Lift the speculation visitor above all the helpers that are targeted at
[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 namespace {
1372 /// \brief Visitor to speculate PHIs and Selects where possible.
1373 class PHIOrSelectSpeculator : public InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator> {
1374   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1375   friend class llvm::InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator>;
1376
1377   const TargetData &TD;
1378   AllocaPartitioning &P;
1379   SROA &Pass;
1380
1381 public:
1382   PHIOrSelectSpeculator(const TargetData &TD, AllocaPartitioning &P, SROA &Pass)
1383     : TD(TD), P(P), Pass(Pass) {}
1384
1385   /// \brief Visit the users of an alloca partition and rewrite them.
1386   void visitUsers(AllocaPartitioning::const_iterator PI) {
1387     // Note that we need to use an index here as the underlying vector of uses
1388     // may be grown during speculation. However, we never need to re-visit the
1389     // new uses, and so we can use the initial size bound.
1390     for (unsigned Idx = 0, Size = P.use_size(PI); Idx != Size; ++Idx) {
1391       const AllocaPartitioning::PartitionUse &PU = P.getUse(PI, Idx);
1392       if (!PU.U)
1393         continue; // Skip dead use.
1394
1395       visit(cast<Instruction>(PU.U->getUser()));
1396     }
1397   }
1398
1399 private:
1400   // By default, skip this instruction.
1401   void visitInstruction(Instruction &I) {}
1402
1403   /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1404   /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1405   /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1406   /// From this:
1407   ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1408   ///   %V = load i32* %P2
1409   /// to:
1410   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1411   ///   ...
1412   ///   %V2 = load i32* %Other
1413   ///   ...
1414   ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1415   ///
1416   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1417   /// to the select can be loaded unconditionally.
1418   ///
1419   /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1420   /// Transforms/Util/Local.h
1421   bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN, SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
1422     // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1423     // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1424     // TODO: Allow recursive phi users.
1425     // TODO: Allow stores.
1426     BasicBlock *BB = PN.getParent();
1427     unsigned MaxAlign = 0;
1428     for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end();
1429          UI != UE; ++UI) {
1430       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1431       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1432
1433       // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1434       // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1435       // a PHI.
1436       if (LI->getParent() != BB) return false;
1437
1438       // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1439       // could store.
1440       for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1441         if (BBI->mayWriteToMemory())
1442           return false;
1443
1444       MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1445       Loads.push_back(LI);
1446     }
1447
1448     // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1449     // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1450     // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1451     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num;
1452          ++Idx) {
1453       TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1454       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1455
1456       // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1457       // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1458       // in the predecessor.
1459       if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1460         return false;
1461
1462       // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1463       // critical.
1464       if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1465         continue;
1466
1467       // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1468       // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1469       // block.
1470       if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1471           isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, &TD))
1472         continue;
1473
1474       return false;
1475     }
1476
1477     return true;
1478   }
1479
1480   void visitPHINode(PHINode &PN) {
1481     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1482
1483     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
1484     if (!isSafePHIToSpeculate(PN, Loads))
1485       return;
1486
1487     assert(!Loads.empty());
1488
1489     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1490     IRBuilder<> PHIBuilder(&PN);
1491     PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1492                                           PN.getName() + ".sroa.speculated");
1493
1494     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1495     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1496     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(Loads.back());
1497     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1498     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1499
1500     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1501     do {
1502       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
1503       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1504       Pass.DeadInsts.push_back(LI);
1505     } while (!Loads.empty());
1506
1507     // Inject loads into all of the pred blocks.
1508     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1509       BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1510       TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1511       Use *InUse = &PN.getOperandUse(PN.getOperandNumForIncomingValue(Idx));
1512       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1513       IRBuilder<> PredBuilder(TI);
1514
1515       LoadInst *Load
1516         = PredBuilder.CreateLoad(InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." +
1517                                          Pred->getName()));
1518       ++NumLoadsSpeculated;
1519       Load->setAlignment(Align);
1520       if (TBAATag)
1521         Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1522       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1523
1524       Instruction *Ptr = dyn_cast<Instruction>(InVal);
1525       if (!Ptr)
1526         // No uses to rewrite.
1527         continue;
1528
1529       // Try to lookup and rewrite any partition uses corresponding to this phi
1530       // input.
1531       AllocaPartitioning::iterator PI
1532         = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(InUse);
1533       if (PI == P.end())
1534         continue;
1535
1536       // Replace the Use in the PartitionUse for this operand with the Use
1537       // inside the load.
1538       AllocaPartitioning::use_iterator UI
1539         = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(InUse);
1540       assert(isa<PHINode>(*UI->U->getUser()));
1541       UI->U = &Load->getOperandUse(Load->getPointerOperandIndex());
1542     }
1543     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1544   }
1545
1546   /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1547   /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1548   /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1549   /// From this:
1550   ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1551   ///   %V = load i32* %P2
1552   /// to:
1553   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1554   ///   %V2 = load i32* %Other
1555   ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1556   ///
1557   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1558   /// to the select can be loaded unconditionally.
