In my recent change to avoid use of underaligned memory I didn't notice that
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / SROA.cpp
1 //===- SROA.cpp - Scalar Replacement Of Aggregates ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This transformation implements the well known scalar replacement of
11 /// aggregates transformation. It tries to identify promotable elements of an
12 /// aggregate alloca, and promote them to registers. It will also try to
13 /// convert uses of an element (or set of elements) of an alloca into a vector
14 /// or bitfield-style integer scalar if appropriate.
15 ///
16 /// It works to do this with minimal slicing of the alloca so that regions
17 /// which are merely transferred in and out of external memory remain unchanged
18 /// and are not decomposed to scalar code.
19 ///
20 /// Because this also performs alloca promotion, it can be thought of as also
21 /// serving the purpose of SSA formation. The algorithm iterates on the
22 /// function until all opportunities for promotion have been realized.
23 ///
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25
26 #define DEBUG_TYPE "sroa"
27 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
28 #include "llvm/Constants.h"
29 #include "llvm/DIBuilder.h"
30 #include "llvm/DebugInfo.h"
31 #include "llvm/DerivedTypes.h"
32 #include "llvm/Function.h"
33 #include "llvm/IRBuilder.h"
34 #include "llvm/Instructions.h"
35 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
36 #include "llvm/LLVMContext.h"
37 #include "llvm/Module.h"
38 #include "llvm/Operator.h"
39 #include "llvm/Pass.h"
40 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
41 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
42 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
43 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
44 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
45 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
46 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
47 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
48 #include "llvm/Support/Debug.h"
49 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
50 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
51 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
52 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
53 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
54 #include "llvm/Target/TargetData.h"
55 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
58 using namespace llvm;
59
60 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
61 STATISTIC(NumNewAllocas,      "Number of new, smaller allocas introduced");
62 STATISTIC(NumPromoted,        "Number of allocas promoted to SSA values");
63 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
64 STATISTIC(NumDeleted,         "Number of instructions deleted");
65 STATISTIC(NumVectorized,      "Number of vectorized aggregates");
66
67 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
68 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
69 static cl::opt<bool>
70 ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false), cl::Hidden);
71
72 namespace {
73 /// \brief Alloca partitioning representation.
74 ///
75 /// This class represents a partitioning of an alloca into slices, and
76 /// information about the nature of uses of each slice of the alloca. The goal
77 /// is that this information is sufficient to decide if and how to split the
78 /// alloca apart and replace slices with scalars. It is also intended that this
79 /// structure can capture the relevant information needed both to decide about
80 /// and to enact these transformations.
81 class AllocaPartitioning {
82 public:
83   /// \brief A common base class for representing a half-open byte range.
84   struct ByteRange {
85     /// \brief The beginning offset of the range.
86     uint64_t BeginOffset;
87
88     /// \brief The ending offset, not included in the range.
89     uint64_t EndOffset;
90
91     ByteRange() : BeginOffset(), EndOffset() {}
92     ByteRange(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset)
93         : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset) {}
94
95     /// \brief Support for ordering ranges.
96     ///
97     /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
98     /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
99     /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
100     /// same start position.
101     bool operator<(const ByteRange &RHS) const {
102       if (BeginOffset < RHS.BeginOffset) return true;
103       if (BeginOffset > RHS.BeginOffset) return false;
104       if (EndOffset > RHS.EndOffset) return true;
105       return false;
106     }
107
108     /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
109     friend bool operator<(const ByteRange &LHS, uint64_t RHSOffset) {
110       return LHS.BeginOffset < RHSOffset;
111     }
112
113     friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
114                                                 const ByteRange &RHS) {
115       return LHSOffset < RHS.BeginOffset;
116     }
117
118     bool operator==(const ByteRange &RHS) const {
119       return BeginOffset == RHS.BeginOffset && EndOffset == RHS.EndOffset;
120     }
121     bool operator!=(const ByteRange &RHS) const { return !operator==(RHS); }
122   };
123
124   /// \brief A partition of an alloca.
125   ///
126   /// This structure represents a contiguous partition of the alloca. These are
127   /// formed by examining the uses of the alloca. During formation, they may
128   /// overlap but once an AllocaPartitioning is built, the Partitions within it
129   /// are all disjoint.
130   struct Partition : public ByteRange {
131     /// \brief Whether this partition is splittable into smaller partitions.
132     ///
133     /// We flag partitions as splittable when they are formed entirely due to
134     /// accesses by trivially splittable operations such as memset and memcpy.
135     ///
136     /// FIXME: At some point we should consider loads and stores of FCAs to be
137     /// splittable and eagerly split them into scalar values.
138     bool IsSplittable;
139
140     Partition() : ByteRange(), IsSplittable() {}
141     Partition(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, bool IsSplittable)
142         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), IsSplittable(IsSplittable) {}
143   };
144
145   /// \brief A particular use of a partition of the alloca.
146   ///
147   /// This structure is used to associate uses of a partition with it. They
148   /// mark the range of bytes which are referenced by a particular instruction,
149   /// and includes a handle to the user itself and the pointer value in use.
150   /// The bounds of these uses are determined by intersecting the bounds of the
151   /// memory use itself with a particular partition. As a consequence there is
152   /// intentionally overlap between various uses of the same partition.
153   struct PartitionUse : public ByteRange {
154     /// \brief The use in question. Provides access to both user and used value.
155     ///
156     /// Note that this may be null if the partition use is *dead*, that is, it
157     /// should be ignored.
158     Use *U;
159
160     PartitionUse() : ByteRange(), U() {}
161     PartitionUse(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U)
162         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), U(U) {}
163   };
164
165   /// \brief Construct a partitioning of a particular alloca.
166   ///
167   /// Construction does most of the work for partitioning the alloca. This
168   /// performs the necessary walks of users and builds a partitioning from it.
169   AllocaPartitioning(const TargetData &TD, AllocaInst &AI);
170
171   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
172   ///
173   /// If this is true, the partitioning is never fully built and should be
174   /// ignored.
175   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
176
177   /// \brief Support for iterating over the partitions.
178   /// @{
179   typedef SmallVectorImpl<Partition>::iterator iterator;
180   iterator begin() { return Partitions.begin(); }
181   iterator end() { return Partitions.end(); }
182
183   typedef SmallVectorImpl<Partition>::const_iterator const_iterator;
184   const_iterator begin() const { return Partitions.begin(); }
185   const_iterator end() const { return Partitions.end(); }
186   /// @}
187
188   /// \brief Support for iterating over and manipulating a particular
189   /// partition's uses.
190   ///
191   /// The iteration support provided for uses is more limited, but also
192   /// includes some manipulation routines to support rewriting the uses of
193   /// partitions during SROA.
194   /// @{
195   typedef SmallVectorImpl<PartitionUse>::iterator use_iterator;
196   use_iterator use_begin(unsigned Idx) { return Uses[Idx].begin(); }
197   use_iterator use_begin(const_iterator I) { return Uses[I - begin()].begin(); }
198   use_iterator use_end(unsigned Idx) { return Uses[Idx].end(); }
199   use_iterator use_end(const_iterator I) { return Uses[I - begin()].end(); }
200
201   typedef SmallVectorImpl<PartitionUse>::const_iterator const_use_iterator;
202   const_use_iterator use_begin(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].begin(); }
203   const_use_iterator use_begin(const_iterator I) const {
204     return Uses[I - begin()].begin();
205   }
206   const_use_iterator use_end(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].end(); }
207   const_use_iterator use_end(const_iterator I) const {
208     return Uses[I - begin()].end();
209   }
210
211   unsigned use_size(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].size(); }
212   unsigned use_size(const_iterator I) const { return Uses[I - begin()].size(); }
213   const PartitionUse &getUse(unsigned PIdx, unsigned UIdx) const {
214     return Uses[PIdx][UIdx];
215   }
216   const PartitionUse &getUse(const_iterator I, unsigned UIdx) const {
217     return Uses[I - begin()][UIdx];
218   }
219
220   void use_push_back(unsigned Idx, const PartitionUse &PU) {
221     Uses[Idx].push_back(PU);
222   }
223   void use_push_back(const_iterator I, const PartitionUse &PU) {
224     Uses[I - begin()].push_back(PU);
225   }
226   /// @}
227
228   /// \brief Allow iterating the dead users for this alloca.
229   ///
230   /// These are instructions which will never actually use the alloca as they
231   /// are outside the allocated range. They are safe to replace with undef and
232   /// delete.
233   /// @{
234   typedef SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator dead_user_iterator;
235   dead_user_iterator dead_user_begin() const { return DeadUsers.begin(); }
236   dead_user_iterator dead_user_end() const { return DeadUsers.end(); }
237   /// @}
238
239   /// \brief Allow iterating the dead expressions referring to this alloca.
240   ///
241   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
242   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
243   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
244   /// need to replace with undef.
245   /// @{
246   typedef SmallVectorImpl<Use *>::const_iterator dead_op_iterator;
247   dead_op_iterator dead_op_begin() const { return DeadOperands.begin(); }
248   dead_op_iterator dead_op_end() const { return DeadOperands.end(); }
249   /// @}
250
251   /// \brief MemTransferInst auxiliary data.
252   /// This struct provides some auxiliary data about memory transfer
253   /// intrinsics such as memcpy and memmove. These intrinsics can use two
254   /// different ranges within the same alloca, and provide other challenges to
255   /// correctly represent. We stash extra data to help us untangle this
256   /// after the partitioning is complete.
257   struct MemTransferOffsets {
258     uint64_t DestBegin, DestEnd;
259     uint64_t SourceBegin, SourceEnd;
260     bool IsSplittable;
261   };
262   MemTransferOffsets getMemTransferOffsets(MemTransferInst &II) const {
263     return MemTransferInstData.lookup(&II);
264   }
265
266   /// \brief Map from a PHI or select operand back to a partition.
267   ///
268   /// When manipulating PHI nodes or selects, they can use more than one
269   /// partition of an alloca. We store a special mapping to allow finding the
270   /// partition referenced by each of these operands, if any.
271   iterator findPartitionForPHIOrSelectOperand(Use *U) {
272     SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned> >::const_iterator MapIt
273       = PHIOrSelectOpMap.find(U);
274     if (MapIt == PHIOrSelectOpMap.end())
275       return end();
276
277     return begin() + MapIt->second.first;
278   }
279
280   /// \brief Map from a PHI or select operand back to the specific use of
281   /// a partition.
282   ///
283   /// Similar to mapping these operands back to the partitions, this maps
284   /// directly to the use structure of that partition.
285   use_iterator findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Use *U) {
286     SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned> >::const_iterator MapIt
287       = PHIOrSelectOpMap.find(U);
288     assert(MapIt != PHIOrSelectOpMap.end());
289     return Uses[MapIt->second.first].begin() + MapIt->second.second;
290   }
291
292   /// \brief Compute a common type among the uses of a particular partition.
293   ///
294   /// This routines walks all of the uses of a particular partition and tries
295   /// to find a common type between them. Untyped operations such as memset and
296   /// memcpy are ignored.
297   Type *getCommonType(iterator I) const;
298
299 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
300   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
301   void printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
302                   StringRef Indent = "  ") const;
303   void print(raw_ostream &OS) const;
304   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump(const_iterator I) const;
305   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump() const;
306 #endif
307
308 private:
309   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
310   class PartitionBuilder;
311   friend class AllocaPartitioning::PartitionBuilder;
312   class UseBuilder;
313   friend class AllocaPartitioning::UseBuilder;
314
315 #ifndef NDEBUG
316   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
317   AllocaInst &AI;
318 #endif
319
320   /// \brief The instruction responsible for this alloca having no partitioning.
321   ///
322   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
323   /// store a pointer to that here and abort trying to partition the alloca.
324   /// This will be null if the alloca is partitioned successfully.
325   Instruction *PointerEscapingInstr;
326
327   /// \brief The partitions of the alloca.
328   ///
329   /// We store a vector of the partitions over the alloca here. This vector is
330   /// sorted by increasing begin offset, and then by decreasing end offset. See
331   /// the Partition inner class for more details. Initially (during
332   /// construction) there are overlaps, but we form a disjoint sequence of
333   /// partitions while finishing construction and a fully constructed object is
334   /// expected to always have this as a disjoint space.
335   SmallVector<Partition, 8> Partitions;
336
337   /// \brief The uses of the partitions.
