraseFromParent();
612       continue;
613     }
614
615     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
616       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
617       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
618       Value* GEPNonConstantIdx = nullptr;
619       if (!GEP->hasAllConstantIndices()) {
620         assert(!NonConstantIdx &&
621                "Dynamic GEP reading from dynamic GEP unsupported");
622         GEPNonConstantIdx = Indices.pop_back_val();
623       } else
624         GEPNonConstantIdx = NonConstantIdx;
625       uint64_t GEPOffset = DL.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
626                                                Indices);
627       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8, GEPNonConstantIdx);
628       GEP->eraseFromParent();
629       continue;
630     }
631
632     IRBuilder<> Builder(User);
633
634     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
635       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
636       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI);
637       Value *NewLoadVal
638         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset,
639                                      NonConstantIdx, Builder);
640       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
641       LI->eraseFromParent();
642       continue;
643     }
644
645     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
646       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
647       Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
648       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
649                                              NonConstantIdx, Builder);
650       Builder.CreateStore(New, NewAI);
651       SI->eraseFromParent();
652
653       // If the load we just inserted is now dead, then the inserted store
654       // overwrote the entire thing.
655       if (Old->use_empty())
656         Old->eraseFromParent();
657       continue;
658     }
659
660     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
661     // transform it into a store of the expanded constant value.
662     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
663       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
664       assert(!NonConstantIdx && "Cannot replace dynamic memset with insert");
665       int64_t SNumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getSExtValue();
666       if (SNumBytes > 0 && (SNumBytes >> 32) == 0) {
667         unsigned NumBytes = static_cast<unsigned>(SNumBytes);
668         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
669
670         // Compute the value replicated the right number of times.
671         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
672
673         // Splat the value if non-zero.
674         if (Val)
675           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
676             APVal |= APVal << 8;
677
678         Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
679         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
680                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
681                                                Old, Offset, nullptr, Builder);
682         Builder.CreateStore(New, NewAI);
683
684         // If the load we just inserted is now dead, then the memset overwrote
685         // the entire thing.
686         if (Old->use_empty())
687           Old->eraseFromParent();
688       }
689       MSI->eraseFromParent();
690       continue;
691     }
692
693     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
694     // can handle it like a load or store of the scalar type.
695     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
696       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
697       assert(!NonConstantIdx && "Cannot replace dynamic transfer with insert");
698
699       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
700       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
701       // as appropriate.
702       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Ptr, &DL, 0));
703
704       if (GetUnderlyingObject(MTI->getSource(), &DL, 0) != OrigAI) {
705         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
706         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
707         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
708         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
709         PointerType* SPTy = cast<PointerType>(SrcPtr->getType());
710         PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
711         if (SPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
712           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
713                                    SPTy->getAddressSpace());
714         }
715         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, AIPTy);
716
717         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
718         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
719         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
720       } else if (GetUnderlyingObject(MTI->getDest(), &DL, 0) != OrigAI) {
721         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
722         // through the original dest pointer (bitcasted).
723         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
724         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
725
726         PointerType* DPTy = cast<PointerType>(MTI->getDest()->getType());
727         PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
728         if (DPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
729           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
730                                    DPTy->getAddressSpace());
731         }
732         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), AIPTy);
733
734         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
735         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
736       } else {
737         // Noop transfer. Src == Dst
738       }
739
740       MTI->eraseFromParent();
741       continue;
742     }
743
744     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
745       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
746           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
747         // There's no need to preserve these, as the resulting alloca will be
748         // converted to a register anyways.
749         II->eraseFromParent();
750         continue;
751       }
752     }
753
754     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
755   }
756 }
757
758 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
759 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
760 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
761 ///
762 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
763 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
764 /// insert/extractelement instructions.
765 ///
766 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
767 /// shifted to the right.
768 Value *ConvertToScalarInfo::
769 ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, Type *ToType,
770                            uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx,
771                            IRBuilder<> &Builder) {
772   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
773   Type *FromType = FromVal->getType();
774   if (FromType == ToType && Offset == 0)
775     return FromVal;
776
777   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
778   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
779   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromType)) {
780     unsigned FromTypeSize = DL.getTypeAllocSize(FromType);
781     unsigned ToTypeSize = DL.getTypeAllocSize(ToType);
782     if (FromTypeSize == ToTypeSize)
783         return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType);
784
785     // Otherwise it must be an element access.
786     unsigned Elt = 0;
787     if (Offset) {
788       unsigned EltSize = DL.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
789       Elt = Offset/EltSize;
790       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
791     }
792     // Return the element extracted out of it.
793     Value *Idx;
794     if (NonConstantIdx) {
795       if (Elt)
796         Idx = Builder.CreateAdd(NonConstantIdx,
797                                 Builder.getInt32(Elt),
798                                 "dyn.offset");
799       else
800         Idx = NonConstantIdx;
801     } else
802       Idx = Builder.getInt32(Elt);
803     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, Idx);
804     if (V->getType() != ToType)
805       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType);
806     return V;
807   }
808
809   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
810   // use insertvalue's to form the FCA.
811   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
812     assert(!NonConstantIdx &&
813            "Dynamic indexing into struct types not supported");
814     const StructLayout &Layout = *DL.getStructLayout(ST);
815     Value *Res = UndefValue::get(ST);
816     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
817       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
818                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
819                                               nullptr, Builder);
820       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i);
821     }
822     return Res;
823   }
824
825   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
826     assert(!NonConstantIdx &&
827            "Dynamic indexing into array types not supported");
828     uint64_t EltSize = DL.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
829     Value *Res = UndefValue::get(AT);
830     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
831       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
832                                               Offset+i*EltSize, nullptr,
833                                               Builder);
834       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i);
835     }
836     return Res;
837   }
838
839   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
840   IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
841
842   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
843   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
844   int ShAmt = 0;
845   if (DL.isBigEndian()) {
846     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
847     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
848     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
849     ShAmt = DL.getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
850             DL.getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
851   } else {
852     ShAmt = Offset;
853   }
854
855   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
856   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
857   // only some bits are used.
858   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
859     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
860                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(), ShAmt));
861   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
862     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal,
863                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(), -ShAmt));
864
865   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
866   unsigned LIBitWidth = DL.getTypeSizeInBits(ToType);
867   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
868     FromVal =
869       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
870                                                     LIBitWidth));
871   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
872     FromVal =
873        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
874                                                     LIBitWidth));
875
876   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
877   if (ToType->isIntegerTy()) {
878     // Should be done.
879   } else if (ToType->isFloatingPointTy() || ToType->isVectorTy()) {
880     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
881     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType);
882   } else {
883     // Otherwise must be a pointer.
884     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType);
885   }
886   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
887   return FromVal;
888 }
889
890 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
891 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
892 ///
893 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
894 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
895 /// vector with insert/extractelement instructions.
896 ///
897 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
898 /// shifted to the right.
899 ///
900 /// NonConstantIdx is an index value if there was a GEP with a non-constant
901 /// index value.  If this is 0 then all GEPs used to find this insert address
902 /// are constant.
903 Value *ConvertToScalarInfo::
904 ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
905                           uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx,
906                           IRBuilder<> &Builder) {
907   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
908   // then 'or' into place.