1559   bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
1560                                SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
1561     Value *TValue = SI.getTrueValue();
1562     Value *FValue = SI.getFalseValue();
1563     bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
1564     bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
1565
1566     for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end();
1567          UI != UE; ++UI) {
1568       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1569       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1570
1571       // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1572       // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1573       // accesses to it.
1574       if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI,
1575                                                       LI->getAlignment(), &TD))
1576         return false;
1577       if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI,
1578                                                       LI->getAlignment(), &TD))
1579         return false;
1580       Loads.push_back(LI);
1581     }
1582
1583     return true;
1584   }
1585
1586   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
1587     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1588     IRBuilder<> IRB(&SI);
1589
1590     // If the select isn't safe to speculate, just use simple logic to emit it.
1591     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
1592     if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, Loads))
1593       return;
1594
1595     Use *Ops[2] = { &SI.getOperandUse(1), &SI.getOperandUse(2) };
1596     AllocaPartitioning::iterator PIs[2];
1597     AllocaPartitioning::PartitionUse PUs[2];
1598     for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
1599       PIs[i] = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
1600       if (PIs[i] != P.end()) {
1601         // If the pointer is within the partitioning, remove the select from
1602         // its uses. We'll add in the new loads below.
1603         AllocaPartitioning::use_iterator UI
1604           = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
1605         PUs[i] = *UI;
1606         // Clear out the use here so that the offsets into the use list remain
1607         // stable but this use is ignored when rewriting.
1608         UI->U = 0;
1609       }
1610     }
1611
1612     Value *TV = SI.getTrueValue();
1613     Value *FV = SI.getFalseValue();
1614     // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1615     while (!Loads.empty()) {
1616       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
1617
1618       IRB.SetInsertPoint(LI);
1619       LoadInst *TL =
1620         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1621       LoadInst *FL =
1622         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1623       NumLoadsSpeculated += 2;
1624
1625       // Transfer alignment and TBAA info if present.
1626       TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1627       FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1628       if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1629         TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1630         FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1631       }
1632
1633       Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1634                                   LI->getName() + ".sroa.speculated");
1635
1636       LoadInst *Loads[2] = { TL, FL };
1637       for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
1638         if (PIs[i] != P.end()) {
1639           Use *LoadUse = &Loads[i]->getOperandUse(0);
1640           assert(PUs[i].U->get() == LoadUse->get());
1641           PUs[i].U = LoadUse;
1642           P.use_push_back(PIs[i], PUs[i]);
1643         }
1644       }
1645
1646       DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1647       LI->replaceAllUsesWith(V);
1648       Pass.DeadInsts.push_back(LI);
1649     }
1650   }
1651 };
1652 }
1653
1654 /// \brief Accumulate the constant offsets in a GEP into a single APInt offset.
1655 ///
1656 /// If the provided GEP is all-constant, the total byte offset formed by the
1657 /// GEP is computed and Offset is set to it. If the GEP has any non-constant
1658 /// operands, the function returns false and the value of Offset is unmodified.
1659 static bool accumulateGEPOffsets(const TargetData &TD, GEPOperator &GEP,
1660                                  APInt &Offset) {
1661   APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1662   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1663        GTI != GTE; ++GTI) {
1664     ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1665     if (!OpC)
1666       return false;
1667     if (OpC->isZero()) continue;
1668
1669     // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
1670     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1671       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1672       const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1673       GEPOffset += APInt(Offset.getBitWidth(),
1674                          SL->getElementOffset(ElementIdx));
1675       continue;
1676     }
1677
1678     APInt TypeSize(Offset.getBitWidth(),
1679                    TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
1680     if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(*GTI)) {
1681       assert((VTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
1682              "vector element size is not a multiple of 8, cannot GEP over it");
1683       TypeSize = VTy->getScalarSizeInBits() / 8;
1684     }
1685
1686     GEPOffset += OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth()) * TypeSize;
1687   }
1688   Offset = GEPOffset;
1689   return true;
1690 }
1691
1692 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1693 ///
1694 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1695 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1696 static Value *buildGEP(IRBuilder<> &IRB, Value *BasePtr,
1697                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1698                        const Twine &Prefix) {
1699   if (Indices.empty())
1700     return BasePtr;
1701
1702   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1703   // in that case.
1704   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1705     return BasePtr;
1706
1707   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, Prefix + ".idx");
1708 }
1709
1710 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1711 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1712 ///
1713 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1714 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1715 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1716 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1717 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1718 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1719 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1720                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1721                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1722                                     const Twine &Prefix) {
1723   if (Ty == TargetTy)
1724     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1725
1726   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1727   // type.
1728   unsigned NumLayers = 0;
1729   Type *ElementTy = Ty;
1730   do {
1731     if (ElementTy->isPointerTy())
1732       break;
1733     if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
1734       ElementTy = SeqTy->getElementType();
1735       Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(TD.getPointerSizeInBits(), 0)));
1736     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1737       ElementTy = *STy->element_begin();
1738       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1739     } else {
1740       break;
1741     }
1742     ++NumLayers;
1743   } while (ElementTy != TargetTy);
1744   if (ElementTy != TargetTy)
1745     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1746
1747   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1748 }
1749
1750 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1751 ///
1752 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1753 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1754 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1755                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1756                                        Type *TargetTy,
1757                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1758                                        const Twine &Prefix) {
1759   if (Offset == 0)
1760     return getNaturalGEPWithType(IRB, TD, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, Prefix);
1761
1762   // We can't recurse through pointer types.