338   ///
339   /// This is essentially a mapping from each partition to a list of uses of
340   /// that partition. The mapping is done with a Uses vector that has the exact
341   /// same number of entries as the partition vector. Each entry is itself
342   /// a vector of the uses.
343   SmallVector<SmallVector<PartitionUse, 2>, 8> Uses;
344
345   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
346   ///
347   /// Note that these are not separated by partition. This is because we expect
348   /// a partitioned alloca to be completely rewritten or not rewritten at all.
349   /// If rewritten, all these instructions can simply be removed and replaced
350   /// with undef as they come from outside of the allocated space.
351   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
352
353   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
354   ///
355   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
356   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
357   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
358   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
359   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
360   /// the alloca.
361   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
362
363   /// \brief The underlying storage for auxiliary memcpy and memset info.
364   SmallDenseMap<MemTransferInst *, MemTransferOffsets, 4> MemTransferInstData;
365
366   /// \brief A side datastructure used when building up the partitions and uses.
367   ///
368   /// This mapping is only really used during the initial building of the
369   /// partitioning so that we can retain information about PHI and select nodes
370   /// processed.
371   SmallDenseMap<Instruction *, std::pair<uint64_t, bool> > PHIOrSelectSizes;
372
373   /// \brief Auxiliary information for particular PHI or select operands.
374   SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned>, 4> PHIOrSelectOpMap;
375
376   /// \brief A utility routine called from the constructor.
377   ///
378   /// This does what it says on the tin. It is the key of the alloca partition
379   /// splitting and merging. After it is called we have the desired disjoint
380   /// collection of partitions.
381   void splitAndMergePartitions();
382 };
383 }
384
385 template <typename DerivedT, typename RetT>
386 class AllocaPartitioning::BuilderBase
387     : public InstVisitor<DerivedT, RetT> {
388 public:
389   BuilderBase(const TargetData &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
390       : TD(TD),
391         AllocSize(TD.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())),
392         P(P) {
393     enqueueUsers(AI, 0);
394   }
395
396 protected:
397   const TargetData &TD;
398   const uint64_t AllocSize;
399   AllocaPartitioning &P;
400
401   SmallPtrSet<Use *, 8> VisitedUses;
402
403   struct OffsetUse {
404     Use *U;
405     int64_t Offset;
406   };
407   SmallVector<OffsetUse, 8> Queue;
408
409   // The active offset and use while visiting.
410   Use *U;
411   int64_t Offset;
412
413   void enqueueUsers(Instruction &I, int64_t UserOffset) {
414     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end();
415          UI != UE; ++UI) {
416       if (VisitedUses.insert(&UI.getUse())) {
417         OffsetUse OU = { &UI.getUse(), UserOffset };
418         Queue.push_back(OU);
419       }
420     }
421   }
422
423   bool computeConstantGEPOffset(GetElementPtrInst &GEPI, int64_t &GEPOffset) {
424     GEPOffset = Offset;
425     for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI), GTE = gep_type_end(GEPI);
426          GTI != GTE; ++GTI) {
427       ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
428       if (!OpC)
429         return false;
430       if (OpC->isZero())
431         continue;
432
433       // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
434       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
435         unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
436         const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
437         uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
438         // Check that we can continue to model this GEP in a signed 64-bit offset.
439         if (ElementOffset > INT64_MAX ||
440             (GEPOffset >= 0 &&
441              ((uint64_t)GEPOffset + ElementOffset) > INT64_MAX)) {
442           DEBUG(dbgs() << "WARNING: Encountered a cumulative offset exceeding "
443                        << "what can be represented in an int64_t!\n"
444                        << "  alloca: " << P.AI << "\n");
445           return false;
446         }
447         if (GEPOffset < 0)
448           GEPOffset = ElementOffset + (uint64_t)-GEPOffset;
449         else
450           GEPOffset += ElementOffset;
451         continue;
452       }
453
454       APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(TD.getPointerSizeInBits());
455       Index *= APInt(Index.getBitWidth(),
456                      TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
457       Index += APInt(Index.getBitWidth(), (uint64_t)GEPOffset,
458                      /*isSigned*/true);
459       // Check if the result can be stored in our int64_t offset.
460       if (!Index.isSignedIntN(sizeof(GEPOffset) * 8)) {
461         DEBUG(dbgs() << "WARNING: Encountered a cumulative offset exceeding "
462                      << "what can be represented in an int64_t!\n"
463                      << "  alloca: " << P.AI << "\n");
464         return false;
465       }
466
467       GEPOffset = Index.getSExtValue();
468     }
469     return true;
470   }
471
472   Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
473     // If the condition being selected on is a constant or the same value is
474     // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
475     // early on.
476     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
477       return SI.getOperand(1+CI->isZero());
478     if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2)) {
479       assert(*U == SI.getOperand(1));
480       return SI.getOperand(1);
481     }
482     return 0;
483   }
484 };
485
486 /// \brief Builder for the alloca partitioning.
487 ///
488 /// This class builds an alloca partitioning by recursively visiting the uses
489 /// of an alloca and splitting the partitions for each load and store at each
490 /// offset.
491 class AllocaPartitioning::PartitionBuilder
492     : public BuilderBase<PartitionBuilder, bool> {
493   friend class InstVisitor<PartitionBuilder, bool>;
494
495   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferPartitionMap;
496
497 public:
498   PartitionBuilder(const TargetData &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
499       : BuilderBase<PartitionBuilder, bool>(TD, AI, P) {}
500
501   /// \brief Run the builder over the allocation.
502   bool operator()() {
503     // Note that we have to re-evaluate size on each trip through the loop as
504     // the queue grows at the tail.
505     for (unsigned Idx = 0; Idx < Queue.size(); ++Idx) {
506       U = Queue[Idx].U;
507       Offset = Queue[Idx].Offset;
508       if (!visit(cast<Instruction>(U->getUser())))
509         return false;
510     }
511     return true;
512   }
513
514 private:
515   bool markAsEscaping(Instruction &I) {
516     P.PointerEscapingInstr = &I;
517     return false;
518   }
519
520   void insertUse(Instruction &I, int64_t Offset, uint64_t Size,
521                  bool IsSplittable = false) {
522     // Completely skip uses which have a zero size or don't overlap the
523     // allocation.
524     if (Size == 0 ||
525         (Offset >= 0 && (uint64_t)Offset >= AllocSize) ||
526         (Offset < 0 && (uint64_t)-Offset >= Size)) {
527       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
528                    << " which starts past the end of the " << AllocSize
529                    << " byte alloca:\n"
530                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
531                    << "       use: " << I << "\n");
532       return;
533     }
534
535     // Clamp the start to the beginning of the allocation.
536     if (Offset < 0) {
537       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
538                    << " to start at the beginning of the alloca:\n"
539                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
540                    << "       use: " << I << "\n");
541       Size -= (uint64_t)-Offset;
542       Offset = 0;
543     }
544
545     uint64_t BeginOffset = Offset, EndOffset = BeginOffset + Size;
546
547     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
548     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
549     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
550     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
551       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
552                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
553                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
554                    << "       use: " << I << "\n");
555       EndOffset = AllocSize;
556     }
557
558     // See if we can just add a user onto the last slot currently occupied.
559     if (!P.Partitions.empty() &&
560         P.Partitions.back().BeginOffset == BeginOffset &&
561         P.Partitions.back().EndOffset == EndOffset) {
562       P.Partitions.back().IsSplittable &= IsSplittable;
563       return;
564     }
565
566     Partition New(BeginOffset, EndOffset, IsSplittable);
567     P.Partitions.push_back(New);
568   }
569
570   bool handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, int64_t Offset) {
571     uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(Ty);
572
573     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
574     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
575     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
576     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
577     // risk of overflow.
578     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
579     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
580     if (Offset < 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
581         Size > (AllocSize - (uint64_t)Offset)) {
582       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte "
583                    << (isa<LoadInst>(I) ? "load" : "store") << " @" << Offset
584                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
585                    << " byte alloca:\n"
586                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
587                    << "       use: " << I << "\n");
588       return true;
589     }
590
591     insertUse(I, Offset, Size);
592     return true;
593   }
594
595   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
596     enqueueUsers(BC, Offset);
597     return true;
598   }
599
600   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
601     int64_t GEPOffset;
602     if (!computeConstantGEPOffset(GEPI, GEPOffset))
603       return markAsEscaping(GEPI);
604
605     enqueueUsers(GEPI, GEPOffset);
606     return true;
607   }
608
609   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
610     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
611            "All simple FCA loads should have been pre-split");
612     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset);
613   }
614
615   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
616     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
617     if (ValOp == *U)
618       return markAsEscaping(SI);
619
620     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
621            "All simple FCA stores should have been pre-split");
622     return handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset);
623   }
624
625
626   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
627     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
628     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
629     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
630     insertUse(II, Offset, Size, Length);
631     return true;
632   }
633
634   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
635     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
636     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
637     if (!Size)
638       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
639       return true;
640
641     MemTransferOffsets &Offsets = P.MemTransferInstData[&II];
642
643     // Only intrinsics with a constant length can be split.
644     Offsets.IsSplittable = Length;
645
646     if (*U != II.getRawDest()) {
647       assert(*U == II.getRawSource());
648       Offsets.SourceBegin = Offset;
649       Offsets.SourceEnd = Offset + Size;
650     } else {
651       Offsets.DestBegin = Offset;
652       Offsets.DestEnd = Offset + Size;
653     }
654
655     insertUse(II, Offset, Size, Offsets.IsSplittable);
656     unsigned NewIdx = P.Partitions.size() - 1;
657
658     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::const_iterator PMI;
659     bool Inserted = false;
660     llvm::tie(PMI, Inserted)
661       = MemTransferPartitionMap.insert(std::make_pair(&II, NewIdx));
662     if (Offsets.IsSplittable &&
663         (!Inserted || II.getRawSource() == II.getRawDest())) {
664       // We've found a memory transfer intrinsic which refers to the alloca as
665       // both a source and dest. This is detected either by direct equality of
666       // the operand values, or when we visit the intrinsic twice due to two
667       // different chains of values leading to it. We refuse to split these to
668       // simplify splitting logic. If possible, SROA will still split them into
669       // separate allocas and then re-analyze.
670       Offsets.IsSplittable = false;
671       P.Partitions[PMI->second].IsSplittable = false;
672       P.Partitions[NewIdx].IsSplittable = false;
673     }
674
675     return true;
676   }
677
678   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
679   // FIXME: What about debug instrinsics? This matches old behavior, but
680   // doesn't make sense.
681   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
682     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
683         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
684       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
685       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset, Length->getLimitedValue());
686       insertUse(II, Offset, Size, true);
687       return true;
688     }
689
690     return markAsEscaping(II);
691   }
692
693   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
694     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
695     // the same offset to be a viable use for partitioning purposes. These uses
696     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
697     // size.
698     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
699     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
700     Visited.insert(Root);
701     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
702     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
703     // a size zero access.
704     Size = 0;
705     do {
706       Instruction *I, *UsedI;
707       llvm::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
708
709       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
710         Size = std::max(Size, TD.getTypeStoreSize(LI->getType()));
711         continue;
712       }
713       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
714         Value *Op = SI->getOperand(0);
715         if (Op == UsedI)
716           return SI;
717         Size = std::max(Size, TD.getTypeStoreSize(Op->getType()));
718         continue;
719       }
720
721       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
722         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
723           return GEP;
724       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
725                  !isa<SelectInst>(I)) {
726         return I;
727       }
728
729       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end(); UI != UE;
730            ++UI)
731         if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
732           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(*UI)));
733     } while (!Uses.empty());
734
735     return 0;
736   }
737
738   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
739     // See if we already have computed info on this node.
740     std::pair<uint64_t, bool> &PHIInfo = P.PHIOrSelectSizes[&PN];
741     if (PHIInfo.first) {
742       PHIInfo.second = true;
743       insertUse(PN, Offset, PHIInfo.first);
744       return true;
745     }
746
747     // Check for an unsafe use of the PHI node.
748     if (Instruction *EscapingI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&PN, PHIInfo.first))
749       return markAsEscaping(*EscapingI);
750
751     insertUse(PN, Offset, PHIInfo.first);
752     return true;
753   }
754
755   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
756     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
757       if (Result == *U)
758         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
759         // through the select as if we had RAUW'ed it.