909   Type *AllocaType = Old->getType();
910   LLVMContext &Context = Old->getContext();
911
912   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
913     uint64_t VecSize = DL.getTypeAllocSizeInBits(VTy);
914     uint64_t ValSize = DL.getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
915
916     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
917     // vector type?
918     if (ValSize == VecSize)
919         return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType);
920
921     // Must be an element insertion.
922     Type *EltTy = VTy->getElementType();
923     if (SV->getType() != EltTy)
924       SV = Builder.CreateBitCast(SV, EltTy);
925     uint64_t EltSize = DL.getTypeAllocSizeInBits(EltTy);
926     unsigned Elt = Offset/EltSize;
927     Value *Idx;
928     if (NonConstantIdx) {
929       if (Elt)
930         Idx = Builder.CreateAdd(NonConstantIdx,
931                                 Builder.getInt32(Elt),
932                                 "dyn.offset");
933       else
934         Idx = NonConstantIdx;
935     } else
936       Idx = Builder.getInt32(Elt);
937     return Builder.CreateInsertElement(Old, SV, Idx);
938   }
939
940   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
941   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
942     assert(!NonConstantIdx &&
943            "Dynamic indexing into struct types not supported");
944     const StructLayout &Layout = *DL.getStructLayout(ST);
945     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
946       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i);
947       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old,
948                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
949                                       nullptr, Builder);
950     }
951     return Old;
952   }
953
954   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
955     assert(!NonConstantIdx &&
956            "Dynamic indexing into array types not supported");
957     uint64_t EltSize = DL.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
958     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
959       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i);
960       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, nullptr,
961                                       Builder);
962     }
963     return Old;
964   }
965
966   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
967   // If it is a pointer, do the same.
968   unsigned SrcWidth = DL.getTypeSizeInBits(SV->getType());
969   unsigned DestWidth = DL.getTypeSizeInBits(AllocaType);
970   unsigned SrcStoreWidth = DL.getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
971   unsigned DestStoreWidth = DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
972   if (SV->getType()->isFloatingPointTy() || SV->getType()->isVectorTy())
973     SV = Builder.CreateBitCast(SV, IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth));
974   else if (SV->getType()->isPointerTy())
975     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, DL.getIntPtrType(SV->getType()));
976
977   // Zero extend or truncate the value if needed.
978   if (SV->getType() != AllocaType) {
979     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
980              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
981       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType);
982     else {
983       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
984       // (undefined behavior).
985       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType);
986       SrcWidth = DestWidth;
987       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
988     }
989   }
990
991   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
992   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
993   int ShAmt = 0;
994   if (DL.isBigEndian()) {
995     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
996     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
997     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
998     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
999   } else {
1000     ShAmt = Offset;
1001   }
1002
1003   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
1004   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
1005   // only some bits in the structure are set.
1006   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
1007   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
1008     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(), ShAmt));
1009     Mask <<= ShAmt;
1010   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
1011     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(), -ShAmt));
1012     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
1013   }
1014
1015   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
1016   // in the new bits.
1017   if (SrcWidth != DestWidth) {
1018     assert(DestWidth > SrcWidth);
1019     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
1020     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
1021   }
1022   return SV;
1023 }
1024
1025
1026 //===----------------------------------------------------------------------===//
1027 // SRoA Driver
1028 //===----------------------------------------------------------------------===//
1029
1030
1031 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
1032   if (skipOptnoneFunction(F))
1033     return false;
1034
1035   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
1036   DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
1037
1038   bool Changed = performPromotion(F);
1039
1040   // FIXME: ScalarRepl currently depends on DataLayout more than it
1041   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
1042   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
1043   // scalar-replacement portion of this pass.
1044   if (!DL) return Changed;
1045
1046   while (1) {
1047     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
1048     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
1049     Changed = true;
1050     LocalChange = performPromotion(F);
1051     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
1052   }
1053
1054   return Changed;
1055 }
1056
1057 namespace {
1058 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1059   AllocaInst *AI;
1060   DIBuilder *DIB;
1061   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
1062   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
1063 public:
1064   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
1065                  DIBuilder *DB)
1066     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(nullptr), DIB(DB) {}
1067
1068   void run(AllocaInst *AI, const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
1069     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
1070     this->AI = AI;
1071     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI->getContext(), AI)) {
1072       for (User *U : DebugNode->users())
1073         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(U))
1074           DDIs.push_back(DDI);
1075         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(U))
1076           DVIs.push_back(DVI);
1077     }
1078
1079     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1080     AI->eraseFromParent();
1081     for (SmallVectorImpl<DbgDeclareInst *>::iterator I = DDIs.begin(),
1082            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1083       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1084       DDI->eraseFromParent();
1085     }
1086     for (SmallVectorImpl<DbgValueInst *>::iterator I = DVIs.begin(),
1087            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1088       DbgValueInst *DVI = *I;
1089       DVI->eraseFromParent();
1090     }
1091   }
1092
1093   bool isInstInList(Instruction *I,
1094                     const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const override {
1095     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1096       return LI->getOperand(0) == AI;
1097     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == AI;
1098   }
1099
1100   void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const override {
1101     for (SmallVectorImpl<DbgDeclareInst *>::const_iterator I = DDIs.begin(),
1102            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1103       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1104       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1105         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, *DIB);
1106       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
1107         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, *DIB);
1108     }
1109     for (SmallVectorImpl<DbgValueInst *>::const_iterator I = DVIs.begin(),
1110            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1111       DbgValueInst *DVI = *I;
1112       Value *Arg = nullptr;
1113       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1114         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
1115         // may be zapped by an optimization pass in future.
1116         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
1117           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
1118         if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
1119           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
1120         if (!Arg)
1121           Arg = SI->getOperand(0);
1122       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
1123         Arg = LI->getOperand(0);
1124       } else {
1125         continue;
1126       }
1127       Instruction *DbgVal =
1128         DIB->insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
1129                                      Inst);
1130       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1131     }
1132   }
1133 };
1134 } // end anon namespace
1135
1136 /// isSafeSelectToSpeculate - Select instructions that use an alloca and are
1137 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers and then
1138 /// select between the result, allowing the load of the alloca to be promoted.
1139 /// From this:
1140 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1141 ///   %V = load i32* %P2
1142 /// to:
1143 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1144 ///   %V2 = load i32* %Other
1145 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1146 ///
1147 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1148 /// the select can be loaded unconditionally.
1149 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst *SI, const DataLayout *DL) {
1150   bool TDerefable = SI->getTrueValue()->isDereferenceablePointer(DL);
1151   bool FDerefable = SI->getFalseValue()->isDereferenceablePointer(DL);
1152
1153   for (User *U : SI->users()) {
1154     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1155     if (!LI || !LI->isSimple()) return false;
1156
1157     // Both operands to the select need to be dereferencable, either absolutely
1158     // (e.g. allocas) or at this point because we can see other accesses to it.
1159     if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getTrueValue(), LI,
1160                                                     LI->getAlignment(), DL))
1161       return false;
1162     if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getFalseValue(), LI,
1163                                                     LI->getAlignment(), DL))
1164       return false;
1165   }
1166
1167   return true;
1168 }
1169
1170 /// isSafePHIToSpeculate - PHI instructions that use an alloca and are
1171 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers in the pred
1172 /// blocks and then PHI the results, allowing the load of the alloca to be
1173 /// promoted.