1763   if (Ty->isPointerTy())
1764     return 0;
1765
1766   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1767   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1768   // over a vector from the IR completely.
1769   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1770     unsigned ElementSizeInBits = VecTy->getScalarSizeInBits();
1771     if (ElementSizeInBits % 8)
1772       return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1773     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1774     APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1775     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1776       return 0;
1777     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1778     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1779     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, VecTy->getElementType(),
1780                                     Offset, TargetTy, Indices, Prefix);
1781   }
1782
1783   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1784     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1785     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1786     APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1787     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1788       return 0;
1789
1790     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1791     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1792     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1793                                     Indices, Prefix);
1794   }
1795
1796   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1797   if (!STy)
1798     return 0;
1799
1800   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1801   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1802   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1803     return 0;
1804   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1805   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1806   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1807   if (Offset.uge(TD.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1808     return 0; // The offset points into alignment padding.
1809
1810   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1811   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1812                                   Indices, Prefix);
1813 }
1814
1815 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1816 /// resulting in a particular type.
1817 ///
1818 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1819 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1820 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1821 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1822 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1823 ///
1824 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1825 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1826                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1827                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1828                                       const Twine &Prefix) {
1829   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1830
1831   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1832   // an i8.
1833   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
1834     return 0;
1835
1836   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1837   if (!ElementTy->isSized())
1838     return 0; // We can't GEP through an unsized element.
1839   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1840   if (ElementSize == 0)
1841     return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1842   APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1843
1844   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1845   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1846   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1847                                   Indices, Prefix);
1848 }
1849
1850 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1851 /// resulting pointer has PointerTy.
1852 ///
1853 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1854 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1855 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1856 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1857 /// bitcast to the type.
1858 ///
1859 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1860 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1861 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1862 /// properities. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1863 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1864 /// surrounding code.
1865 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1866                              Value *Ptr, APInt Offset, Type *PointerTy,
1867                              const Twine &Prefix) {
1868   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1869   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1870   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1871   Visited.insert(Ptr);
1872   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1873
1874   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1875   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1876   // fall back to it, so keep it around here.
1877   Value *OffsetPtr = 0;
1878
1879   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1880   // byte offset.
1881   Value *Int8Ptr = 0;
1882   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1883
1884   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1885
1886   do {
1887     // First fold any existing GEPs into the offset.
1888     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1889       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1890       if (!accumulateGEPOffsets(TD, *GEP, GEPOffset))
1891         break;
1892       Offset += GEPOffset;
1893       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1894       if (!Visited.insert(Ptr))
1895         break;
1896     }
1897
1898     // See if we can perform a natural GEP here.
1899     Indices.clear();
1900     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, TD, Ptr, Offset, TargetTy,
1901                                            Indices, Prefix)) {
1902       if (P->getType() == PointerTy) {
1903         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1904         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1905           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1906             I->eraseFromParent();
1907         return P;
1908       }
1909       if (!OffsetPtr) {
1910         OffsetPtr = P;
1911       }
1912     }
1913
1914     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1915     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1916       Int8Ptr = Ptr;
1917       Int8PtrOffset = Offset;
1918     }
1919
1920     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1921     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1922       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1923     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1924       if (GA->mayBeOverridden())
1925         break;
1926       Ptr = GA->getAliasee();
1927     } else {
1928       break;
1929     }
1930     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1931   } while (Visited.insert(Ptr));
1932
1933   if (!OffsetPtr) {
1934     if (!Int8Ptr) {
1935       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
1936                                   Prefix + ".raw_cast");
1937       Int8PtrOffset = Offset;
1938     }
1939
1940     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1941       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1942                             Prefix + ".raw_idx");
1943   }
1944   Ptr = OffsetPtr;
1945
1946   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1947   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1948     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, Prefix + ".cast");
1949
1950   return Ptr;
1951 }
1952
1953 /// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to a vector.
1954 ///
1955 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1956 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1957 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1958 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1959 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1960 /// be promotable, so we have an early test here.
1961 static bool isVectorPromotionViable(const TargetData &TD,
1962                                     Type *AllocaTy,
1963                                     AllocaPartitioning &P,
1964                                     uint64_t PartitionBeginOffset,
1965                                     uint64_t PartitionEndOffset,
1966                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
1967                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
1968   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
1969   if (!Ty)
1970     return false;
1971
1972   uint64_t VecSize = TD.getTypeSizeInBits(Ty);
1973   uint64_t ElementSize = Ty->getScalarSizeInBits();
1974
1975   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1976   // that aren't byte sized.
1977   if (ElementSize % 8)
1978     return false;
1979   assert((VecSize % 8) == 0 && "vector size not a multiple of element size?");
1980   VecSize /= 8;
1981   ElementSize /= 8;
1982
1983   for (; I != E; ++I) {
1984     if (!I->U)
1985       continue; // Skip dead use.