760         enqueueUsers(SI, Offset);
761
762       return true;
763     }
764
765     // See if we already have computed info on this node.
766     std::pair<uint64_t, bool> &SelectInfo = P.PHIOrSelectSizes[&SI];
767     if (SelectInfo.first) {
768       SelectInfo.second = true;
769       insertUse(SI, Offset, SelectInfo.first);
770       return true;
771     }
772
773     // Check for an unsafe use of the PHI node.
774     if (Instruction *EscapingI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&SI, SelectInfo.first))
775       return markAsEscaping(*EscapingI);
776
777     insertUse(SI, Offset, SelectInfo.first);
778     return true;
779   }
780
781   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
782   bool visitInstruction(Instruction &I) { return markAsEscaping(I); }
783 };
784
785
786 /// \brief Use adder for the alloca partitioning.
787 ///
788 /// This class adds the uses of an alloca to all of the partitions which they
789 /// use. For splittable partitions, this can end up doing essentially a linear
790 /// walk of the partitions, but the number of steps remains bounded by the
791 /// total result instruction size:
792 /// - The number of partitions is a result of the number unsplittable
793 ///   instructions using the alloca.
794 /// - The number of users of each partition is at worst the total number of
795 ///   splittable instructions using the alloca.
796 /// Thus we will produce N * M instructions in the end, where N are the number
797 /// of unsplittable uses and M are the number of splittable. This visitor does
798 /// the exact same number of updates to the partitioning.
799 ///
800 /// In the more common case, this visitor will leverage the fact that the
801 /// partition space is pre-sorted, and do a logarithmic search for the
802 /// partition needed, making the total visit a classical ((N + M) * log(N))
803 /// complexity operation.
804 class AllocaPartitioning::UseBuilder : public BuilderBase<UseBuilder> {
805   friend class InstVisitor<UseBuilder>;
806
807   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
808   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
809
810 public:
811   UseBuilder(const TargetData &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
812       : BuilderBase<UseBuilder>(TD, AI, P) {}
813
814   /// \brief Run the builder over the allocation.
815   void operator()() {
816     // Note that we have to re-evaluate size on each trip through the loop as
817     // the queue grows at the tail.
818     for (unsigned Idx = 0; Idx < Queue.size(); ++Idx) {
819       U = Queue[Idx].U;
820       Offset = Queue[Idx].Offset;
821       this->visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
822     }
823   }
824
825 private:
826   void markAsDead(Instruction &I) {
827     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
828       P.DeadUsers.push_back(&I);
829   }
830
831   void insertUse(Instruction &User, int64_t Offset, uint64_t Size) {
832     // If the use has a zero size or extends outside of the allocation, record
833     // it as a dead use for elimination later.
834     if (Size == 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
835         (Offset < 0 && (uint64_t)-Offset >= Size))
836       return markAsDead(User);
837
838     // Clamp the start to the beginning of the allocation.
839     if (Offset < 0) {
840       Size -= (uint64_t)-Offset;
841       Offset = 0;
842     }
843
844     uint64_t BeginOffset = Offset, EndOffset = BeginOffset + Size;
845
846     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
847     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
848     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
849     if (Size > AllocSize - BeginOffset)
850       EndOffset = AllocSize;
851
852     // NB: This only works if we have zero overlapping partitions.
853     iterator B = std::lower_bound(P.begin(), P.end(), BeginOffset);
854     if (B != P.begin() && llvm::prior(B)->EndOffset > BeginOffset)
855       B = llvm::prior(B);
856     for (iterator I = B, E = P.end(); I != E && I->BeginOffset < EndOffset;
857          ++I) {
858       PartitionUse NewPU(std::max(I->BeginOffset, BeginOffset),
859                          std::min(I->EndOffset, EndOffset), U);
860       P.use_push_back(I, NewPU);
861       if (isa<PHINode>(U->getUser()) || isa<SelectInst>(U->getUser()))
862         P.PHIOrSelectOpMap[U]
863           = std::make_pair(I - P.begin(), P.Uses[I - P.begin()].size() - 1);
864     }
865   }
866
867   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, int64_t Offset) {
868     uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(Ty);
869
870     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
871     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
872     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
873     // behavior of insertUse.
874     if (Offset < 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
875         Size > (AllocSize - (uint64_t)Offset))
876       return markAsDead(I);
877
878     insertUse(I, Offset, Size);
879   }
880
881   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
882     if (BC.use_empty())
883       return markAsDead(BC);
884
885     enqueueUsers(BC, Offset);
886   }
887
888   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
889     if (GEPI.use_empty())
890       return markAsDead(GEPI);
891
892     int64_t GEPOffset;
893     if (!computeConstantGEPOffset(GEPI, GEPOffset))
894       llvm_unreachable("Unable to compute constant offset for use");
895
896     enqueueUsers(GEPI, GEPOffset);
897   }
898
899   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
900     handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset);
901   }
902
903   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
904     handleLoadOrStore(SI.getOperand(0)->getType(), SI, Offset);
905   }
906
907   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
908     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
909     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
910     insertUse(II, Offset, Size);
911   }
912
913   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
914     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
915     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
916     insertUse(II, Offset, Size);
917   }
918
919   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
920     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
921            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
922
923     ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
924     insertUse(II, Offset,
925               std::min(AllocSize - Offset, Length->getLimitedValue()));
926   }
927
928   void insertPHIOrSelect(Instruction &User, uint64_t Offset) {
929     uint64_t Size = P.PHIOrSelectSizes.lookup(&User).first;
930
931     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
932     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
933     // case them here and use a separate structure to track the operands
934     // themselves which should be replaced with undef.
935     if (Offset >= AllocSize) {
936       P.DeadOperands.push_back(U);
937       return;
938     }
939
940     insertUse(User, Offset, Size);
941   }
942   void visitPHINode(PHINode &PN) {
943     if (PN.use_empty())
944       return markAsDead(PN);
945
946     insertPHIOrSelect(PN, Offset);
947   }
948   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
949     if (SI.use_empty())
950       return markAsDead(SI);
951
952     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
953       if (Result == *U)
954         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
955         // through the select as if we had RAUW'ed it.
956         enqueueUsers(SI, Offset);
957       else
958         // Otherwise the operand to the select is dead, and we can replace it
959         // with undef.
960         P.DeadOperands.push_back(U);
961
962       return;
963     }
964
965     insertPHIOrSelect(SI, Offset);
966   }
967
968   /// \brief Unreachable, we've already visited the alloca once.
969   void visitInstruction(Instruction &I) {
970     llvm_unreachable("Unhandled instruction in use builder.");
971   }
972 };
973
974 void AllocaPartitioning::splitAndMergePartitions() {
975   size_t NumDeadPartitions = 0;
976
977   // Track the range of splittable partitions that we pass when accumulating
978   // overlapping unsplittable partitions.
979   uint64_t SplitEndOffset = 0ull;
980
981   Partition New(0ull, 0ull, false);
982
983   for (unsigned i = 0, j = i, e = Partitions.size(); i != e; i = j) {
984     ++j;
985
986     if (!Partitions[i].IsSplittable || New.BeginOffset == New.EndOffset) {
987       assert(New.BeginOffset == New.EndOffset);
988       New = Partitions[i];
989     } else {
990       assert(New.IsSplittable);
991       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[i].EndOffset);
992     }
993     assert(New.BeginOffset != New.EndOffset);
994
995     // Scan the overlapping partitions.
996     while (j != e && New.EndOffset > Partitions[j].BeginOffset) {
997       // If the new partition we are forming is splittable, stop at the first
998       // unsplittable partition.
999       if (New.IsSplittable && !Partitions[j].IsSplittable)
1000         break;
1001
1002       // Grow the new partition to include any equally splittable range. 'j' is
1003       // always equally splittable when New is splittable, but when New is not
1004       // splittable, we may subsume some (or part of some) splitable partition
1005       // without growing the new one.
1006       if (New.IsSplittable == Partitions[j].IsSplittable) {
1007         New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[j].EndOffset);
1008       } else {
1009         assert(!New.IsSplittable);
1010         assert(Partitions[j].IsSplittable);
1011         SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, Partitions[j].EndOffset);
1012       }
1013
1014       Partitions[j].BeginOffset = Partitions[j].EndOffset = UINT64_MAX;
1015       ++NumDeadPartitions;
1016       ++j;
1017     }
1018
1019     // If the new partition is splittable, chop off the end as soon as the
1020     // unsplittable subsequent partition starts and ensure we eventually cover
1021     // the splittable area.
1022     if (j != e && New.IsSplittable) {
1023       SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, New.EndOffset);
1024       New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
1025     }
1026
1027     // Add the new partition if it differs from the original one and is
1028     // non-empty. We can end up with an empty partition here if it was
1029     // splittable but there is an unsplittable one that starts at the same
1030     // offset.
1031     if (New != Partitions[i]) {
1032       if (New.BeginOffset != New.EndOffset)
1033         Partitions.push_back(New);
1034       // Mark the old one for removal.
1035       Partitions[i].BeginOffset = Partitions[i].EndOffset = UINT64_MAX;
1036       ++NumDeadPartitions;
1037     }
1038
1039     New.BeginOffset = New.EndOffset;
1040     if (!New.IsSplittable) {
1041       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, SplitEndOffset);
1042       if (j != e && !Partitions[j].IsSplittable)
1043         New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
1044       New.IsSplittable = true;
1045       // If there is a trailing splittable partition which won't be fused into
1046       // the next splittable partition go ahead and add it onto the partitions
1047       // list.
1048       if (New.BeginOffset < New.EndOffset &&
1049           (j == e || !Partitions[j].IsSplittable ||
1050            New.EndOffset < Partitions[j].BeginOffset)) {
1051         Partitions.push_back(New);
1052         New.BeginOffset = New.EndOffset = 0ull;
1053       }
1054     }
1055   }
1056
1057   // Re-sort the partitions now that they have been split and merged into
1058   // disjoint set of partitions. Also remove any of the dead partitions we've
1059   // replaced in the process.
1060   std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1061   if (NumDeadPartitions) {
1062     assert(Partitions.back().BeginOffset == UINT64_MAX);
1063     assert(Partitions.back().EndOffset == UINT64_MAX);
1064     assert((ptrdiff_t)NumDeadPartitions ==
1065            std::count(Partitions.begin(), Partitions.end(), Partitions.back()));
1066   }
1067   Partitions.erase(Partitions.end() - NumDeadPartitions, Partitions.end());
1068 }
1069
1070 AllocaPartitioning::AllocaPartitioning(const TargetData &TD, AllocaInst &AI)
1071     :
1072 #ifndef NDEBUG
1073       AI(AI),
1074 #endif
1075       PointerEscapingInstr(0) {
1076   PartitionBuilder PB(TD, AI, *this);
1077   if (!PB())
1078     return;
1079
1080   if (Partitions.size() > 1) {
1081     // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
1082     // and the sizes to be in descending order.
1083     std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1084
1085     // Intersect splittability for all partitions with equal offsets and sizes.
1086     // Then remove all but the first so that we have a sequence of non-equal but
1087     // potentially overlapping partitions.
1088     for (iterator I = Partitions.begin(), J = I, E = Partitions.end(); I != E;
1089          I = J) {
1090       ++J;
1091       while (J != E && *I == *J) {
1092         I->IsSplittable &= J->IsSplittable;
1093         ++J;
1094       }
1095     }
1096     Partitions.erase(std::unique(Partitions.begin(), Partitions.end()),
1097                      Partitions.end());
1098
1099     // Split splittable and merge unsplittable partitions into a disjoint set
1100     // of partitions over the used space of the allocation.
1101     splitAndMergePartitions();
1102   }
1103
1104   // Now build up the user lists for each of these disjoint partitions by
1105   // re-walking the recursive users of the alloca.
1106   Uses.resize(Partitions.size());
1107   UseBuilder UB(TD, AI, *this);
1108   UB();
1109 }
1110
1111 Type *AllocaPartitioning::getCommonType(iterator I) const {
1112   Type *Ty = 0;
1113   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I); UI != UE; ++UI) {
1114     if (!UI->U)
1115       continue; // Skip dead uses.