1174 /// From this:
1175 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1176 ///   %V = load i32* %P2
1177 /// to:
1178 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1179 ///   ...
1180 ///   %V2 = load i32* %Other
1181 ///   ...
1182 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1183 ///
1184 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1185 /// the select can be loaded unconditionally.
1186 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode *PN, const DataLayout *DL) {
1187   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block as
1188   // the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1189   // TODO: Allow recursive phi users.
1190   // TODO: Allow stores.
1191   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1192   unsigned MaxAlign = 0;
1193   for (User *U : PN->users()) {
1194     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1195     if (!LI || !LI->isSimple()) return false;
1196
1197     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is a
1198     // common case that happens when instcombine merges two loads through a PHI.
1199     if (LI->getParent() != BB) return false;
1200
1201     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1202     // could store.
1203     for (BasicBlock::iterator BBI = PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1204       if (BBI->mayWriteToMemory())
1205         return false;
1206
1207     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1208   }
1209
1210   // Okay, we know that we have one or more loads in the same block as the PHI.
1211   // We can transform this if it is safe to push the loads into the predecessor
1212   // blocks.  The only thing to watch out for is that we can't put a possibly
1213   // trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1214   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1215     BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1216     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1217
1218     // If the terminator of the predecessor has side-effects (an invoke),
1219     // there is no safe place to put a load in the predecessor.
1220     if (Pred->getTerminator()->mayHaveSideEffects())
1221       return false;
1222
1223     // If the value is produced by the terminator of the predecessor
1224     // (an invoke), there is no valid place to put a load in the predecessor.
1225     if (Pred->getTerminator() == InVal)
1226       return false;
1227
1228     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't critical.
1229     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1)
1230       continue;
1231
1232     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there is
1233     // already a load in the block, then we can move the load to the pred block.
1234     if (InVal->isDereferenceablePointer(DL) ||
1235         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, Pred->getTerminator(), MaxAlign, DL))
1236       continue;
1237
1238     return false;
1239   }
1240
1241   return true;
1242 }
1243
1244
1245 /// tryToMakeAllocaBePromotable - This returns true if the alloca only has
1246 /// direct (non-volatile) loads and stores to it.  If the alloca is close but
1247 /// not quite there, this will transform the code to allow promotion.  As such,
1248 /// it is a non-pure predicate.
1249 static bool tryToMakeAllocaBePromotable(AllocaInst *AI, const DataLayout *DL) {
1250   SetVector<Instruction*, SmallVector<Instruction*, 4>,
1251             SmallPtrSet<Instruction*, 4> > InstsToRewrite;
1252   for (User *U : AI->users()) {
1253     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
1254       if (!LI->isSimple())
1255         return false;
1256       continue;
1257     }
1258
1259     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1260       if (SI->getOperand(0) == AI || !SI->isSimple())
1261         return false;   // Don't allow a store OF the AI, only INTO the AI.
1262       continue;
1263     }
1264
1265     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(U)) {
1266       // If the condition being selected on is a constant, fold the select, yes
1267       // this does (rarely) happen early on.
1268       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
1269         Value *Result = SI->getOperand(1+CI->isZero());
1270         SI->replaceAllUsesWith(Result);
1271         SI->eraseFromParent();
1272
1273         // This is very rare and we just scrambled the use list of AI, start
1274         // over completely.
1275         return tryToMakeAllocaBePromotable(AI, DL);
1276       }
1277
1278       // If it is safe to turn "load (select c, AI, ptr)" into a select of two
1279       // loads, then we can transform this by rewriting the select.
1280       if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, DL))
1281         return false;
1282
1283       InstsToRewrite.insert(SI);
1284       continue;
1285     }
1286
1287     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1288       if (PN->use_empty()) {  // Dead PHIs can be stripped.
1289         InstsToRewrite.insert(PN);
1290         continue;
1291       }
1292
1293       // If it is safe to turn "load (phi [AI, ptr, ...])" into a PHI of loads
1294       // in the pred blocks, then we can transform this by rewriting the PHI.
1295       if (!isSafePHIToSpeculate(PN, DL))
1296         return false;
1297
1298       InstsToRewrite.insert(PN);
1299       continue;
1300     }
1301
1302     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
1303       if (onlyUsedByLifetimeMarkers(BCI)) {
1304         InstsToRewrite.insert(BCI);
1305         continue;
1306       }
1307     }
1308
1309     return false;
1310   }
1311
1312   // If there are no instructions to rewrite, then all uses are load/stores and
1313   // we're done!
1314   if (InstsToRewrite.empty())
1315     return true;
1316
1317   // If we have instructions that need to be rewritten for this to be promotable
1318   // take care of it now.
1319   for (unsigned i = 0, e = InstsToRewrite.size(); i != e; ++i) {
1320     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(InstsToRewrite[i])) {
1321       // This could only be a bitcast used by nothing but lifetime intrinsics.
1322       for (BitCastInst::user_iterator I = BCI->user_begin(), E = BCI->user_end();
1323            I != E;)
1324         cast<Instruction>(*I++)->eraseFromParent();
1325       BCI->eraseFromParent();
1326       continue;
1327     }
1328
1329     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(InstsToRewrite[i])) {
1330       // Selects in InstsToRewrite only have load uses.  Rewrite each as two
1331       // loads with a new select.
1332       while (!SI->use_empty()) {
1333         LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI->user_back());
1334
1335         IRBuilder<> Builder(LI);
1336         LoadInst *TrueLoad =
1337           Builder.CreateLoad(SI->getTrueValue(), LI->getName()+".t");
1338         LoadInst *FalseLoad =
1339           Builder.CreateLoad(SI->getFalseValue(), LI->getName()+".f");
1340
1341         // Transfer alignment and AA info if present.
1342         TrueLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1343         FalseLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1344
1345         AAMDNodes Tags;
1346         LI->getAAMetadata(Tags);
1347         if (Tags) {
1348           TrueLoad->setAAMetadata(Tags);
1349           FalseLoad->setAAMetadata(Tags);
1350         }
1351
1352         Value *V = Builder.CreateSelect(SI->getCondition(), TrueLoad, FalseLoad);
1353         V->takeName(LI);
1354         LI->replaceAllUsesWith(V);
1355         LI->eraseFromParent();
1356       }
1357
1358       // Now that all the loads are gone, the select is gone too.
1359       SI->eraseFromParent();
1360       continue;
1361     }
1362
1363     // Otherwise, we have a PHI node which allows us to push the loads into the
1364     // predecessors.
1365     PHINode *PN = cast<PHINode>(InstsToRewrite[i]);
1366     if (PN->use_empty()) {
1367       PN->eraseFromParent();
1368       continue;
1369     }
1370
1371     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN->getType())->getElementType();
1372     PHINode *NewPN = PHINode::Create(LoadTy, PN->getNumIncomingValues(),
1373                                      PN->getName()+".ld", PN);
1374
1375     // Get the AA tags and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1376     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1377     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN->user_back());
1378
1379     AAMDNodes AATags;
1380     SomeLoad->getAAMetadata(AATags);
1381     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1382
1383     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1384     while (!PN->use_empty()) {
1385       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN->user_back());
1386       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1387       LI->eraseFromParent();
1388     }
1389
1390     // Inject loads into all of the pred blocks.  Keep track of which blocks we
1391     // insert them into in case we have multiple edges from the same block.