1986
1987     uint64_t BeginOffset = I->BeginOffset - PartitionBeginOffset;
1988     uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1989     if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1990         BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1991       return false;
1992     uint64_t EndOffset = I->EndOffset - PartitionBeginOffset;
1993     uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1994     if (EndIndex * ElementSize != EndOffset ||
1995         EndIndex > Ty->getNumElements())
1996       return false;
1997
1998     // FIXME: We should build shuffle vector instructions to handle
1999     // non-element-sized accesses.
2000     if ((EndOffset - BeginOffset) != ElementSize &&
2001         (EndOffset - BeginOffset) != VecSize)
2002       return false;
2003
2004     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
2005       if (MI->isVolatile())
2006         return false;
2007       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
2008         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2009           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
2010         if (!MTO.IsSplittable)
2011           return false;
2012       }
2013     } else if (I->U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
2014       // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
2015       return false;
2016     } else if (!isa<LoadInst>(I->U->getUser()) &&
2017                !isa<StoreInst>(I->U->getUser())) {
2018       return false;
2019     }
2020   }
2021   return true;
2022 }
2023
2024 /// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to an int.
2025 ///
2026 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
2027 /// partition (and its newly formed alloca) into an integer alloca suitable for
2028 /// promotion to an SSA value. We only can ensure this for a limited set of
2029 /// operations, and we don't want to do the rewrites unless we are confident
2030 /// that the result will be promotable, so we have an early test here.
2031 static bool isIntegerPromotionViable(const TargetData &TD,
2032                                      Type *AllocaTy,
2033                                      uint64_t AllocBeginOffset,
2034                                      AllocaPartitioning &P,
2035                                      AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2036                                      AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2037   IntegerType *Ty = dyn_cast<IntegerType>(AllocaTy);
2038   if (!Ty || 8*TD.getTypeStoreSize(Ty) != Ty->getBitWidth())
2039     return false;
2040
2041   // Check the uses to ensure the uses are (likely) promoteable integer uses.
2042   // Also ensure that the alloca has a covering load or store. We don't want
2043   // promote because of some other unsplittable entry (which we may make
2044   // splittable later) and lose the ability to promote each element access.
2045   bool WholeAllocaOp = false;
2046   for (; I != E; ++I) {
2047     if (!I->U)
2048       continue; // Skip dead use.
2049
2050     // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
2051     // the end of the aloca's type and into its padding.
2052     if ((I->EndOffset - AllocBeginOffset) > TD.getTypeStoreSize(Ty))
2053       return false;
2054
2055     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->U->getUser())) {
2056       if (LI->isVolatile() || !LI->getType()->isIntegerTy())
2057         return false;
2058       if (LI->getType() == Ty)
2059         WholeAllocaOp = true;
2060     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I->U->getUser())) {
2061       if (SI->isVolatile() || !SI->getValueOperand()->getType()->isIntegerTy())
2062         return false;
2063       if (SI->getValueOperand()->getType() == Ty)
2064         WholeAllocaOp = true;
2065     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
2066       if (MI->isVolatile())
2067         return false;
2068       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
2069         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2070           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
2071         if (!MTO.IsSplittable)
2072           return false;
2073       }
2074     } else {
2075       return false;
2076     }
2077   }
2078   return WholeAllocaOp;
2079 }
2080
2081 namespace {
2082 /// \brief Visitor to rewrite instructions using a partition of an alloca to
2083 /// use a new alloca.
2084 ///
2085 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
2086 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
2087 /// lives here.
2088 class AllocaPartitionRewriter : public InstVisitor<AllocaPartitionRewriter,
2089                                                    bool> {
2090   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2091   friend class llvm::InstVisitor<AllocaPartitionRewriter, bool>;
2092
2093   const TargetData &TD;
2094   AllocaPartitioning &P;
2095   SROA &Pass;
2096   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2097   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2098
2099   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2100   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2101   // non-null, we have some strict guarantees about the rewriten alloca:
2102   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2103   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2104   //     element.
2105   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2106   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2107   //     which are promotable via mem2reg.
2108   VectorType *VecTy;
2109   Type *ElementTy;
2110   uint64_t ElementSize;
2111
2112   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2113   // alloca has a promotion-targeted integer type due to passing
2114   // isIntegerPromotionViable above. If it is non-null does, the desired
2115   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2116   IntegerType *IntPromotionTy;
2117
2118   // The offset of the partition user currently being rewritten.
2119   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
2120   Use *OldUse;
2121   Instruction *OldPtr;
2122
2123   // The name prefix to use when rewriting instructions for this alloca.
2124   std::string NamePrefix;
2125
2126 public:
2127   AllocaPartitionRewriter(const TargetData &TD, AllocaPartitioning &P,
2128                           AllocaPartitioning::iterator PI,
2129                           SROA &Pass, AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2130                           uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset)
2131     : TD(TD), P(P), Pass(Pass),
2132       OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2133       NewAllocaBeginOffset(NewBeginOffset),
2134       NewAllocaEndOffset(NewEndOffset),
2135       VecTy(), ElementTy(), ElementSize(), IntPromotionTy(),
2136       BeginOffset(), EndOffset() {
2137   }
2138
2139   /// \brief Visit the users of the alloca partition and rewrite them.