1116     if (isa<IntrinsicInst>(*UI->U->getUser()))
1117       continue;
1118     if (UI->BeginOffset != I->BeginOffset || UI->EndOffset != I->EndOffset)
1119       continue;
1120
1121     Type *UserTy = 0;
1122     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UI->U->getUser())) {
1123       UserTy = LI->getType();
1124     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI->U->getUser())) {
1125       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1126     }
1127
1128     if (Ty && Ty != UserTy)
1129       return 0;
1130
1131     Ty = UserTy;
1132   }
1133   return Ty;
1134 }
1135
1136 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1137
1138 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1139                                StringRef Indent) const {
1140   OS << Indent << "partition #" << (I - begin())
1141      << " [" << I->BeginOffset << "," << I->EndOffset << ")"
1142      << (I->IsSplittable ? " (splittable)" : "")
1143      << (Uses[I - begin()].empty() ? " (zero uses)" : "")
1144      << "\n";
1145 }
1146
1147 void AllocaPartitioning::printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1148                                     StringRef Indent) const {
1149   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I);
1150        UI != UE; ++UI) {
1151     if (!UI->U)
1152       continue; // Skip dead uses.
1153     OS << Indent << "  [" << UI->BeginOffset << "," << UI->EndOffset << ") "
1154        << "used by: " << *UI->U->getUser() << "\n";
1155     if (MemTransferInst *II = dyn_cast<MemTransferInst>(UI->U->getUser())) {
1156       const MemTransferOffsets &MTO = MemTransferInstData.lookup(II);
1157       bool IsDest;
1158       if (!MTO.IsSplittable)
1159         IsDest = UI->BeginOffset == MTO.DestBegin;
1160       else
1161         IsDest = MTO.DestBegin != 0u;
1162       OS << Indent << "    (original " << (IsDest ? "dest" : "source") << ": "
1163          << "[" << (IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin)
1164          << "," << (IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd) << ")\n";
1165     }
1166   }
1167 }
1168
1169 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS) const {
1170   if (PointerEscapingInstr) {
1171     OS << "No partitioning for alloca: " << AI << "\n"
1172        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
1173        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
1174     return;
1175   }
1176
1177   OS << "Partitioning of alloca: " << AI << "\n";
1178   unsigned Num = 0;
1179   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I, ++Num) {
1180     print(OS, I);
1181     printUsers(OS, I);
1182   }
1183 }
1184
1185 void AllocaPartitioning::dump(const_iterator I) const { print(dbgs(), I); }
1186 void AllocaPartitioning::dump() const { print(dbgs()); }
1187
1188 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1189
1190
1191 namespace {
1192 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
1193 ///
1194 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
1195 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
1196 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
1197 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
1198 /// scalar values.
1199 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1200   AllocaInst &AI;
1201   DIBuilder &DIB;
1202
1203   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
1204   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
1205
1206 public:
1207   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
1208                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
1209     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
1210
1211   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
1212     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
1213     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
1214       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
1215                                UE = DebugNode->use_end();
1216            UI != UE; ++UI)
1217         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
1218           DDIs.push_back(DDI);
1219         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
1220           DVIs.push_back(DVI);
1221     }
1222
1223     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1224     AI.eraseFromParent();
1225     while (!DDIs.empty())
1226       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1227     while (!DVIs.empty())
1228       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1229   }
1230
1231   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
1232                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
1233     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1234       return LI->getOperand(0) == &AI;
1235     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == &AI;
1236   }
1237
1238   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
1239     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::const_iterator I = DDIs.begin(),
1240            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1241       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1242       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1243         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
1244       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
1245         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
1246     }
1247     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::const_iterator I = DVIs.begin(),
1248            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1249       DbgValueInst *DVI = *I;
1250       Value *Arg = NULL;
1251       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1252         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
1253         // may be zapped by an optimization pass in future.
1254         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
1255           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
1256         if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
1257           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
1258         if (!Arg)
1259           Arg = SI->getOperand(0);
1260       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
1261         Arg = LI->getOperand(0);
1262       } else {
1263         continue;
1264       }
1265       Instruction *DbgVal =
1266         DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
1267                                      Inst);
1268       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1269     }
1270   }
1271 };
1272 } // end anon namespace
1273
1274
1275 namespace {
1276 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
1277 ///
1278 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
1279 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
1280 /// a few steps to this process.
1281 ///
1282 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
1283 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
1284 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
1285 ///    as necessary and try to isolate invidual scalar accesses.
1286 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
1287 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
1288 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
1289 ///    select to be a PHI or select of the results.
1290 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
1291 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
1292 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
1293 ///    SSA vector values.
1294 class SROA : public FunctionPass {
1295   const bool RequiresDomTree;
1296
1297   LLVMContext *C;
1298   const TargetData *TD;
1299   DominatorTree *DT;
1300
1301   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
1302   ///
1303   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
1304   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
1305   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
1306   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
1307   /// already present to ensure it is re-visited.
1308   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
1309
1310   /// \brief A collection of instructions to delete.
1311   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
1312   /// efficient.
1313   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
1314
1315   /// \brief A set to prevent repeatedly marking an instruction split into many
1316   /// uses as dead. Only used to guard insertion into DeadInsts.
1317   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DeadSplitInsts;
1318
1319   /// \brief Post-promotion worklist.
1320   ///
1321   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
1322   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
1323   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
1324   ///
1325   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
1326   /// the event they are deleted.
1327   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
1328
1329   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
1330   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
1331
1332 public:
1333   SROA(bool RequiresDomTree = true)
1334       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
1335         C(0), TD(0), DT(0) {
1336     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1337   }
1338   bool runOnFunction(Function &F);
1339   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1340
1341   const char *getPassName() const { return "SROA"; }
1342   static char ID;
1343
1344 private:
1345   friend class PHIOrSelectSpeculator;
1346   friend class AllocaPartitionRewriter;
1347   friend class AllocaPartitionVectorRewriter;
1348
1349   bool rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
1350                               AllocaPartitioning &P,
1351                               AllocaPartitioning::iterator PI);
1352   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P);
1353   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
1354   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> &DeletedAllocas);
1355   bool promoteAllocas(Function &F);
1356 };
1357 }
1358
1359 char SROA::ID = 0;
1360
1361 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
1362   return new SROA(RequiresDomTree);
1363 }
1364
1365 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1366                       false, false)
1367 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
1368 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1369                     false, false)
1370
1371 /// \brief Accumulate the constant offsets in a GEP into a single APInt offset.
1372 ///
1373 /// If the provided GEP is all-constant, the total byte offset formed by the
1374 /// GEP is computed and Offset is set to it. If the GEP has any non-constant
1375 /// operands, the function returns false and the value of Offset is unmodified.
1376 static bool accumulateGEPOffsets(const TargetData &TD, GEPOperator &GEP,
1377                                  APInt &Offset) {
1378   APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1379   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1380        GTI != GTE; ++GTI) {
1381     ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1382     if (!OpC)
1383       return false;
1384     if (OpC->isZero()) continue;
1385
1386     // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
1387     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1388       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1389       const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1390       GEPOffset += APInt(Offset.getBitWidth(),
1391                          SL->getElementOffset(ElementIdx));
1392       continue;
1393     }
1394
1395     APInt TypeSize(Offset.getBitWidth(),
1396                    TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
1397     if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(*GTI)) {
1398       assert((VTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
1399              "vector element size is not a multiple of 8, cannot GEP over it");
1400       TypeSize = VTy->getScalarSizeInBits() / 8;
1401     }
1402
1403     GEPOffset += OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth()) * TypeSize;
1404   }
1405   Offset = GEPOffset;
1406   return true;
1407 }
1408
1409 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1410 ///
1411 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1412 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1413 static Value *buildGEP(IRBuilder<> &IRB, Value *BasePtr,
1414                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1415                        const Twine &Prefix) {
1416   if (Indices.empty())
1417     return BasePtr;
1418
1419   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1420   // in that case.
1421   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1422     return BasePtr;
1423
1424   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, Prefix + ".idx");
1425 }
1426
1427 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1428 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1429 ///
1430 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1431 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1432 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1433 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1434 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1435 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1436 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1437                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1438                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1439                                     const Twine &Prefix) {
1440   if (Ty == TargetTy)
1441     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1442
1443   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1444   // type.
1445   unsigned NumLayers = 0;
1446   Type *ElementTy = Ty;
1447   do {
1448     if (ElementTy->isPointerTy())
1449       break;
1450     if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
1451       ElementTy = SeqTy->getElementType();
1452       Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(TD.getPointerSizeInBits(), 0)));
1453     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1454       ElementTy = *STy->element_begin();
1455       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1456     } else {
1457       break;
1458     }
1459     ++NumLayers;
1460   } while (ElementTy != TargetTy);
1461   if (ElementTy != TargetTy)
1462     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1463
1464   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1465 }
1466
1467 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1468 ///
1469 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1470 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1471 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1472                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1473                                        Type *TargetTy,
1474                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1475                                        const Twine &Prefix) {
1476   if (Offset == 0)
1477     return getNaturalGEPWithType(IRB, TD, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, Prefix);
1478
1479   // We can't recurse through pointer types.
1480   if (Ty->isPointerTy())
1481     return 0;
1482
1483   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1484   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1485   // over a vector from the IR completely.
1486   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1487     unsigned ElementSizeInBits = VecTy->getScalarSizeInBits();
1488     if (ElementSizeInBits % 8)
1489       return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1490     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1491     APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1492     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1493       return 0;
1494     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1495     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1496     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, VecTy->getElementType(),
1497                                     Offset, TargetTy, Indices, Prefix);
1498   }
1499
1500   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1501     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1502     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1503     APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1504     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1505       return 0;
1506
1507     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1508     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1509     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1510                                     Indices, Prefix);
1511   }
1512
1513   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1514   if (!STy)
1515     return 0;
1516
1517   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1518   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1519   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1520     return 0;
1521   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1522   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1523   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1524   if (Offset.uge(TD.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1525     return 0; // The offset points into alignment padding.
1526
1527   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1528   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1529                                   Indices, Prefix);
1530 }
1531
1532 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1533 /// resulting in a particular type.
1534 ///
1535 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1536 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1537 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1538 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1539 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1540 ///
1541 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1542 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1543                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1544                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1545                                       const Twine &Prefix) {
1546   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1547
1548   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1549   // an i8.
1550   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
1551     return 0;
1552
1553   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1554   if (!ElementTy->isSized())
1555     return 0; // We can't GEP through an unsized element.
1556   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1557   if (ElementSize == 0)
1558     return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1559   APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1560
1561   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1562   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1563   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1564                                   Indices, Prefix);
1565 }
1566
1567 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1568 /// resulting pointer has PointerTy.
1569 ///
1570 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1571 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1572 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1573 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1574 /// bitcast to the type.
1575 ///
1576 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1577 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1578 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1579 /// properities. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1580 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1581 /// surrounding code.
1582 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1583                              Value *Ptr, APInt Offset, Type *PointerTy,
1584                              const Twine &Prefix) {
1585   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1586   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1587   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1588   Visited.insert(Ptr);
1589   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1590
1591   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1592   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1593   // fall back to it, so keep it around here.
1594   Value *OffsetPtr = 0;
1595
1596   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1597   // byte offset.
1598   Value *Int8Ptr = 0;
1599   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1600
1601   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1602
1603   do {
1604     // First fold any existing GEPs into the offset.
1605     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1606       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1607       if (!accumulateGEPOffsets(TD, *GEP, GEPOffset))
1608         break;
1609       Offset += GEPOffset;
1610       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1611       if (!Visited.insert(Ptr))
1612         break;
1613     }
1614
1615     // See if we can perform a natural GEP here.
1616     Indices.clear();
1617     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, TD, Ptr, Offset, TargetTy,
1618                                            Indices, Prefix)) {
1619       if (P->getType() == PointerTy) {
1620         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1621         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1622           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1623             I->eraseFromParent();
1624         return P;
1625       }
1626       if (!OffsetPtr) {
1627         OffsetPtr = P;
1628       }
1629     }
1630
1631     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1632     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1633       Int8Ptr = Ptr;
1634       Int8PtrOffset = Offset;
1635     }
1636
1637     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1638     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1639       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1640     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1641       if (GA->mayBeOverridden())
1642         break;
1643       Ptr = GA->getAliasee();
1644     } else {
1645       break;
1646     }
1647     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1648   } while (Visited.insert(Ptr));
1649
1650   if (!OffsetPtr) {
1651     if (!Int8Ptr) {
1652       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
1653                                   Prefix + ".raw_cast");
1654       Int8PtrOffset = Offset;
1655     }
1656
1657     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1658       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1659                             Prefix + ".raw_idx");
1660   }
1661   Ptr = OffsetPtr;
1662
1663   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1664   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1665     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, Prefix + ".cast");
1666
1667   return Ptr;
1668 }
1669
1670 /// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to a vector.