1392     DenseMap<BasicBlock*, LoadInst*> InsertedLoads;
1393
1394     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1395       BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1396       LoadInst *&Load = InsertedLoads[Pred];
1397       if (!Load) {
1398         Load = new LoadInst(PN->getIncomingValue(i),
1399                             PN->getName() + "." + Pred->getName(),
1400                             Pred->getTerminator());
1401         Load->setAlignment(Align);
1402         if (AATags) Load->setAAMetadata(AATags);
1403       }
1404
1405       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1406     }
1407
1408     PN->eraseFromParent();
1409   }
1410
1411   ++NumAdjusted;
1412   return true;
1413 }
1414
1415 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
1416   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
1417   DominatorTree *DT = nullptr;
1418   if (HasDomTree)
1419     DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1420   AssumptionTracker *AT = &getAnalysis<AssumptionTracker>();
1421
1422   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
1423   DIBuilder DIB(*F.getParent());
1424   bool Changed = false;
1425   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
1426   while (1) {
1427     Allocas.clear();
1428
1429     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
1430     // the entry node
1431     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
1432       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
1433         if (tryToMakeAllocaBePromotable(AI, DL))
1434           Allocas.push_back(AI);
1435
1436     if (Allocas.empty()) break;
1437
1438     if (HasDomTree)
1439       PromoteMemToReg(Allocas, *DT, nullptr, AT);
1440     else {
1441       SSAUpdater SSA;
1442       for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i) {
1443         AllocaInst *AI = Allocas[i];
1444
1445         // Build list of instructions to promote.
1446         for (User *U : AI->users())
1447           Insts.push_back(cast<Instruction>(U));
1448         AllocaPromoter(Insts, SSA, &DIB).run(AI, Insts);
1449         Insts.clear();
1450       }
1451     }
1452     NumPromoted += Allocas.size();
1453     Changed = true;
1454   }
1455
1456   return Changed;
1457 }
1458
1459
1460 /// ShouldAttemptScalarRepl - Decide if an alloca is a good candidate for
1461 /// SROA.  It must be a struct or array type with a small number of elements.
1462 bool SROA::ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI) {
1463   Type *T = AI->getAllocatedType();
1464   // Do not promote any struct that has too many members.
1465   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
1466     return ST->getNumElements() <= StructMemberThreshold;
1467   // Do not promote any array that has too many elements.
1468   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T))
1469     return AT->getNumElements() <= ArrayElementThreshold;
1470   return false;
1471 }
1472
1473 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
1474 // which runs on all of the alloca instructions in the entry block, removing
1475 // them if they are only used by getelementptr instructions.
1476 //
1477 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
1478   std::vector<AllocaInst*> WorkList;
1479
1480   // Scan the entry basic block, adding allocas to the worklist.
1481   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
1482   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
1483     if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(I))
1484       WorkList.push_back(A);
1485
1486   // Process the worklist
1487   bool Changed = false;
1488   while (!WorkList.empty()) {
1489     AllocaInst *AI = WorkList.back();
1490     WorkList.pop_back();
1491
1492     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
1493     // with unused elements.
1494     if (AI->use_empty()) {
1495       AI->eraseFromParent();
1496       Changed = true;
1497       continue;
1498     }
1499
1500     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
1501     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
1502       continue;
1503
1504     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
1505     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
1506     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
1507     // value cannot be decomposed at all.
1508     uint64_t AllocaSize = DL->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
1509
1510     // Do not promote [0 x %struct].
1511     if (AllocaSize == 0) continue;
1512
1513     // Do not promote any struct whose size is too big.
1514     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
1515
1516     // If the alloca looks like a good candidate for scalar replacement, and if
1517     // all its users can be transformed, then split up the aggregate into its
1518     // separate elements.
1519     if (ShouldAttemptScalarRepl(AI) && isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
1520       DoScalarReplacement(AI, WorkList);
1521       Changed = true;
1522       continue;
1523     }
1524
1525     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
1526     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
1527     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
1528     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
1529     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
1530     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
1531     if (AllocaInst *NewAI = ConvertToScalarInfo(
1532               (unsigned)AllocaSize, *DL, ScalarLoadThreshold).TryConvert(AI)) {
1533       NewAI->takeName(AI);
1534       AI->eraseFromParent();
1535       ++NumConverted;
1536       Changed = true;
1537       continue;
1538     }
1539
1540     // Otherwise, couldn't process this alloca.
1541   }
1542
1543   return Changed;
1544 }
1545
1546 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
1547 /// predicate, do SROA now.
1548 void SROA::DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
1549                                std::vector<AllocaInst*> &WorkList) {
1550   DEBUG(dbgs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
1551   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
1552   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
1553     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
1554     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
1555       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), nullptr,
1556                                       AI->getAlignment(),
1557                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1558       ElementAllocas.push_back(NA);
1559       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1560     }
1561   } else {
1562     ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
1563     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
1564     Type *ElTy = AT->getElementType();
1565     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1566       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, nullptr, AI->getAlignment(),
1567                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1568       ElementAllocas.push_back(NA);
1569       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1570     }
1571   }
1572
1573   // Now that we have created the new alloca instructions, rewrite all the
1574   // uses of the old alloca.
1575   RewriteForScalarRepl(AI, AI, 0, ElementAllocas);
1576
1577   // Now erase any instructions that were made dead while rewriting the alloca.
1578   DeleteDeadInstructions();
1579   AI->eraseFromParent();
1580
1581   ++NumReplaced;
1582 }
1583
1584 /// DeleteDeadInstructions - Erase instructions on the DeadInstrs list,
1585 /// recursively including all their operands that become trivially dead.
1586 void SROA::DeleteDeadInstructions() {
1587   while (!DeadInsts.empty()) {
1588     Instruction *I = cast<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
1589
1590     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
1591       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
1592         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
1593         // (But, don't add allocas to the dead instruction list -- they are
1594         // already on the worklist and will be deleted separately.)
1595         *OI = nullptr;
1596         if (isInstructionTriviallyDead(U) && !isa<AllocaInst>(U))
1597           DeadInsts.push_back(U);
1598       }
1599
1600     I->eraseFromParent();
1601   }
1602 }
1603
1604 /// isSafeForScalarRepl - Check if instruction I is a safe use with regard to
1605 /// performing scalar replacement of alloca AI.  The results are flagged in
1606 /// the Info parameter.  Offset indicates the position within AI that is
1607 /// referenced by this instruction.