2140   bool visitUsers(AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2141                   AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2142     if (isVectorPromotionViable(TD, NewAI.getAllocatedType(), P,
2143                                 NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset,
2144                                 I, E)) {
2145       ++NumVectorized;
2146       VecTy = cast<VectorType>(NewAI.getAllocatedType());
2147       ElementTy = VecTy->getElementType();
2148       assert((VecTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
2149              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2150       ElementSize = VecTy->getScalarSizeInBits() / 8;
2151     } else if (isIntegerPromotionViable(TD, NewAI.getAllocatedType(),
2152                                         NewAllocaBeginOffset, P, I, E)) {
2153       IntPromotionTy = cast<IntegerType>(NewAI.getAllocatedType());
2154     }
2155     bool CanSROA = true;
2156     for (; I != E; ++I) {
2157       if (!I->U)
2158         continue; // Skip dead uses.
2159       BeginOffset = I->BeginOffset;
2160       EndOffset = I->EndOffset;
2161       OldUse = I->U;
2162       OldPtr = cast<Instruction>(I->U->get());
2163       NamePrefix = (Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset)).str();
2164       CanSROA &= visit(cast<Instruction>(I->U->getUser()));
2165     }
2166     if (VecTy) {
2167       assert(CanSROA);
2168       VecTy = 0;
2169       ElementTy = 0;
2170       ElementSize = 0;
2171     }
2172     return CanSROA;
2173   }
2174
2175 private:
2176   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2177   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2178     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2179     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2180   }
2181
2182   Twine getName(const Twine &Suffix) {
2183     return NamePrefix + Suffix;
2184   }
2185
2186   Value *getAdjustedAllocaPtr(IRBuilder<> &IRB, Type *PointerTy) {
2187     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset);
2188     APInt Offset(TD.getPointerSizeInBits(), BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2189     return getAdjustedPtr(IRB, TD, &NewAI, Offset, PointerTy, getName(""));
2190   }
2191
2192   /// \brief Compute suitable alignment to access an offset into the new alloca.
2193   unsigned getOffsetAlign(uint64_t Offset) {
2194     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2195     if (!NewAIAlign)
2196       NewAIAlign = TD.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2197     return MinAlign(NewAIAlign, Offset);
2198   }
2199
2200   /// \brief Compute suitable alignment to access this partition of the new
2201   /// alloca.
2202   unsigned getPartitionAlign() {
2203     return getOffsetAlign(BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2204   }
2205
2206   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at an offset of the
2207   /// new alloca.
2208   ///
2209   /// \returns zero if the type's ABI alignment is a suitable alignment,
2210   /// otherwise returns the maximal suitable alignment.
2211   unsigned getOffsetTypeAlign(Type *Ty, uint64_t Offset) {
2212     unsigned Align = getOffsetAlign(Offset);
2213     return Align == TD.getABITypeAlignment(Ty) ? 0 : Align;
2214   }
2215
2216   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at the beginning of
2217   /// this partition of the new alloca.
2218   ///
2219   /// See \c getOffsetTypeAlign for details; this routine delegates to it.
2220   unsigned getPartitionTypeAlign(Type *Ty) {
2221     return getOffsetTypeAlign(Ty, BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2222   }
2223
2224   ConstantInt *getIndex(IRBuilder<> &IRB, uint64_t Offset) {
2225     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2226     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2227     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2228     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2229     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2230     return IRB.getInt32(Index);
2231   }
2232
2233   Value *extractInteger(IRBuilder<> &IRB, IntegerType *TargetTy,
2234                         uint64_t Offset) {
2235     assert(IntPromotionTy && "Alloca is not an integer we can extract from");
2236     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2237                                      getName(".load"));
2238     assert(Offset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2239     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2240     assert(TD.getTypeStoreSize(TargetTy) + RelOffset <=
2241            TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) &&
2242            "Element load outside of alloca store");
2243     uint64_t ShAmt = 8*RelOffset;
2244     if (TD.isBigEndian())
2245       ShAmt = 8*(TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) -
2246                  TD.getTypeStoreSize(TargetTy) - RelOffset);
2247     if (ShAmt)
2248       V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, getName(".shift"));
2249     if (TargetTy != IntPromotionTy) {
2250       assert(TargetTy->getBitWidth() < IntPromotionTy->getBitWidth() &&
2251              "Cannot extract to a larger integer!");
2252       V = IRB.CreateTrunc(V, TargetTy, getName(".trunc"));
2253     }
2254     return V;
2255   }
2256
2257   StoreInst *insertInteger(IRBuilder<> &IRB, Value *V, uint64_t Offset) {
2258     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
2259     if (Ty == IntPromotionTy)
2260       return IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2261
2262     assert(Ty->getBitWidth() < IntPromotionTy->getBitWidth() &&
2263            "Cannot insert a larger integer!");
2264     V = IRB.CreateZExt(V, IntPromotionTy, getName(".ext"));
2265     assert(Offset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2266     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2267     assert(TD.getTypeStoreSize(Ty) + RelOffset <=
2268            TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) &&
2269            "Element store outside of alloca store");
2270     uint64_t ShAmt = 8*RelOffset;
2271     if (TD.isBigEndian())
2272       ShAmt = 8*(TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) - TD.getTypeStoreSize(Ty)
2273                  - RelOffset);
2274     if (ShAmt)