1671 ///
1672 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1673 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1674 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1675 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1676 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1677 /// be promotable, so we have an early test here.
1678 static bool isVectorPromotionViable(const TargetData &TD,
1679                                     Type *AllocaTy,
1680                                     AllocaPartitioning &P,
1681                                     uint64_t PartitionBeginOffset,
1682                                     uint64_t PartitionEndOffset,
1683                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
1684                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
1685   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
1686   if (!Ty)
1687     return false;
1688
1689   uint64_t VecSize = TD.getTypeSizeInBits(Ty);
1690   uint64_t ElementSize = Ty->getScalarSizeInBits();
1691
1692   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1693   // that aren't byte sized.
1694   if (ElementSize % 8)
1695     return false;
1696   assert((VecSize % 8) == 0 && "vector size not a multiple of element size?");
1697   VecSize /= 8;
1698   ElementSize /= 8;
1699
1700   for (; I != E; ++I) {
1701     if (!I->U)
1702       continue; // Skip dead use.
1703
1704     uint64_t BeginOffset = I->BeginOffset - PartitionBeginOffset;
1705     uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1706     if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1707         BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1708       return false;
1709     uint64_t EndOffset = I->EndOffset - PartitionBeginOffset;
1710     uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1711     if (EndIndex * ElementSize != EndOffset ||
1712         EndIndex > Ty->getNumElements())
1713       return false;
1714
1715     // FIXME: We should build shuffle vector instructions to handle
1716     // non-element-sized accesses.
1717     if ((EndOffset - BeginOffset) != ElementSize &&
1718         (EndOffset - BeginOffset) != VecSize)
1719       return false;
1720
1721     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
1722       if (MI->isVolatile())
1723         return false;
1724       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
1725         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
1726           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
1727         if (!MTO.IsSplittable)
1728           return false;
1729       }
1730     } else if (I->U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1731       // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1732       return false;
1733     } else if (!isa<LoadInst>(I->U->getUser()) &&
1734                !isa<StoreInst>(I->U->getUser())) {
1735       return false;
1736     }
1737   }
1738   return true;
1739 }
1740
1741 /// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to an int.
1742 ///
1743 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1744 /// partition (and its newly formed alloca) into an integer alloca suitable for
1745 /// promotion to an SSA value. We only can ensure this for a limited set of
1746 /// operations, and we don't want to do the rewrites unless we are confident
1747 /// that the result will be promotable, so we have an early test here.
1748 static bool isIntegerPromotionViable(const TargetData &TD,
1749                                      Type *AllocaTy,
1750                                      uint64_t AllocBeginOffset,
1751                                      AllocaPartitioning &P,
1752                                      AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
1753                                      AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
1754   IntegerType *Ty = dyn_cast<IntegerType>(AllocaTy);
1755   if (!Ty || 8*TD.getTypeStoreSize(Ty) != Ty->getBitWidth())
1756     return false;
1757
1758   // Check the uses to ensure the uses are (likely) promoteable integer uses.
1759   // Also ensure that the alloca has a covering load or store. We don't want
1760   // promote because of some other unsplittable entry (which we may make
1761   // splittable later) and lose the ability to promote each element access.
1762   bool WholeAllocaOp = false;
1763   for (; I != E; ++I) {
1764     if (!I->U)
1765       continue; // Skip dead use.
1766
1767     // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
1768     // the end of the aloca's type and into its padding.
1769     if ((I->EndOffset - AllocBeginOffset) > TD.getTypeStoreSize(Ty))
1770       return false;
1771
1772     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->U->getUser())) {
1773       if (LI->isVolatile() || !LI->getType()->isIntegerTy())
1774         return false;
1775       if (LI->getType() == Ty)
1776         WholeAllocaOp = true;
1777     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I->U->getUser())) {
1778       if (SI->isVolatile() || !SI->getValueOperand()->getType()->isIntegerTy())
1779         return false;
1780       if (SI->getValueOperand()->getType() == Ty)
1781         WholeAllocaOp = true;
1782     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
1783       if (MI->isVolatile())
1784         return false;
1785       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
1786         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
1787           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
1788         if (!MTO.IsSplittable)
1789           return false;
1790       }
1791     } else {
1792       return false;
1793     }
1794   }
1795   return WholeAllocaOp;
1796 }
1797
1798 namespace {
1799 /// \brief Visitor to speculate PHIs and Selects where possible.
1800 class PHIOrSelectSpeculator : public InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator> {
1801   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1802   friend class llvm::InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator>;
1803
1804   const TargetData &TD;
1805   AllocaPartitioning &P;
1806   SROA &Pass;
1807
1808 public:
1809   PHIOrSelectSpeculator(const TargetData &TD, AllocaPartitioning &P, SROA &Pass)
1810     : TD(TD), P(P), Pass(Pass) {}
1811
1812   /// \brief Visit the users of an alloca partition and rewrite them.
1813   void visitUsers(AllocaPartitioning::const_iterator PI) {
1814     // Note that we need to use an index here as the underlying vector of uses
1815     // may be grown during speculation. However, we never need to re-visit the
1816     // new uses, and so we can use the initial size bound.
1817     for (unsigned Idx = 0, Size = P.use_size(PI); Idx != Size; ++Idx) {
1818       const AllocaPartitioning::PartitionUse &PU = P.getUse(PI, Idx);
1819       if (!PU.U)
1820         continue; // Skip dead use.
1821
1822       visit(cast<Instruction>(PU.U->getUser()));
1823     }
1824   }
1825
1826 private:
1827   // By default, skip this instruction.
1828   void visitInstruction(Instruction &I) {}
1829
1830   /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1831   /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1832   /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1833   /// From this:
1834   ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1835   ///   %V = load i32* %P2
1836   /// to:
1837   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1838   ///   ...
1839   ///   %V2 = load i32* %Other
1840   ///   ...
1841   ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1842   ///
1843   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1844   /// to the select can be loaded unconditionally.
1845   ///
1846   /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1847   /// Transforms/Util/Local.h
1848   bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN, SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
1849     // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1850     // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1851     // TODO: Allow recursive phi users.
1852     // TODO: Allow stores.
1853     BasicBlock *BB = PN.getParent();
1854     unsigned MaxAlign = 0;
1855     for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end();
1856          UI != UE; ++UI) {
1857       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1858       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1859
1860       // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1861       // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1862       // a PHI.
1863       if (LI->getParent() != BB) return false;
1864
1865       // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1866       // could store.
1867       for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1868         if (BBI->mayWriteToMemory())
1869           return false;
1870
1871       MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1872       Loads.push_back(LI);
1873     }
1874
1875     // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1876     // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1877     // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1878     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num;
1879          ++Idx) {
1880       TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1881       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1882
1883       // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1884       // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1885       // in the predecessor.
1886       if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1887         return false;
1888
1889       // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1890       // critical.
1891       if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1892         continue;
1893
1894       // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1895       // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1896       // block.
1897       if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1898           isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, &TD))
1899         continue;
1900
1901       return false;
1902     }
1903
1904     return true;
1905   }
1906
1907   void visitPHINode(PHINode &PN) {
1908     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1909
1910     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
1911     if (!isSafePHIToSpeculate(PN, Loads))
1912       return;
1913
1914     assert(!Loads.empty());
1915
1916     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1917     IRBuilder<> PHIBuilder(&PN);
1918     PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1919                                           PN.getName() + ".sroa.speculated");
1920
1921     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1922     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1923     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(Loads.back());
1924     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1925     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1926
1927     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1928     do {
1929       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
1930       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1931       Pass.DeadInsts.push_back(LI);
1932     } while (!Loads.empty());
1933
1934     // Inject loads into all of the pred blocks.
1935     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1936       BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1937       TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1938       Use *InUse = &PN.getOperandUse(PN.getOperandNumForIncomingValue(Idx));
1939       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1940       IRBuilder<> PredBuilder(TI);
1941
1942       LoadInst *Load
1943         = PredBuilder.CreateLoad(InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." +
1944                                          Pred->getName()));
1945       ++NumLoadsSpeculated;
1946       Load->setAlignment(Align);
1947       if (TBAATag)
1948         Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1949       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1950
1951       Instruction *Ptr = dyn_cast<Instruction>(InVal);
1952       if (!Ptr)
1953         // No uses to rewrite.
1954         continue;
1955
1956       // Try to lookup and rewrite any partition uses corresponding to this phi
1957       // input.
1958       AllocaPartitioning::iterator PI
1959         = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(InUse);
1960       if (PI == P.end())
1961         continue;
1962
1963       // Replace the Use in the PartitionUse for this operand with the Use
1964       // inside the load.
1965       AllocaPartitioning::use_iterator UI
1966         = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(InUse);
1967       assert(isa<PHINode>(*UI->U->getUser()));
1968       UI->U = &Load->getOperandUse(Load->getPointerOperandIndex());
1969     }
1970     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1971   }
1972
1973   /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1974   /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1975   /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1976   /// From this:
1977   ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1978   ///   %V = load i32* %P2
1979   /// to:
1980   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1981   ///   %V2 = load i32* %Other
1982   ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1983   ///
1984   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1985   /// to the select can be loaded unconditionally.
1986   bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
1987                                SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
1988     Value *TValue = SI.getTrueValue();
1989     Value *FValue = SI.getFalseValue();
1990     bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
1991     bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
1992
1993     for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end();
1994          UI != UE; ++UI) {
1995       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1996       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1997
1998       // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1999       // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
2000       // accesses to it.
2001       if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI,
2002                                                       LI->getAlignment(), &TD))
2003         return false;
2004       if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI,
2005                                                       LI->getAlignment(), &TD))
2006         return false;
2007       Loads.push_back(LI);
2008     }
2009
2010     return true;
2011   }
2012
2013   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2014     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2015     IRBuilder<> IRB(&SI);
2016
2017     // If the select isn't safe to speculate, just use simple logic to emit it.
2018     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
2019     if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, Loads))
2020       return;
2021
2022     Use *Ops[2] = { &SI.getOperandUse(1), &SI.getOperandUse(2) };
2023     AllocaPartitioning::iterator PIs[2];
2024     AllocaPartitioning::PartitionUse PUs[2];
2025     for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
2026       PIs[i] = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
2027       if (PIs[i] != P.end()) {
2028         // If the pointer is within the partitioning, remove the select from
2029         // its uses. We'll add in the new loads below.
2030         AllocaPartitioning::use_iterator UI
2031           = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
2032         PUs[i] = *UI;
2033         // Clear out the use here so that the offsets into the use list remain
2034         // stable but this use is ignored when rewriting.
2035         UI->U = 0;
2036       }
2037     }
2038
2039     Value *TV = SI.getTrueValue();
2040     Value *FV = SI.getFalseValue();
2041     // Replace the loads of the select with a select of two loads.
2042     while (!Loads.empty()) {
2043       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
2044
2045       IRB.SetInsertPoint(LI);
2046       LoadInst *TL =
2047         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
2048       LoadInst *FL =
2049         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
2050       NumLoadsSpeculated += 2;
2051
2052       // Transfer alignment and TBAA info if present.
2053       TL->setAlignment(LI->getAlignment());
2054       FL->setAlignment(LI->getAlignment());
2055       if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
2056         TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
2057         FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
2058       }
2059
2060       Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
2061                                   LI->getName() + ".sroa.speculated");
2062
2063       LoadInst *Loads[2] = { TL, FL };
2064       for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
2065         if (PIs[i] != P.end()) {
2066           Use *LoadUse = &Loads[i]->getOperandUse(0);
2067           assert(PUs[i].U->get() == LoadUse->get());
2068           PUs[i].U = LoadUse;
2069           P.use_push_back(PIs[i], PUs[i]);
2070         }
2071       }
2072
2073       DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
2074       LI->replaceAllUsesWith(V);
2075       Pass.DeadInsts.push_back(LI);
2076     }
2077   }
2078 };
2079
2080 /// \brief Visitor to rewrite instructions using a partition of an alloca to
2081 /// use a new alloca.