1608 void SROA::isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1609                                AllocaInfo &Info) {
1610   for (Use &U : I->uses()) {
1611     Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
1612
1613     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1614       isSafeForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1615     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1616       uint64_t GEPOffset = Offset;
1617       isSafeGEP(GEPI, GEPOffset, Info);
1618       if (!Info.isUnsafe)
1619         isSafeForScalarRepl(GEPI, GEPOffset, Info);
1620     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1621       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1622       if (!Length || Length->isNegative())
1623         return MarkUnsafe(Info, User);
1624
1625       isSafeMemAccess(Offset, Length->getZExtValue(), nullptr,
1626                       U.getOperandNo() == 0, Info, MI,
1627                       true /*AllowWholeAccess*/);
1628     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1629       if (!LI->isSimple())
1630         return MarkUnsafe(Info, User);
1631       Type *LIType = LI->getType();
1632       isSafeMemAccess(Offset, DL->getTypeAllocSize(LIType),
1633                       LIType, false, Info, LI, true /*AllowWholeAccess*/);
1634       Info.hasALoadOrStore = true;
1635
1636     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1637       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1638       if (!SI->isSimple() || SI->getOperand(0) == I)
1639         return MarkUnsafe(Info, User);
1640
1641       Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1642       isSafeMemAccess(Offset, DL->getTypeAllocSize(SIType),
1643                       SIType, true, Info, SI, true /*AllowWholeAccess*/);
1644       Info.hasALoadOrStore = true;
1645     } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
1646       if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1647           II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1648         return MarkUnsafe(Info, User);
1649     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1650       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1651     } else {
1652       return MarkUnsafe(Info, User);
1653     }
1654     if (Info.isUnsafe) return;
1655   }
1656 }
1657
1658
1659 /// isSafePHIUseForScalarRepl - If we see a PHI node or select using a pointer
1660 /// derived from the alloca, we can often still split the alloca into elements.
1661 /// This is useful if we have a large alloca where one element is phi'd
1662 /// together somewhere: we can SRoA and promote all the other elements even if
1663 /// we end up not being able to promote this one.
1664 ///
1665 /// All we require is that the uses of the PHI do not index into other parts of
1666 /// the alloca.  The most important use case for this is single load and stores
1667 /// that are PHI'd together, which can happen due to code sinking.
1668 void SROA::isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1669                                            AllocaInfo &Info) {
1670   // If we've already checked this PHI, don't do it again.
1671   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1672     if (!Info.CheckedPHIs.insert(PN))
1673       return;
1674
1675   for (User *U : I->users()) {
1676     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1677
1678     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(UI)) {
1679       isSafePHISelectUseForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1680     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(UI)) {
1681       // Only allow "bitcast" GEPs for simplicity.  We could generalize this,
1682       // but would have to prove that we're staying inside of an element being
1683       // promoted.
1684       if (!GEPI->hasAllZeroIndices())
1685         return MarkUnsafe(Info, UI);
1686       isSafePHISelectUseForScalarRepl(GEPI, Offset, Info);
1687     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UI)) {
1688       if (!LI->isSimple())
1689         return MarkUnsafe(Info, UI);
1690       Type *LIType = LI->getType();
1691       isSafeMemAccess(Offset, DL->getTypeAllocSize(LIType),
1692                       LIType, false, Info, LI, false /*AllowWholeAccess*/);
1693       Info.hasALoadOrStore = true;
1694
1695     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
1696       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1697       if (!SI->isSimple() || SI->getOperand(0) == I)
1698         return MarkUnsafe(Info, UI);
1699
1700       Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1701       isSafeMemAccess(Offset, DL->getTypeAllocSize(SIType),
1702                       SIType, true, Info, SI, false /*AllowWholeAccess*/);
1703       Info.hasALoadOrStore = true;
1704     } else if (isa<PHINode>(UI) || isa<SelectInst>(UI)) {
1705       isSafePHISelectUseForScalarRepl(UI, Offset, Info);
1706     } else {
1707       return MarkUnsafe(Info, UI);
1708     }
1709     if (Info.isUnsafe) return;
1710   }
1711 }
1712
1713 /// isSafeGEP - Check if a GEP instruction can be handled for scalar
1714 /// replacement.  It is safe when all the indices are constant, in-bounds
1715 /// references, and when the resulting offset corresponds to an element within
1716 /// the alloca type.  The results are flagged in the Info parameter.  Upon
1717 /// return, Offset is adjusted as specified by the GEP indices.
1718 void SROA::isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI,
1719                      uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info) {
1720   gep_type_iterator GEPIt = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
1721   if (GEPIt == E)
1722     return;
1723   bool NonConstant = false;
1724   unsigned NonConstantIdxSize = 0;
1725
1726   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
1727   // into.
1728   for (; GEPIt != E; ++GEPIt) {
1729     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
1730     if ((*GEPIt)->isStructTy())
1731       continue;
1732
1733     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand());
1734     if (!IdxVal)
1735       return MarkUnsafe(Info, GEPI);
1736   }
1737
1738   // Compute the offset due to this GEP and check if the alloca has a
1739   // component element at that offset.
1740   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1741   // If this GEP is non-constant then the last operand must have been a
1742   // dynamic index into a vector.  Pop this now as it has no impact on the
1743   // constant part of the offset.
1744   if (NonConstant)
1745     Indices.pop_back();
1746   Offset += DL->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(), Indices);
1747   if (!TypeHasComponent(Info.AI->getAllocatedType(), Offset,
1748                         NonConstantIdxSize))
1749     MarkUnsafe(Info, GEPI);
1750 }
1751
1752 /// isHomogeneousAggregate - Check if type T is a struct or array containing
1753 /// elements of the same type (which is always true for arrays).  If so,
1754 /// return true with NumElts and EltTy set to the number of elements and the
1755 /// element type, respectively.
1756 static bool isHomogeneousAggregate(Type *T, unsigned &NumElts,
1757                                    Type *&EltTy) {
1758   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1759     NumElts = AT->getNumElements();
1760     EltTy = (NumElts == 0 ? nullptr : AT->getElementType());
1761     return true;
1762   }
1763   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1764     NumElts = ST->getNumContainedTypes();
1765     EltTy = (NumElts == 0 ? nullptr : ST->getContainedType(0));
1766     for (unsigned n = 1; n < NumElts; ++n) {
1767       if (ST->getContainedType(n) != EltTy)
1768         return false;
1769     }
1770     return true;
1771   }
1772   return false;
1773 }
1774
1775 /// isCompatibleAggregate - Check if T1 and T2 are either the same type or are
1776 /// "homogeneous" aggregates with the same element type and number of elements.
1777 static bool isCompatibleAggregate(Type *T1, Type *T2) {
1778   if (T1 == T2)
1779     return true;
1780
1781   unsigned NumElts1, NumElts2;
1782   Type *EltTy1, *EltTy2;
1783   if (isHomogeneousAggregate(T1, NumElts1, EltTy1) &&
1784       isHomogeneousAggregate(T2, NumElts2, EltTy2) &&
1785       NumElts1 == NumElts2 &&
1786       EltTy1 == EltTy2)
1787     return true;
1788
1789   return false;
1790 }
1791
1792 /// isSafeMemAccess - Check if a load/store/memcpy operates on the entire AI
1793 /// alloca or has an offset and size that corresponds to a component element
1794 /// within it.  The offset checked here may have been formed from a GEP with a
1795 /// pointer bitcasted to a different type.
1796 ///
1797 /// If AllowWholeAccess is true, then this allows uses of the entire alloca as a
1798 /// unit.  If false, it only allows accesses known to be in a single element.