2275       V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, getName(".shift"));
2276
2277     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntPromotionTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
2278     Value *Old = IRB.CreateAnd(IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI,
2279                                                      NewAI.getAlignment(),
2280                                                      getName(".oldload")),
2281                                Mask, getName(".mask"));
2282     return IRB.CreateAlignedStore(IRB.CreateOr(Old, V, getName(".insert")),
2283                                   &NewAI, NewAI.getAlignment());
2284   }
2285
2286   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2287     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2288     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2289       Pass.DeadInsts.push_back(I);
2290   }
2291
2292   Value *getValueCast(IRBuilder<> &IRB, Value *V, Type *Ty) {
2293     if (V->getType()->isIntegerTy() && Ty->isPointerTy())
2294       return IRB.CreateIntToPtr(V, Ty);
2295     if (V->getType()->isPointerTy() && Ty->isIntegerTy())
2296       return IRB.CreatePtrToInt(V, Ty);
2297
2298     return IRB.CreateBitCast(V, Ty);
2299   }
2300
2301   bool rewriteVectorizedLoadInst(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI, Value *OldOp) {
2302     Value *Result;
2303     if (LI.getType() == VecTy->getElementType() ||
2304         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2305       Result = IRB.CreateExtractElement(
2306         IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), getName(".load")),
2307         getIndex(IRB, BeginOffset), getName(".extract"));
2308     } else {
2309       Result = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2310                                      getName(".load"));
2311     }
2312     if (Result->getType() != LI.getType())
2313       Result = getValueCast(IRB, Result, LI.getType());
2314     LI.replaceAllUsesWith(Result);
2315     Pass.DeadInsts.push_back(&LI);
2316
2317     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Result << "\n");
2318     return true;
2319   }
2320
2321   bool rewriteIntegerLoad(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI) {
2322     assert(!LI.isVolatile());
2323     Value *Result = extractInteger(IRB, cast<IntegerType>(LI.getType()),
2324                                    BeginOffset);
2325     LI.replaceAllUsesWith(Result);
2326     Pass.DeadInsts.push_back(&LI);
2327     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Result << "\n");
2328     return true;
2329   }
2330
2331   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2332     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2333     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2334     assert(OldOp == OldPtr);
2335     IRBuilder<> IRB(&LI);
2336
2337     if (VecTy)
2338       return rewriteVectorizedLoadInst(IRB, LI, OldOp);
2339     if (IntPromotionTy)
2340       return rewriteIntegerLoad(IRB, LI);
2341
2342     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2343                                          LI.getPointerOperand()->getType());
2344     LI.setOperand(0, NewPtr);
2345     LI.setAlignment(getPartitionTypeAlign(LI.getType()));
2346     DEBUG(dbgs() << "          to: " << LI << "\n");
2347
2348     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2349     return NewPtr == &NewAI && !LI.isVolatile();
2350   }
2351
2352   bool rewriteVectorizedStoreInst(IRBuilder<> &IRB, StoreInst &SI,
2353                                   Value *OldOp) {
2354     Value *V = SI.getValueOperand();
2355     if (V->getType() == ElementTy ||
2356         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2357       if (V->getType() != ElementTy)
2358         V = getValueCast(IRB, V, ElementTy);
2359       LoadInst *LI = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2360                                            getName(".load"));
2361       V = IRB.CreateInsertElement(LI, V, getIndex(IRB, BeginOffset),
2362                                   getName(".insert"));
2363     } else if (V->getType() != VecTy) {
2364       V = getValueCast(IRB, V, VecTy);
2365     }
2366     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2367     Pass.DeadInsts.push_back(&SI);
2368
2369     (void)Store;
2370     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2371     return true;
2372   }
2373
2374   bool rewriteIntegerStore(IRBuilder<> &IRB, StoreInst &SI) {
2375     assert(!SI.isVolatile());
2376     StoreInst *Store = insertInteger(IRB, SI.getValueOperand(), BeginOffset);
2377     Pass.DeadInsts.push_back(&SI);
2378     (void)Store;
2379     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2380     return true;
2381   }
2382
2383   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2384     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2385     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2386     assert(OldOp == OldPtr);
2387     IRBuilder<> IRB(&SI);
2388
2389     if (VecTy)
2390       return rewriteVectorizedStoreInst(IRB, SI, OldOp);
2391     if (IntPromotionTy)
2392       return rewriteIntegerStore(IRB, SI);
2393
2394     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2395     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2396     if (SI.getValueOperand()->getType()->isPointerTy())
2397       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(SI.getValueOperand()
2398                                                   ->stripInBoundsOffsets()))
2399         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2400
2401     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2402                                          SI.getPointerOperand()->getType());
2403     SI.setOperand(1, NewPtr);
2404     SI.setAlignment(getPartitionTypeAlign(SI.getValueOperand()->getType()));
2405     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2406
2407     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2408     return NewPtr == &NewAI && !SI.isVolatile();
2409   }
2410
2411   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2412     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2413     IRBuilder<> IRB(&II);
2414     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2415
2416     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2417     // pointer to the new alloca.