2082 ///
2083 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
2084 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
2085 /// lives here.
2086 class AllocaPartitionRewriter : public InstVisitor<AllocaPartitionRewriter,
2087                                                    bool> {
2088   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2089   friend class llvm::InstVisitor<AllocaPartitionRewriter, bool>;
2090
2091   const TargetData &TD;
2092   AllocaPartitioning &P;
2093   SROA &Pass;
2094   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2095   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2096
2097   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2098   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2099   // non-null, we have some strict guarantees about the rewriten alloca:
2100   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2101   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2102   //     element.
2103   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2104   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2105   //     which are promotable via mem2reg.
2106   VectorType *VecTy;
2107   Type *ElementTy;
2108   uint64_t ElementSize;
2109
2110   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2111   // alloca has a promotion-targeted integer type due to passing
2112   // isIntegerPromotionViable above. If it is non-null does, the desired
2113   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2114   IntegerType *IntPromotionTy;
2115
2116   // The offset of the partition user currently being rewritten.
2117   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
2118   Use *OldUse;
2119   Instruction *OldPtr;
2120
2121   // The name prefix to use when rewriting instructions for this alloca.
2122   std::string NamePrefix;
2123
2124 public:
2125   AllocaPartitionRewriter(const TargetData &TD, AllocaPartitioning &P,
2126                           AllocaPartitioning::iterator PI,
2127                           SROA &Pass, AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2128                           uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset)
2129     : TD(TD), P(P), Pass(Pass),
2130       OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2131       NewAllocaBeginOffset(NewBeginOffset),
2132       NewAllocaEndOffset(NewEndOffset),
2133       VecTy(), ElementTy(), ElementSize(), IntPromotionTy(),
2134       BeginOffset(), EndOffset() {
2135   }
2136
2137   /// \brief Visit the users of the alloca partition and rewrite them.
2138   bool visitUsers(AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2139                   AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2140     if (isVectorPromotionViable(TD, NewAI.getAllocatedType(), P,
2141                                 NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset,
2142                                 I, E)) {
2143       ++NumVectorized;
2144       VecTy = cast<VectorType>(NewAI.getAllocatedType());
2145       ElementTy = VecTy->getElementType();
2146       assert((VecTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
2147              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2148       ElementSize = VecTy->getScalarSizeInBits() / 8;
2149     } else if (isIntegerPromotionViable(TD, NewAI.getAllocatedType(),
2150                                         NewAllocaBeginOffset, P, I, E)) {
2151       IntPromotionTy = cast<IntegerType>(NewAI.getAllocatedType());
2152     }
2153     bool CanSROA = true;
2154     for (; I != E; ++I) {
2155       if (!I->U)
2156         continue; // Skip dead uses.
2157       BeginOffset = I->BeginOffset;
2158       EndOffset = I->EndOffset;
2159       OldUse = I->U;
2160       OldPtr = cast<Instruction>(I->U->get());
2161       NamePrefix = (Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset)).str();
2162       CanSROA &= visit(cast<Instruction>(I->U->getUser()));
2163     }
2164     if (VecTy) {
2165       assert(CanSROA);
2166       VecTy = 0;
2167       ElementTy = 0;
2168       ElementSize = 0;
2169     }
2170     return CanSROA;
2171   }
2172
2173 private:
2174   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2175   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2176     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2177     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2178   }
2179
2180   Twine getName(const Twine &Suffix) {
2181     return NamePrefix + Suffix;
2182   }
2183
2184   Value *getAdjustedAllocaPtr(IRBuilder<> &IRB, Type *PointerTy) {
2185     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset);
2186     APInt Offset(TD.getPointerSizeInBits(), BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2187     return getAdjustedPtr(IRB, TD, &NewAI, Offset, PointerTy, getName(""));
2188   }
2189
2190   /// \brief Compute suitable alignment to access an offset into the new alloca.
2191   unsigned getOffsetAlign(uint64_t Offset) {
2192     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2193     if (!NewAIAlign)
2194       NewAIAlign = TD.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2195     return MinAlign(NewAIAlign, Offset);
2196   }
2197
2198   /// \brief Compute suitable alignment to access this partition of the new
2199   /// alloca.
2200   unsigned getPartitionAlign() {
2201     return getOffsetAlign(BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2202   }
2203
2204   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at an offset of the
2205   /// new alloca.
2206   ///
2207   /// \returns zero if the type's ABI alignment is a suitable alignment,
2208   /// otherwise returns the maximal suitable alignment.
2209   unsigned getOffsetTypeAlign(Type *Ty, uint64_t Offset) {
2210     unsigned Align = getOffsetAlign(Offset);
2211     return Align == TD.getABITypeAlignment(Ty) ? 0 : Align;
2212   }
2213
2214   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at the beginning of
2215   /// this partition of the new alloca.
2216   ///
2217   /// See \c getOffsetTypeAlign for details; this routine delegates to it.
2218   unsigned getPartitionTypeAlign(Type *Ty) {
2219     return getOffsetTypeAlign(Ty, BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2220   }
2221
2222   ConstantInt *getIndex(IRBuilder<> &IRB, uint64_t Offset) {
2223     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2224     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2225     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2226     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2227     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2228     return IRB.getInt32(Index);
2229   }
2230
2231   Value *extractInteger(IRBuilder<> &IRB, IntegerType *TargetTy,
2232                         uint64_t Offset) {
2233     assert(IntPromotionTy && "Alloca is not an integer we can extract from");
2234     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2235                                      getName(".load"));
2236     assert(Offset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2237     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2238     assert(TD.getTypeStoreSize(TargetTy) + RelOffset <=
2239            TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) &&
2240            "Element load outside of alloca store");
2241     uint64_t ShAmt = 8*RelOffset;
2242     if (TD.isBigEndian())
2243       ShAmt = 8*(TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) -
2244                  TD.getTypeStoreSize(TargetTy) - RelOffset);
2245     if (ShAmt)
2246       V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, getName(".shift"));
2247     if (TargetTy != IntPromotionTy) {
2248       assert(TargetTy->getBitWidth() < IntPromotionTy->getBitWidth() &&
2249              "Cannot extract to a larger integer!");
2250       V = IRB.CreateTrunc(V, TargetTy, getName(".trunc"));
2251     }
2252     return V;
2253   }
2254
2255   StoreInst *insertInteger(IRBuilder<> &IRB, Value *V, uint64_t Offset) {
2256     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
2257     if (Ty == IntPromotionTy)
2258       return IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2259
2260     assert(Ty->getBitWidth() < IntPromotionTy->getBitWidth() &&
2261            "Cannot insert a larger integer!");
2262     V = IRB.CreateZExt(V, IntPromotionTy, getName(".ext"));
2263     assert(Offset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2264     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2265     assert(TD.getTypeStoreSize(Ty) + RelOffset <=
2266            TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) &&
2267            "Element store outside of alloca store");
2268     uint64_t ShAmt = 8*RelOffset;
2269     if (TD.isBigEndian())
2270       ShAmt = 8*(TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) - TD.getTypeStoreSize(Ty)
2271                  - RelOffset);
2272     if (ShAmt)
2273       V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, getName(".shift"));
2274
2275     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntPromotionTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
2276     Value *Old = IRB.CreateAnd(IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI,
2277                                                      NewAI.getAlignment(),
2278                                                      getName(".oldload")),
2279                                Mask, getName(".mask"));
2280     return IRB.CreateAlignedStore(IRB.CreateOr(Old, V, getName(".insert")),
2281                                   &NewAI, NewAI.getAlignment());
2282   }
2283
2284   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2285     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2286     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2287       Pass.DeadInsts.push_back(I);
2288   }
2289
2290   Value *getValueCast(IRBuilder<> &IRB, Value *V, Type *Ty) {
2291     if (V->getType()->isIntegerTy() && Ty->isPointerTy())
2292       return IRB.CreateIntToPtr(V, Ty);
2293     if (V->getType()->isPointerTy() && Ty->isIntegerTy())
2294       return IRB.CreatePtrToInt(V, Ty);
2295
2296     return IRB.CreateBitCast(V, Ty);
2297   }
2298
2299   bool rewriteVectorizedLoadInst(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI, Value *OldOp) {
2300     Value *Result;
2301     if (LI.getType() == VecTy->getElementType() ||
2302         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2303       Result = IRB.CreateExtractElement(
2304         IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), getName(".load")),
2305         getIndex(IRB, BeginOffset), getName(".extract"));
2306     } else {
2307       Result = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2308                                      getName(".load"));
2309     }
2310     if (Result->getType() != LI.getType())
2311       Result = getValueCast(IRB, Result, LI.getType());
2312     LI.replaceAllUsesWith(Result);
2313     Pass.DeadInsts.push_back(&LI);
2314
2315     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Result << "\n");
2316     return true;
2317   }
2318
2319   bool rewriteIntegerLoad(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI) {
2320     assert(!LI.isVolatile());
2321     Value *Result = extractInteger(IRB, cast<IntegerType>(LI.getType()),
2322                                    BeginOffset);
2323     LI.replaceAllUsesWith(Result);
2324     Pass.DeadInsts.push_back(&LI);
2325     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Result << "\n");
2326     return true;
2327   }
2328
2329   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2330     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2331     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2332     assert(OldOp == OldPtr);
2333     IRBuilder<> IRB(&LI);
2334
2335     if (VecTy)
2336       return rewriteVectorizedLoadInst(IRB, LI, OldOp);
2337     if (IntPromotionTy)
2338       return rewriteIntegerLoad(IRB, LI);
2339
2340     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2341                                          LI.getPointerOperand()->getType());
2342     LI.setOperand(0, NewPtr);
2343     LI.setAlignment(getPartitionTypeAlign(LI.getType()));
2344     DEBUG(dbgs() << "          to: " << LI << "\n");
2345
2346     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2347     return NewPtr == &NewAI && !LI.isVolatile();
2348   }
2349
2350   bool rewriteVectorizedStoreInst(IRBuilder<> &IRB, StoreInst &SI,
2351                                   Value *OldOp) {
2352     Value *V = SI.getValueOperand();
2353     if (V->getType() == ElementTy ||
2354         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2355       if (V->getType() != ElementTy)
2356         V = getValueCast(IRB, V, ElementTy);
2357       LoadInst *LI = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2358                                            getName(".load"));
2359       V = IRB.CreateInsertElement(LI, V, getIndex(IRB, BeginOffset),
2360                                   getName(".insert"));
2361     } else if (V->getType() != VecTy) {
2362       V = getValueCast(IRB, V, VecTy);
2363     }
2364     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2365     Pass.DeadInsts.push_back(&SI);
2366
2367     (void)Store;
2368     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2369     return true;
2370   }
2371
2372   bool rewriteIntegerStore(IRBuilder<> &IRB, StoreInst &SI) {
2373     assert(!SI.isVolatile());
2374     StoreInst *Store = insertInteger(IRB, SI.getValueOperand(), BeginOffset);
2375     Pass.DeadInsts.push_back(&SI);
2376     (void)Store;
2377     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2378     return true;
2379   }
2380
2381   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2382     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2383     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2384     assert(OldOp == OldPtr);
2385     IRBuilder<> IRB(&SI);
2386
2387     if (VecTy)
2388       return rewriteVectorizedStoreInst(IRB, SI, OldOp);
2389     if (IntPromotionTy)
2390       return rewriteIntegerStore(IRB, SI);
2391
2392     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2393     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2394     if (SI.getValueOperand()->getType()->isPointerTy())
2395       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(SI.getValueOperand()
2396                                                   ->stripInBoundsOffsets()))
2397         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2398
2399     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2400                                          SI.getPointerOperand()->getType());
2401     SI.setOperand(1, NewPtr);
2402     SI.setAlignment(getPartitionTypeAlign(SI.getValueOperand()->getType()));
2403     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2404
2405     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2406     return NewPtr == &NewAI && !SI.isVolatile();
2407   }
2408
2409   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2410     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2411     IRBuilder<> IRB(&II);
2412     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2413
2414     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2415     // pointer to the new alloca.
2416     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2417       II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
2418       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2419       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getPartitionAlign()));
2420
2421       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2422       return false;
2423     }
2424
2425     // Record this instruction for deletion.