1799 void SROA::isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
1800                            Type *MemOpType, bool isStore,
1801                            AllocaInfo &Info, Instruction *TheAccess,
1802                            bool AllowWholeAccess) {
1803   // Check if this is a load/store of the entire alloca.
1804   if (Offset == 0 && AllowWholeAccess &&
1805       MemSize == DL->getTypeAllocSize(Info.AI->getAllocatedType())) {
1806     // This can be safe for MemIntrinsics (where MemOpType is 0) and integer
1807     // loads/stores (which are essentially the same as the MemIntrinsics with
1808     // regard to copying padding between elements).  But, if an alloca is
1809     // flagged as both a source and destination of such operations, we'll need
1810     // to check later for padding between elements.
1811     if (!MemOpType || MemOpType->isIntegerTy()) {
1812       if (isStore)
1813         Info.isMemCpyDst = true;
1814       else
1815         Info.isMemCpySrc = true;
1816       return;
1817     }
1818     // This is also safe for references using a type that is compatible with
1819     // the type of the alloca, so that loads/stores can be rewritten using
1820     // insertvalue/extractvalue.
1821     if (isCompatibleAggregate(MemOpType, Info.AI->getAllocatedType())) {
1822       Info.hasSubelementAccess = true;
1823       return;
1824     }
1825   }
1826   // Check if the offset/size correspond to a component within the alloca type.
1827   Type *T = Info.AI->getAllocatedType();
1828   if (TypeHasComponent(T, Offset, MemSize)) {
1829     Info.hasSubelementAccess = true;
1830     return;
1831   }
1832
1833   return MarkUnsafe(Info, TheAccess);
1834 }
1835
1836 /// TypeHasComponent - Return true if T has a component type with the
1837 /// specified offset and size.  If Size is zero, do not check the size.
1838 bool SROA::TypeHasComponent(Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
1839   Type *EltTy;
1840   uint64_t EltSize;
1841   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1842     const StructLayout *Layout = DL->getStructLayout(ST);
1843     unsigned EltIdx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1844     EltTy = ST->getContainedType(EltIdx);
1845     EltSize = DL->getTypeAllocSize(EltTy);
1846     Offset -= Layout->getElementOffset(EltIdx);
1847   } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1848     EltTy = AT->getElementType();
1849     EltSize = DL->getTypeAllocSize(EltTy);
1850     if (Offset >= AT->getNumElements() * EltSize)
1851       return false;
1852     Offset %= EltSize;
1853   } else if (VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(T)) {
1854     EltTy = VT->getElementType();
1855     EltSize = DL->getTypeAllocSize(EltTy);
1856     if (Offset >= VT->getNumElements() * EltSize)
1857       return false;
1858     Offset %= EltSize;
1859   } else {
1860     return false;
1861   }
1862   if (Offset == 0 && (Size == 0 || EltSize == Size))
1863     return true;
1864   // Check if the component spans multiple elements.
1865   if (Offset + Size > EltSize)
1866     return false;
1867   return TypeHasComponent(EltTy, Offset, Size);
1868 }
1869
1870 /// RewriteForScalarRepl - Alloca AI is being split into NewElts, so rewrite
1871 /// the instruction I, which references it, to use the separate elements.
1872 /// Offset indicates the position within AI that is referenced by this
1873 /// instruction.
1874 void SROA::RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1875                                 SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts) {
1876   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E;) {
1877     Use &TheUse = *UI++;
1878     Instruction *User = cast<Instruction>(TheUse.getUser());
1879
1880     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1881       RewriteBitCast(BC, AI, Offset, NewElts);
1882       continue;
1883     }
1884
1885     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1886       RewriteGEP(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1887       continue;
1888     }
1889
1890     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1891       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1892       uint64_t MemSize = Length->getZExtValue();
1893       if (Offset == 0 &&
1894           MemSize == DL->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()))
1895         RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, I, AI, NewElts);
1896       // Otherwise the intrinsic can only touch a single element and the
1897       // address operand will be updated, so nothing else needs to be done.
1898       continue;
1899     }
1900
1901     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
1902       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
1903           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
1904         RewriteLifetimeIntrinsic(II, AI, Offset, NewElts);
1905       }
1906       continue;
1907     }
1908
1909     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1910       Type *LIType = LI->getType();
1911
1912       if (isCompatibleAggregate(LIType, AI->getAllocatedType())) {
1913         // Replace:
1914         //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
1915         // with:
1916         //   %load.0 = load i32* %alloc.0
1917         //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
1918         //   %load.1 = load i32* %alloc.1
1919         //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
1920         // (Also works for arrays instead of structs)
1921         Value *Insert = UndefValue::get(LIType);
1922         IRBuilder<> Builder(LI);
1923         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1924           Value *Load = Builder.CreateLoad(NewElts[i], "load");
1925           Insert = Builder.CreateInsertValue(Insert, Load, i, "insert");
1926         }
1927         LI->replaceAllUsesWith(Insert);
1928         DeadInsts.push_back(LI);
1929       } else if (LIType->isIntegerTy() &&
1930                  DL->getTypeAllocSize(LIType) ==
1931                  DL->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1932         // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
1933         RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
1934       }
1935       continue;
1936     }
1937
1938     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1939       Value *Val = SI->getOperand(0);
1940       Type *SIType = Val->getType();
1941       if (isCompatibleAggregate(SIType, AI->getAllocatedType())) {
1942         // Replace:
1943         //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
1944         // with:
1945         //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
1946         //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
1947         //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
1948         //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
1949         // (Also works for arrays instead of structs)
1950         IRBuilder<> Builder(SI);
1951         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1952           Value *Extract = Builder.CreateExtractValue(Val, i, Val->getName());
1953           Builder.CreateStore(Extract, NewElts[i]);
1954         }
1955         DeadInsts.push_back(SI);
1956       } else if (SIType->isIntegerTy() &&
1957                  DL->getTypeAllocSize(SIType) ==
1958                  DL->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1959         // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
1960         RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
1961       }
1962       continue;
1963     }
1964
1965     if (isa<SelectInst>(User) || isa<PHINode>(User)) {
1966       // If we have a PHI user of the alloca itself (as opposed to a GEP or
1967       // bitcast) we have to rewrite it.  GEP and bitcast uses will be RAUW'd to
1968       // the new pointer.
1969       if (!isa<AllocaInst>(I)) continue;
1970
1971       assert(Offset == 0 && NewElts[0] &&
1972              "Direct alloca use should have a zero offset");
1973
1974       // If we have a use of the alloca, we know the derived uses will be
1975       // utilizing just the first element of the scalarized result.  Insert a
1976       // bitcast of the first alloca before the user as required.
1977       AllocaInst *NewAI = NewElts[0];
1978       BitCastInst *BCI = new BitCastInst(NewAI, AI->getType(), "", NewAI);
1979       NewAI->moveBefore(BCI);
1980       TheUse = BCI;
1981       continue;
1982     }
1983   }
1984 }
1985
1986 /// RewriteBitCast - Update a bitcast reference to the alloca being replaced
1987 /// and recursively continue updating all of its uses.