2418     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2419       II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
2420       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2421       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getPartitionAlign()));
2422
2423       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2424       return false;
2425     }
2426
2427     // Record this instruction for deletion.
2428     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2429       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2430
2431     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2432     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2433
2434     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2435     // a single value type, just emit a memset.
2436     if (!VecTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2437                    EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2438                    !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2439                    !TD.isLegalInteger(TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy)))) {
2440       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2441       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2442       CallInst *New
2443         = IRB.CreateMemSet(getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2444                                                 II.getRawDest()->getType()),
2445                            II.getValue(), Size, getPartitionAlign(),
2446                            II.isVolatile());
2447       (void)New;
2448       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2449       return false;
2450     }
2451
2452     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2453     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2454     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2455     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, bitcasting to the
2456     // desired scalar type, and splatting it across any desired vector type.
2457     Value *V = II.getValue();
2458     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2459     Type *IntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(),
2460                                   TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy));
2461     if (TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy) > VTy->getBitWidth())
2462       V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, IntTy, getName(".zext")),
2463                         ConstantExpr::getUDiv(
2464                           Constant::getAllOnesValue(IntTy),
2465                           ConstantExpr::getZExt(
2466                             Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2467                             IntTy)),
2468                         getName(".isplat"));
2469     if (V->getType() != ScalarTy) {
2470       if (ScalarTy->isPointerTy())
2471         V = IRB.CreateIntToPtr(V, ScalarTy);
2472       else if (ScalarTy->isPrimitiveType() || ScalarTy->isVectorTy())
2473         V = IRB.CreateBitCast(V, ScalarTy);
2474       else if (ScalarTy->isIntegerTy())
2475         llvm_unreachable("Computed different integer types with equal widths");
2476       else
2477         llvm_unreachable("Invalid scalar type");
2478     }
2479
2480     // If this is an element-wide memset of a vectorizable alloca, insert it.
2481     if (VecTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2482                   EndOffset < NewAllocaEndOffset)) {
2483       StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(
2484         IRB.CreateInsertElement(IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI,
2485                                                       NewAI.getAlignment(),
2486                                                       getName(".load")),
2487                                 V, getIndex(IRB, BeginOffset),
2488                                 getName(".insert")),
2489         &NewAI, NewAI.getAlignment());
2490       (void)Store;
2491       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2492       return true;
2493     }
2494
2495     // Splat to a vector if needed.
2496     if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy)) {
2497       VectorType *SplatSourceTy = VectorType::get(V->getType(), 1);
2498       V = IRB.CreateShuffleVector(
2499         IRB.CreateInsertElement(UndefValue::get(SplatSourceTy), V,
2500                                 IRB.getInt32(0), getName(".vsplat.insert")),
2501         UndefValue::get(SplatSourceTy),
2502         ConstantVector::getSplat(VecTy->getNumElements(), IRB.getInt32(0)),
2503         getName(".vsplat.shuffle"));
2504       assert(V->getType() == VecTy);
2505     }
2506
2507     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2508                                         II.isVolatile());
2509     (void)New;
2510     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2511     return !II.isVolatile();
2512   }
2513
2514   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2515     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2516     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2517
2518     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2519     IRBuilder<> IRB(&II);
2520
2521     assert(II.getRawSource() == OldPtr || II.getRawDest() == OldPtr);
2522     bool IsDest = II.getRawDest() == OldPtr;
2523
2524     const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2525       = P.getMemTransferOffsets(II);
2526
2527     // Compute the relative offset within the transfer.
2528     unsigned IntPtrWidth = TD.getPointerSizeInBits();
2529     APInt RelOffset(IntPtrWidth, BeginOffset - (IsDest ? MTO.DestBegin
2530                                                        : MTO.SourceBegin));
2531
2532     unsigned Align = II.getAlignment();
2533     if (Align > 1)
2534       Align = MinAlign(RelOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue(),
2535                        MinAlign(II.getAlignment(), getPartitionAlign()));
2536
2537     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2538     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2539     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2540     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2541     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2542     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2543     // update both source and dest of a single call.
2544     if (!MTO.IsSplittable) {
2545       Value *OldOp = IsDest ? II.getRawDest() : II.getRawSource();
2546       if (IsDest)
2547         II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
2548       else
2549         II.setSource(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawSource()->getType()));
2550
2551       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2552       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, Align));
2553
2554       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2555       deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2556       return false;
2557     }
2558     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2559     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2560     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2561     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2562     // downsides to splitting and transforming the operations.
2563
2564     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2565     // a single value type, just emit a memcpy.
2566     bool EmitMemCpy
2567       = !VecTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2568                    EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2569                    !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2570
2571     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2572     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2573     // a no-op.
2574     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2575       uint64_t OrigBegin = IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin;
2576       uint64_t OrigEnd = IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd;
2577       // Ensure the start lines up.