2426     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2427       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2428
2429     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2430     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2431
2432     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2433     // a single value type, just emit a memset.
2434     if (!VecTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2435                    EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2436                    !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2437                    !TD.isLegalInteger(TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy)))) {
2438       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2439       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2440       CallInst *New
2441         = IRB.CreateMemSet(getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2442                                                 II.getRawDest()->getType()),
2443                            II.getValue(), Size, getPartitionAlign(),
2444                            II.isVolatile());
2445       (void)New;
2446       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2447       return false;
2448     }
2449
2450     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2451     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2452     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2453     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, bitcasting to the
2454     // desired scalar type, and splatting it across any desired vector type.
2455     Value *V = II.getValue();
2456     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2457     Type *IntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(),
2458                                   TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy));
2459     if (TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy) > VTy->getBitWidth())
2460       V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, IntTy, getName(".zext")),
2461                         ConstantExpr::getUDiv(
2462                           Constant::getAllOnesValue(IntTy),
2463                           ConstantExpr::getZExt(
2464                             Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2465                             IntTy)),
2466                         getName(".isplat"));
2467     if (V->getType() != ScalarTy) {
2468       if (ScalarTy->isPointerTy())
2469         V = IRB.CreateIntToPtr(V, ScalarTy);
2470       else if (ScalarTy->isPrimitiveType() || ScalarTy->isVectorTy())
2471         V = IRB.CreateBitCast(V, ScalarTy);
2472       else if (ScalarTy->isIntegerTy())
2473         llvm_unreachable("Computed different integer types with equal widths");
2474       else
2475         llvm_unreachable("Invalid scalar type");
2476     }
2477
2478     // If this is an element-wide memset of a vectorizable alloca, insert it.
2479     if (VecTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2480                   EndOffset < NewAllocaEndOffset)) {
2481       StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(
2482         IRB.CreateInsertElement(IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI,
2483                                                       NewAI.getAlignment(),
2484                                                       getName(".load")),
2485                                 V, getIndex(IRB, BeginOffset),
2486                                 getName(".insert")),
2487         &NewAI, NewAI.getAlignment());
2488       (void)Store;
2489       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2490       return true;
2491     }
2492
2493     // Splat to a vector if needed.
2494     if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy)) {
2495       VectorType *SplatSourceTy = VectorType::get(V->getType(), 1);
2496       V = IRB.CreateShuffleVector(
2497         IRB.CreateInsertElement(UndefValue::get(SplatSourceTy), V,
2498                                 IRB.getInt32(0), getName(".vsplat.insert")),
2499         UndefValue::get(SplatSourceTy),
2500         ConstantVector::getSplat(VecTy->getNumElements(), IRB.getInt32(0)),
2501         getName(".vsplat.shuffle"));
2502       assert(V->getType() == VecTy);
2503     }
2504
2505     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2506                                         II.isVolatile());
2507     (void)New;
2508     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2509     return !II.isVolatile();
2510   }
2511
2512   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2513     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2514     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2515
2516     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2517     IRBuilder<> IRB(&II);
2518
2519     assert(II.getRawSource() == OldPtr || II.getRawDest() == OldPtr);
2520     bool IsDest = II.getRawDest() == OldPtr;
2521
2522     const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2523       = P.getMemTransferOffsets(II);
2524
2525     // Compute the relative offset within the transfer.
2526     unsigned IntPtrWidth = TD.getPointerSizeInBits();
2527     APInt RelOffset(IntPtrWidth, BeginOffset - (IsDest ? MTO.DestBegin
2528                                                        : MTO.SourceBegin));
2529
2530     unsigned Align = II.getAlignment();
2531     if (Align > 1)
2532       Align = MinAlign(RelOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue(),
2533                        MinAlign(II.getAlignment(), getPartitionAlign()));
2534
2535     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2536     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2537     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2538     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2539     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2540     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2541     // update both source and dest of a single call.
2542     if (!MTO.IsSplittable) {
2543       Value *OldOp = IsDest ? II.getRawDest() : II.getRawSource();
2544       if (IsDest)
2545         II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
2546       else
2547         II.setSource(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawSource()->getType()));
2548
2549       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2550       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, Align));
2551
2552       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2553       deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2554       return false;
2555     }
2556     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2557     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2558     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2559     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2560     // downsides to splitting and transforming the operations.
2561
2562     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2563     // a single value type, just emit a memcpy.
2564     bool EmitMemCpy
2565       = !VecTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2566                    EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2567                    !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2568
2569     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2570     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2571     // a no-op.
2572     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2573       uint64_t OrigBegin = IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin;
2574       uint64_t OrigEnd = IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd;
2575       // Ensure the start lines up.
2576       assert(BeginOffset == OrigBegin);
2577       (void)OrigBegin;
2578
2579       // Rewrite the size as needed.
2580       if (EndOffset != OrigEnd)
2581         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2582                                       EndOffset - BeginOffset));
2583       return false;
2584     }
2585     // Record this instruction for deletion.
2586     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2587       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2588
2589     bool IsVectorElement = VecTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2590                                      EndOffset < NewAllocaEndOffset);
2591
2592     Type *OtherPtrTy = IsDest ? II.getRawSource()->getType()
2593                               : II.getRawDest()->getType();
2594     if (!EmitMemCpy)
2595       OtherPtrTy = IsVectorElement ? VecTy->getElementType()->getPointerTo()
2596                                    : NewAI.getType();
2597
2598     // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2599     // a single, simple GEP in most cases.
2600     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2601     OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, TD, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy,
2602                               getName("." + OtherPtr->getName()));
2603
2604     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2605     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2606     if (AllocaInst *AI
2607           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets()))
2608       Pass.Worklist.insert(AI);
2609
2610     if (EmitMemCpy) {
2611       Value *OurPtr
2612         = getAdjustedAllocaPtr(IRB, IsDest ? II.getRawDest()->getType()
2613                                            : II.getRawSource()->getType());
2614       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2615       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2616
2617       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(IsDest ? OurPtr : OtherPtr,
2618                                        IsDest ? OtherPtr : OurPtr,
2619                                        Size, Align, II.isVolatile());
2620       (void)New;
2621       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2622       return false;
2623     }
2624
2625     // Note that we clamp the alignment to 1 here as a 0 alignment for a memcpy
2626     // is equivalent to 1, but that isn't true if we end up rewriting this as
2627     // a load or store.
2628     if (!Align)
2629       Align = 1;
2630
2631     Value *SrcPtr = OtherPtr;
2632     Value *DstPtr = &NewAI;
2633     if (!IsDest)
2634       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2635
2636     Value *Src;
2637     if (IsVectorElement && !IsDest) {
2638       // We have to extract rather than load.
2639       Src = IRB.CreateExtractElement(
2640         IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, getName(".copyload")),
2641         getIndex(IRB, BeginOffset),
2642         getName(".copyextract"));
2643     } else {
2644       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, II.isVolatile(),
2645                                   getName(".copyload"));
2646     }
2647
2648     if (IsVectorElement && IsDest) {
2649       // We have to insert into a loaded copy before storing.
2650       Src = IRB.CreateInsertElement(
2651         IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), getName(".load")),
2652         Src, getIndex(IRB, BeginOffset),
2653         getName(".insert"));
2654     }
2655
2656     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2657       IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, Align, II.isVolatile()));
2658     (void)Store;
2659     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2660     return !II.isVolatile();
2661   }
2662
2663   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2664     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2665            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2666     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2667     IRBuilder<> IRB(&II);
2668     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2669
2670     // Record this instruction for deletion.
2671     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2672       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2673
2674     ConstantInt *Size
2675       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2676                          EndOffset - BeginOffset);
2677     Value *Ptr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getArgOperand(1)->getType());
2678     Value *New;
2679     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2680       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2681     else
2682       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2683
2684     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2685     return true;
2686   }
2687
2688   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2689     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2690
2691     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2692     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2693     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2694     // dominate the PHI.
2695     IRBuilder<> PtrBuilder(cast<Instruction>(OldPtr));
2696
2697     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2698     // Replace the operands which were using the old pointer.
2699     User::op_iterator OI = PN.op_begin(), OE = PN.op_end();
2700     for (; OI != OE; ++OI)
2701       if (*OI == OldPtr)
2702         *OI = NewPtr;
2703
2704     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2705     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2706     return false;
2707   }
2708
2709   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2710     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2711     IRBuilder<> IRB(&SI);
2712
2713     // Find the operand we need to rewrite here.
2714     bool IsTrueVal = SI.getTrueValue() == OldPtr;
2715     if (IsTrueVal)
2716       assert(SI.getFalseValue() != OldPtr && "Pointer is both operands!");
2717     else
2718       assert(SI.getFalseValue() == OldPtr && "Pointer isn't an operand!");
2719
2720     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, OldPtr->getType());
2721     SI.setOperand(IsTrueVal ? 1 : 2, NewPtr);
2722     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2723     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2724     return false;
2725   }
2726
2727 };
2728 }
2729
2730 namespace {
2731 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2732 ///
2733 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2734 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2735 /// with scalar loads and stores.
2736 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2737   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2738   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2739
2740   const TargetData &TD;
2741
2742   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2743   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2744
2745   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2746   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2747
2748   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2749   /// value (as opposed to the user).
2750   Use *U;
2751
2752 public:
2753   AggLoadStoreRewriter(const TargetData &TD) : TD(TD) {}
2754
2755   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2756   /// it.
2757   bool rewrite(Instruction &I) {
2758     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2759     enqueueUsers(I);
2760     bool Changed = false;
2761     while (!Queue.empty()) {
2762       U = Queue.pop_back_val();
2763       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2764     }
2765     return Changed;
2766   }
2767
2768 private:
2769   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2770   /// This uses a set to de-duplicate users.
2771   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2772     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
2773          ++UI)
2774       if (Visited.insert(*UI))
2775         Queue.push_back(&UI.getUse());
2776   }
2777
2778   // Conservative default is to not rewrite anything.
2779   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2780
2781   /// \brief Generic recursive split emission class.
2782   template <typename Derived>
2783   class OpSplitter {
2784   protected:
2785     /// The builder used to form new instructions.
2786     IRBuilder<> IRB;
2787     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
2788     /// appropriate value within the aggregate.
2789     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2790     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
2791     /// within the aggregate.
2792     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2793     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
2794     /// split operations.
2795     Value *Ptr;
2796
2797     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
2798     /// single zero GEP index.
2799     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2800       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
2801
2802   public:
2803     /// \brief Generic recursive split emission routine.
2804     ///
2805     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2806     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2807     /// and emits that single value operation via the template argument.
2808     ///
2809     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
2810     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
2811     /// formatted differently (GEPs need actual values).
2812     ///
2813     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
2814     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
2815     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
2816     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2817       if (Ty->isSingleValueType())
2818         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
2819
2820       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2821         unsigned OldSize = Indices.size();
2822         (void)OldSize;
2823         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
2824              ++Idx) {
2825           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2826           Indices.push_back(Idx);
2827           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2828           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2829           GEPIndices.pop_back();
2830           Indices.pop_back();
2831         }
2832         return;
2833       }
2834
2835       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2836         unsigned OldSize = Indices.size();
2837         (void)OldSize;
2838         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
2839              ++Idx) {
2840           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2841           Indices.push_back(Idx);
2842           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2843           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2844           GEPIndices.pop_back();
2845           Indices.pop_back();
2846         }
2847         return;
2848       }
2849
2850       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
2851     }
2852   };
2853
2854   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
2855     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2856       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2857
2858     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
2859     /// recursive emission to actually load values.
2860     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2861       assert(Ty->isSingleValueType());
2862       // Load the single value and insert it using the indices.
2863       Value *Load = IRB.CreateLoad(IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices,
2864                                                          Name + ".gep"),
2865                                    Name + ".load");
2866       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
2867       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
2868     }
2869   };
2870
2871   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2872     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
2873     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
2874       return false;
2875
2876     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
2877     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2878     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
2879     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
2880     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
2881     LI.replaceAllUsesWith(V);
2882     LI.eraseFromParent();
2883     return true;
2884   }
2885
2886   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
2887     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2888       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2889
2890     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
2891     /// recursive emission to actually produce stores.
2892     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2893       assert(Ty->isSingleValueType());
2894       // Extract the single value and store it using the indices.