1988 void SROA::RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1989                           SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts) {
1990   RewriteForScalarRepl(BC, AI, Offset, NewElts);
1991   if (BC->getOperand(0) != AI)
1992     return;
1993
1994   // The bitcast references the original alloca.  Replace its uses with
1995   // references to the alloca containing offset zero (which is normally at
1996   // index zero, but might not be in cases involving structs with elements
1997   // of size zero).
1998   Type *T = AI->getAllocatedType();
1999   uint64_t EltOffset = 0;
2000   Type *IdxTy;
2001   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
2002   Instruction *Val = NewElts[Idx];
2003   if (Val->getType() != BC->getDestTy()) {
2004     Val = new BitCastInst(Val, BC->getDestTy(), "", BC);
2005     Val->takeName(BC);
2006   }
2007   BC->replaceAllUsesWith(Val);
2008   DeadInsts.push_back(BC);
2009 }
2010
2011 /// FindElementAndOffset - Return the index of the element containing Offset
2012 /// within the specified type, which must be either a struct or an array.
2013 /// Sets T to the type of the element and Offset to the offset within that
2014 /// element.  IdxTy is set to the type of the index result to be used in a
2015 /// GEP instruction.
2016 uint64_t SROA::FindElementAndOffset(Type *&T, uint64_t &Offset,
2017                                     Type *&IdxTy) {
2018   uint64_t Idx = 0;
2019   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
2020     const StructLayout *Layout = DL->getStructLayout(ST);
2021     Idx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
2022     T = ST->getContainedType(Idx);
2023     Offset -= Layout->getElementOffset(Idx);
2024     IdxTy = Type::getInt32Ty(T->getContext());
2025     return Idx;
2026   } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
2027     T = AT->getElementType();
2028     uint64_t EltSize = DL->getTypeAllocSize(T);
2029     Idx = Offset / EltSize;
2030     Offset -= Idx * EltSize;
2031     IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
2032     return Idx;
2033   }
2034   VectorType *VT = cast<VectorType>(T);
2035   T = VT->getElementType();
2036   uint64_t EltSize = DL->getTypeAllocSize(T);
2037   Idx = Offset / EltSize;
2038   Offset -= Idx * EltSize;
2039   IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
2040   return Idx;
2041 }
2042
2043 /// RewriteGEP - Check if this GEP instruction moves the pointer across
2044 /// elements of the alloca that are being split apart, and if so, rewrite
2045 /// the GEP to be relative to the new element.
2046 void SROA::RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
2047                       SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts) {
2048   uint64_t OldOffset = Offset;
2049   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
2050   // If the GEP was dynamic then it must have been a dynamic vector lookup.
2051   // In this case, it must be the last GEP operand which is dynamic so keep that
2052   // aside until we've found the constant GEP offset then add it back in at the
2053   // end.
2054   Value* NonConstantIdx = nullptr;
2055   if (!GEPI->hasAllConstantIndices())
2056     NonConstantIdx = Indices.pop_back_val();
2057   Offset += DL->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(), Indices);
2058
2059   RewriteForScalarRepl(GEPI, AI, Offset, NewElts);
2060
2061   Type *T = AI->getAllocatedType();
2062   Type *IdxTy;
2063   uint64_t OldIdx = FindElementAndOffset(T, OldOffset, IdxTy);
2064   if (GEPI->getOperand(0) == AI)
2065     OldIdx = ~0ULL; // Force the GEP to be rewritten.
2066
2067   T = AI->getAllocatedType();
2068   uint64_t EltOffset = Offset;
2069   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
2070
2071   // If this GEP does not move the pointer across elements of the alloca
2072   // being split, then it does not needs to be rewritten.
2073   if (Idx == OldIdx)
2074     return;
2075
2076   Type *i32Ty = Type::getInt32Ty(AI->getContext());
2077   SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
2078   NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
2079   while (EltOffset != 0) {
2080     uint64_t EltIdx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
2081     NewArgs.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, EltIdx));
2082   }
2083   if (NonConstantIdx) {
2084     Type* GepTy = T;
2085     // This GEP has a dynamic index.  We need to add "i32 0" to index through
2086     // any structs or arrays in the original type until we get to the vector
2087     // to index.
2088     while (!isa<VectorType>(GepTy)) {
2089       NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
2090       GepTy = cast<CompositeType>(GepTy)->getTypeAtIndex(0U);
2091     }
2092     NewArgs.push_back(NonConstantIdx);
2093   }
2094   Instruction *Val = NewElts[Idx];
2095   if (NewArgs.size() > 1) {
2096     Val = GetElementPtrInst::CreateInBounds(Val, NewArgs, "", GEPI);
2097     Val->takeName(GEPI);
2098   }
2099   if (Val->getType() != GEPI->getType())
2100     Val = new BitCastInst(Val, GEPI->getType(), Val->getName(), GEPI);
2101   GEPI->replaceAllUsesWith(Val);
2102   DeadInsts.push_back(GEPI);
2103 }
2104
2105 /// RewriteLifetimeIntrinsic - II is a lifetime.start/lifetime.end. Rewrite it
2106 /// to mark the lifetime of the scalarized memory.
2107 void SROA::RewriteLifetimeIntrinsic(IntrinsicInst *II, AllocaInst *AI,
2108                                     uint64_t Offset,
2109                                     SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts) {
2110   ConstantInt *OldSize = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0));
2111   // Put matching lifetime markers on everything from Offset up to
2112   // Offset+OldSize.
2113   Type *AIType = AI->getAllocatedType();
2114   uint64_t NewOffset = Offset;
2115   Type *IdxTy;
2116   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(AIType, NewOffset, IdxTy);
2117
2118   IRBuilder<> Builder(II);
2119   uint64_t Size = OldSize->getLimitedValue();
2120
2121   if (NewOffset) {
2122     // Splice the first element and index 'NewOffset' bytes in.  SROA will
2123     // split the alloca again later.
2124     unsigned AS = AI->getType()->getAddressSpace();
2125     Value *V = Builder.CreateBitCast(NewElts[Idx], Builder.getInt8PtrTy(AS));
2126     V = Builder.CreateGEP(V, Builder.getInt64(NewOffset));
2127
2128     IdxTy = NewElts[Idx]->getAllocatedType();
2129     uint64_t EltSize = DL->getTypeAllocSize(IdxTy) - NewOffset;
2130     if (EltSize > Size) {
2131       EltSize = Size;
2132       Size = 0;
2133     } else {
2134       Size -= EltSize;
2135     }
2136     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2137       Builder.CreateLifetimeStart(V, Builder.getInt64(EltSize));
2138     else
2139       Builder.CreateLifetimeEnd(V, Builder.getInt64(EltSize));
2140     ++Idx;
2141   }
2142
2143   for (; Idx != NewElts.size() && Size; ++Idx) {
2144     IdxTy = NewElts[Idx]->getAllocatedType();
2145     uint64_t EltSize = DL->getTypeAllocSize(IdxTy);
2146     if (EltSize > Size) {
2147       EltSize = Size;
2148       Size = 0;
2149     } else {
2150       Size -= EltSize;
2151     }
2152     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2153       Builder.CreateLifetimeStart(NewElts[Idx],
2154                                   Builder.getInt64(EltSize));
2155     else
2156       Builder.CreateLifetimeEnd(NewElts[Idx],
2157                                 Builder.getInt64(EltSize));
2158   }
2159   DeadInsts.push_back(II);
2160 }
2161
2162 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
2163 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
2164 void
2165 SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
2166                                    AllocaInst *AI,
2167                                    SmallVectorImpl<AllocaInst *> &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 = nullptr;
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 (SmallVectorImpl<Value *>::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 = nullptr;
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 = DL->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
2238       } else {
2239         Type *EltTy = cast<SequentialType>(OtherTy)->getElementType();
2240         EltOffset = DL->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 = DL->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 = DL->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
2339 SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
2340                                     SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts) {
2341   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
2342   // and store the element value to the individual alloca.
2343   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
2344   Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2345   uint64_t AllocaSizeBits = DL->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2346
2347   IRBuilder<> Builder(SI);
2348
2349   // Handle tail padding by extending the operand
2350   if (DL->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
2351     SrcVal = Builder.CreateZExt(SrcVal,
2352                             IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits));
2353
2354   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
2355                << '\n');
2356
2357   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2358   // have different ways to compute the element offset.
2359   if (StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2360     const StructLayout *Layout = DL->getStructLayout(EltSTy);
2361
2362     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2363       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
2364       Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
2365       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2366
2367       if (DL->isBigEndian())
2368         Shift = AllocaSizeBits-Shift-DL->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
2369
2370       Value *EltVal = SrcVal;
2371       if (Shift) {
2372         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2373         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2374       }
2375
2376       // Truncate down to an integer of the right size.
2377       uint64_t FieldSizeBits = DL->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2378
2379       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2380       if (FieldSizeBits == 0) continue;
2381
2382       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
2383         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2384                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits));
2385       Value *DestField = NewElts[i];
2386       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
2387         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2388       } else if (FieldTy->isFloatingPointTy() || FieldTy->isVectorTy()) {
2389         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2390         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, FieldTy);
2391       } else {
2392         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2393         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2394                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2395       }
2396       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2397     }
2398
2399   } else {
2400     ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
2401     Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
2402     uint64_t ElementOffset = DL->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2403     uint64_t ElementSizeBits = DL->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
2404
2405     uint64_t Shift;
2406
2407     if (DL->isBigEndian())
2408       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
2409     else
2410       Shift = 0;
2411
2412     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2413       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2414       if (ElementSizeBits == 0) continue;
2415
2416       Value *EltVal = SrcVal;
2417       if (Shift) {
2418         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2419         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2420       }
2421
2422       // Truncate down to an integer of the right size.
2423       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
2424         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2425                                      IntegerType::get(SI->getContext(),
2426                                                       ElementSizeBits));
2427       Value *DestField = NewElts[i];
2428       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
2429         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2430       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPointTy() ||
2431                  ArrayEltTy->isVectorTy()) {
2432         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2433         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, ArrayEltTy);
2434       } else {
2435         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2436         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2437                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2438       }
2439       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2440
2441       if (DL->isBigEndian())
2442         Shift -= ElementOffset;
2443       else
2444         Shift += ElementOffset;
2445     }
2446   }
2447
2448   DeadInsts.push_back(SI);
2449 }
2450
2451 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found a load of the entire allocation to
2452 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
2453 void
2454 SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
2455                                    SmallVectorImpl<AllocaInst *> &NewElts) {
2456   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
2457   // and form the result value.
2458   Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2459   uint64_t AllocaSizeBits = DL->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2460
2461   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
2462                << '\n');
2463
2464   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2465   // have different ways to compute the element offset.
2466   const StructLayout *Layout = nullptr;
2467   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
2468   if (StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2469     Layout = DL->getStructLayout(EltSTy);
2470   } else {
2471     Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
2472     ArrayEltBitOffset = DL->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2473   }
2474
2475   Value *ResultVal =
2476     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
2477
2478   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2479     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
2480     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
2481     Value *SrcField = NewElts[i];
2482     Type *FieldTy =
2483       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
2484     uint64_t FieldSizeBits = DL->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2485
2486     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2487     if (FieldSizeBits == 0) continue;
2488
2489     IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(),
2490                                                      FieldSizeBits);
2491     if (!FieldTy->isIntegerTy() && !FieldTy->isFloatingPointTy() &&
2492         !FieldTy->isVectorTy())
2493       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
2494                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
2495                                  "", LI);
2496     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
2497
2498     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
2499     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
2500     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
2501       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
2502
2503     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
2504     // we can shift and insert it.
2505     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
2506       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
2507
2508     // Determine the number of bits to shift SrcField.
2509     uint64_t Shift;
2510     if (Layout) // Struct case.
2511       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2512     else  // Array case.
2513       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
2514
2515     if (DL->isBigEndian())
2516       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
2517
2518     if (Shift) {
2519       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
2520       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
2521     }
2522
2523     // Don't create an 'or x, 0' on the first iteration.
2524     if (!isa<Constant>(ResultVal) ||
2525         !cast<Constant>(ResultVal)->isNullValue())
2526       ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
2527     else
2528       ResultVal = SrcField;
2529   }
2530
2531   // Handle tail padding by truncating the result
2532   if (DL->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
2533     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
2534
2535   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
2536   DeadInsts.push_back(LI);
2537 }
2538
2539 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
2540 /// alignment padding in between the elements that would be split apart
2541 /// by SROA; return false otherwise.
2542 static bool HasPadding(Type *Ty, const DataLayout &DL) {
2543   if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2544     Ty = ATy->getElementType();
2545     return DL.getTypeSizeInBits(Ty) != DL.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
2546   }
2547
2548   // SROA currently handles only Arrays and Structs.
2549   StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
2550   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
2551   unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
2552   for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2553     unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
2554
2555     // Check to see if there is any padding between this element and the
2556     // previous one.
2557     if (i) {
2558       unsigned PrevFieldEnd =
2559         PrevFieldBitOffset+DL.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
2560       if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
2561         return true;
2562     }
2563     PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
2564   }
2565   // Check for tail padding.
2566   if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
2567     unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
2568       DL.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
2569     if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
2570       return true;
2571   }
2572   return false;
2573 }
2574
2575 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
2576 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
2577 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
2578 bool SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI) {
2579   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
2580   // the users are safe to transform.
2581   AllocaInfo Info(AI);
2582
2583   isSafeForScalarRepl(AI, 0, Info);
2584   if (Info.isUnsafe) {
2585     DEBUG(dbgs() << "Cannot transform: " << *AI << '\n');
2586     return false;
2587   }
2588
2589   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
2590   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
2591   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
2592   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
2593   // struct.
2594   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
2595       HasPadding(AI->getAllocatedType(), *DL))
2596     return false;
2597
2598   // If the alloca never has an access to just *part* of it, but is accessed
2599   // via loads and stores, then we should use ConvertToScalarInfo to promote
2600   // the alloca instead of promoting each piece at a time and inserting fission
2601   // and fusion code.
2602   if (!Info.hasSubelementAccess && Info.hasALoadOrStore) {
2603     // If the struct/array just has one element, use basic SRoA.
2604     if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
2605       if (ST->getNumElements() > 1) return false;
2606     } else {
2607       if (cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType())->getNumElements() > 1)
2608         return false;
2609     }
2610   }
2611
2612   return true;
2613 }