2895       Value *Store = IRB.CreateStore(
2896         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
2897         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
2898       (void)Store;
2899       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2900     }
2901   };
2902
2903   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2904     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
2905       return false;
2906     Value *V = SI.getValueOperand();
2907     if (V->getType()->isSingleValueType())
2908       return false;
2909
2910     // We have an aggregate being stored, split it apart.
2911     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2912     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
2913     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
2914     SI.eraseFromParent();
2915     return true;
2916   }
2917
2918   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
2919     enqueueUsers(BC);
2920     return false;
2921   }
2922
2923   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
2924     enqueueUsers(GEPI);
2925     return false;
2926   }
2927
2928   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2929     enqueueUsers(PN);
2930     return false;
2931   }
2932
2933   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2934     enqueueUsers(SI);
2935     return false;
2936   }
2937 };
2938 }
2939
2940 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
2941 /// offset and size.
2942 ///
2943 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
2944 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
2945 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
2946 /// and the same for structs.
2947 ///
2948 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
2949 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
2950 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
2951 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
2952 /// return a type if necessary.
2953 static Type *getTypePartition(const TargetData &TD, Type *Ty,
2954                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
2955   if (Offset == 0 && TD.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
2956     return Ty;
2957
2958   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
2959     // We can't partition pointers...
2960     if (SeqTy->isPointerTy())
2961       return 0;
2962
2963     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
2964     uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
2965     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
2966     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy))
2967       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
2968         return 0;
2969     if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy))
2970       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
2971         return 0;
2972     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
2973
2974     // First check if we need to recurse.
2975     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
2976       // Bail if the partition ends in a different array element.
2977       if ((Offset + Size) > ElementSize)
2978         return 0;
2979       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
2980       return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
2981     }
2982     assert(Offset == 0);
2983
2984     if (Size == ElementSize)
2985       return ElementTy;
2986     assert(Size > ElementSize);
2987     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
2988     if (NumElements * ElementSize != Size)
2989       return 0;
2990     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
2991   }
2992
2993   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
2994   if (!STy)
2995     return 0;
2996
2997   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
2998   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
2999     return 0;
3000   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3001   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3002     return 0;
3003
3004   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3005   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3006
3007   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3008   uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
3009   if (Offset >= ElementSize)
3010     return 0; // The offset points into alignment padding.
3011
3012   // See if any partition must be contained by the element.
3013   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3014     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3015       return 0;
3016     return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
3017   }
3018   assert(Offset == 0);
3019
3020   if (Size == ElementSize)
3021     return ElementTy;
3022
3023   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3024                                EE = STy->element_end();
3025   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3026     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3027     if (Index == EndIndex)
3028       return 0; // Within a single element and its padding.
3029
3030     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3031     // expected size.
3032     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3033     // sub-struct to find a natural end point.
3034     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3035       return 0;
3036
3037     assert(Index < EndIndex);
3038     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3039   }
3040
3041   // Try to build up a sub-structure.
3042   SmallVector<Type *, 4> ElementTys;
3043   do {
3044     ElementTys.push_back(*EI++);
3045   } while (EI != EE);
3046   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), ElementTys,
3047                                       STy->isPacked());
3048   const StructLayout *SubSL = TD.getStructLayout(SubTy);
3049   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3050     return 0; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3051
3052   return SubTy;
3053 }
3054
3055 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3056 ///
3057 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3058 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3059 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3060 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3061 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3062 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3063 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3064 /// promoted.
3065 bool SROA::rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
3066                                   AllocaPartitioning &P,
3067                                   AllocaPartitioning::iterator PI) {
3068   uint64_t AllocaSize = PI->EndOffset - PI->BeginOffset;
3069   bool IsLive = false;
3070   for (AllocaPartitioning::use_iterator UI = P.use_begin(PI),
3071                                         UE = P.use_end(PI);
3072        UI != UE && !IsLive; ++UI)
3073     if (UI->U)
3074       IsLive = true;
3075   if (!IsLive)
3076     return false; // No live uses left of this partition.
3077
3078   DEBUG(dbgs() << "Speculating PHIs and selects in partition "
3079                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ")\n");
3080
3081   PHIOrSelectSpeculator Speculator(*TD, P, *this);
3082   DEBUG(dbgs() << "  speculating ");
3083   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
3084   Speculator.visitUsers(PI);
3085
3086   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3087   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3088   // or an i8 array of an appropriate size.
3089   Type *AllocaTy = 0;
3090   if (Type *PartitionTy = P.getCommonType(PI))
3091     if (TD->getTypeAllocSize(PartitionTy) >= AllocaSize)
3092       AllocaTy = PartitionTy;
3093   if (!AllocaTy)
3094     if (Type *PartitionTy = getTypePartition(*TD, AI.getAllocatedType(),
3095                                              PI->BeginOffset, AllocaSize))
3096       AllocaTy = PartitionTy;
3097   if ((!AllocaTy ||
3098        (AllocaTy->isArrayTy() &&
3099         AllocaTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3100       TD->isLegalInteger(AllocaSize * 8))
3101     AllocaTy = Type::getIntNTy(*C, AllocaSize * 8);
3102   if (!AllocaTy)
3103     AllocaTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), AllocaSize);
3104   assert(TD->getTypeAllocSize(AllocaTy) >= AllocaSize);
3105
3106   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3107   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3108   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3109   // performe phi and select speculation.
3110   AllocaInst *NewAI;
3111   if (AllocaTy == AI.getAllocatedType()) {
3112     assert(PI->BeginOffset == 0 &&
3113            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3114     assert(PI == P.begin() && "Begin offset is zero on later partition");
3115     NewAI = &AI;
3116   } else {
3117     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3118     if (!Alignment) {
3119       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3120       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3121       // type.
3122       Alignment = TD->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3123     }
3124     Alignment = MinAlign(Alignment, PI->BeginOffset);
3125     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3126     // the alloca's alignment unconstrained.
3127     if (Alignment <= TD->getABITypeAlignment(AllocaTy))
3128       Alignment = 0;
3129     NewAI = new AllocaInst(AllocaTy, 0, Alignment,
3130                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(PI - P.begin()),
3131                            &AI);
3132     ++NumNewAllocas;
3133   }
3134
3135   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3136                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ") to: "
3137                << *NewAI << "\n");
3138
3139   // Track the high watermark of the post-promotion worklist. We will reset it
3140   // to this point if the alloca is not in fact scheduled for promotion.
3141   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3142
3143   AllocaPartitionRewriter Rewriter(*TD, P, PI, *this, AI, *NewAI,
3144                                    PI->BeginOffset, PI->EndOffset);
3145   DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3146   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
3147   bool Promotable = Rewriter.visitUsers(P.use_begin(PI), P.use_end(PI));
3148   if (Promotable) {
3149     DEBUG(dbgs() << "  and queuing for promotion\n");
3150     PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3151   } else if (NewAI != &AI) {
3152     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3153     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3154     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3155     Worklist.insert(NewAI);
3156   }
3157
3158   // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3159   if (!Promotable)
3160     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3161       PostPromotionWorklist.pop_back();
3162
3163   return true;
3164 }
3165
3166 /// \brief Walks the partitioning of an alloca rewriting uses of each partition.
3167 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P) {
3168   bool Changed = false;
3169   for (AllocaPartitioning::iterator PI = P.begin(), PE = P.end(); PI != PE;
3170        ++PI)
3171     Changed |= rewriteAllocaPartition(AI, P, PI);
3172
3173   return Changed;
3174 }
3175
3176 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3177 ///
3178 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3179 /// a partitioning of the alloca, and then hands it off to be split and
3180 /// rewritten as needed.
3181 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3182   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3183   ++NumAllocasAnalyzed;
3184
3185   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3186   if (AI.use_empty()) {
3187     AI.eraseFromParent();
3188     return true;
3189   }
3190
3191   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3192   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3193       TD->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3194     return false;
3195
3196   bool Changed = false;
3197
3198   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3199   // better splitting and promotion opportunities.
3200   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*TD);
3201   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3202
3203   // Build the partition set using a recursive instruction-visiting builder.
3204   AllocaPartitioning P(*TD, AI);
3205   DEBUG(P.print(dbgs()));
3206   if (P.isEscaped())
3207     return Changed;
3208
3209   // No partitions to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3210   if (P.begin() == P.end())
3211     return Changed;
3212
3213   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3214   for (AllocaPartitioning::dead_user_iterator DI = P.dead_user_begin(),
3215                                               DE = P.dead_user_end();
3216        DI != DE; ++DI) {
3217     Changed = true;
3218     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
3219     DeadInsts.push_back(*DI);
3220   }
3221   for (AllocaPartitioning::dead_op_iterator DO = P.dead_op_begin(),
3222                                             DE = P.dead_op_end();
3223        DO != DE; ++DO) {
3224     Value *OldV = **DO;
3225     // Clobber the use with an undef value.
3226     **DO = UndefValue::get(OldV->getType());
3227     if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3228       if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3229         Changed = true;
3230         DeadInsts.push_back(OldI);
3231       }
3232   }
3233
3234   return splitAlloca(AI, P) || Changed;
3235 }
3236
3237 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3238 ///
3239 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3240 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3241 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3242 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3243 ///
3244 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3245 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3246 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst*, 4> &DeletedAllocas) {
3247   DeadSplitInsts.clear();
3248   while (!DeadInsts.empty()) {
3249     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3250     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3251
3252     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
3253       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
3254         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3255         *OI = 0;
3256         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3257           DeadInsts.push_back(U);
3258       }
3259
3260     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3261       DeletedAllocas.insert(AI);
3262
3263     ++NumDeleted;
3264     I->eraseFromParent();
3265   }
3266 }
3267
3268 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3269 ///
3270 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3271 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3272 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3273 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3274 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3275 /// promotion occured.
3276 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3277   if (PromotableAllocas.empty())
3278     return false;
3279
3280   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3281
3282   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3283     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3284     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT);
3285     PromotableAllocas.clear();
3286     return true;
3287   }
3288
3289   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3290   SSAUpdater SSA;
3291   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3292   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
3293
3294   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3295     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3296     for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
3297          UI != UE;) {
3298       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
3299       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3300       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3301       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3302       // scalar values produced.
3303       if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
3304         assert(onlyUsedByLifetimeMarkers(I) &&
3305                "Found a bitcast used outside of a lifetime marker.");
3306         while (!I->use_empty())
3307           cast<Instruction>(*I->use_begin())->eraseFromParent();
3308         I->eraseFromParent();
3309         continue;
3310       }
3311       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3312         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3313                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3314         II->eraseFromParent();
3315         continue;
3316       }
3317
3318       Insts.push_back(I);
3319     }
3320     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3321     Insts.clear();
3322   }
3323
3324   PromotableAllocas.clear();
3325   return true;
3326 }
3327
3328 namespace {
3329   /// \brief A predicate to test whether an alloca belongs to a set.
3330   class IsAllocaInSet {
3331     typedef SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> SetType;
3332     const SetType &Set;
3333
3334   public:
3335     typedef AllocaInst *argument_type;
3336
3337     IsAllocaInSet(const SetType &Set) : Set(Set) {}
3338     bool operator()(AllocaInst *AI) const { return Set.count(AI); }
3339   };
3340 }
3341
3342 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3343   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3344   C = &F.getContext();
3345   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
3346   if (!TD) {
3347     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3348     return false;
3349   }
3350   DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
3351
3352   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3353   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = llvm::prior(EntryBB.end());
3354        I != E; ++I)
3355     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3356       Worklist.insert(AI);
3357
3358   bool Changed = false;
3359   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3360   // the list of promotable allocas.
3361   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3362
3363   do {
3364     while (!Worklist.empty()) {
3365       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3366       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3367
3368       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3369       // continue processing them.
3370       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3371         Worklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3372         PostPromotionWorklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3373         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3374                                                PromotableAllocas.end(),
3375                                                IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
3376                                 PromotableAllocas.end());
3377         DeletedAllocas.clear();
3378       }
3379     }
3380
3381     Changed |= promoteAllocas(F);
3382
3383     Worklist = PostPromotionWorklist;
3384     PostPromotionWorklist.clear();
3385   } while (!Worklist.empty());
3386
3387   return Changed;
3388 }
3389
3390 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3391   if (RequiresDomTree)
3392     AU.addRequired<DominatorTree>();
3393   AU.setPreservesCFG();
3394 }