2578       assert(BeginOffset == OrigBegin);
2579       (void)OrigBegin;
2580
2581       // Rewrite the size as needed.
2582       if (EndOffset != OrigEnd)
2583         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2584                                       EndOffset - BeginOffset));
2585       return false;
2586     }
2587     // Record this instruction for deletion.
2588     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2589       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2590
2591     bool IsVectorElement = VecTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2592                                      EndOffset < NewAllocaEndOffset);
2593
2594     Type *OtherPtrTy = IsDest ? II.getRawSource()->getType()
2595                               : II.getRawDest()->getType();
2596     if (!EmitMemCpy)
2597       OtherPtrTy = IsVectorElement ? VecTy->getElementType()->getPointerTo()
2598                                    : NewAI.getType();
2599
2600     // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2601     // a single, simple GEP in most cases.
2602     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2603     OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, TD, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy,
2604                               getName("." + OtherPtr->getName()));
2605
2606     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2607     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2608     if (AllocaInst *AI
2609           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets()))
2610       Pass.Worklist.insert(AI);
2611
2612     if (EmitMemCpy) {
2613       Value *OurPtr
2614         = getAdjustedAllocaPtr(IRB, IsDest ? II.getRawDest()->getType()
2615                                            : II.getRawSource()->getType());
2616       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2617       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2618
2619       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(IsDest ? OurPtr : OtherPtr,
2620                                        IsDest ? OtherPtr : OurPtr,
2621                                        Size, Align, II.isVolatile());
2622       (void)New;
2623       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2624       return false;
2625     }
2626
2627     // Note that we clamp the alignment to 1 here as a 0 alignment for a memcpy
2628     // is equivalent to 1, but that isn't true if we end up rewriting this as
2629     // a load or store.
2630     if (!Align)
2631       Align = 1;
2632
2633     Value *SrcPtr = OtherPtr;
2634     Value *DstPtr = &NewAI;
2635     if (!IsDest)
2636       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2637
2638     Value *Src;
2639     if (IsVectorElement && !IsDest) {
2640       // We have to extract rather than load.
2641       Src = IRB.CreateExtractElement(
2642         IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, getName(".copyload")),
2643         getIndex(IRB, BeginOffset),
2644         getName(".copyextract"));
2645     } else {
2646       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, II.isVolatile(),
2647                                   getName(".copyload"));
2648     }
2649
2650     if (IsVectorElement && IsDest) {
2651       // We have to insert into a loaded copy before storing.
2652       Src = IRB.CreateInsertElement(
2653         IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), getName(".load")),
2654         Src, getIndex(IRB, BeginOffset),
2655         getName(".insert"));
2656     }
2657
2658     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2659       IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, Align, II.isVolatile()));
2660     (void)Store;
2661     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2662     return !II.isVolatile();
2663   }
2664
2665   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2666     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2667            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2668     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2669     IRBuilder<> IRB(&II);
2670     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2671
2672     // Record this instruction for deletion.
2673     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2674       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2675
2676     ConstantInt *Size
2677       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2678                          EndOffset - BeginOffset);
2679     Value *Ptr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getArgOperand(1)->getType());
2680     Value *New;
2681     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2682       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2683     else
2684       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2685
2686     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2687     return true;
2688   }
2689
2690   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2691     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2692
2693     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2694     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2695     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2696     // dominate the PHI.
2697     IRBuilder<> PtrBuilder(cast<Instruction>(OldPtr));
2698
2699     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2700     // Replace the operands which were using the old pointer.
2701     User::op_iterator OI = PN.op_begin(), OE = PN.op_end();
2702     for (; OI != OE; ++OI)
2703       if (*OI == OldPtr)
2704         *OI = NewPtr;
2705
2706     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2707     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2708     return false;
2709   }
2710
2711   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2712     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2713     IRBuilder<> IRB(&SI);
2714
2715     // Find the operand we need to rewrite here.
2716     bool IsTrueVal = SI.getTrueValue() == OldPtr;
2717     if (IsTrueVal)
2718       assert(SI.getFalseValue() != OldPtr && "Pointer is both operands!");
2719     else
2720       assert(SI.getFalseValue() == OldPtr && "Pointer isn't an operand!");
2721
2722     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, OldPtr->getType());
2723     SI.setOperand(IsTrueVal ? 1 : 2, NewPtr);
2724     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2725     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2726     return false;
2727   }
2728
2729 };
2730 }
2731
2732 namespace {
2733 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2734 ///
2735 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2736 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2737 /// with scalar loads and stores.
2738 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2739   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2740   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2741
2742   const TargetData &TD;
2743
2744   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2745   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2746
2747   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2748   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2749
2750   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2751   /// value (as opposed to the user).
2752   Use *U;
2753
2754 public:
2755   AggLoadStoreRewriter(const TargetData &TD) : TD(TD) {}
2756
2757   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2758   /// it.
2759   bool rewrite(Instruction &I) {
2760     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2761     enqueueUsers(I);
2762     bool Changed = false;
2763     while (!Queue.empty()) {
2764       U = Queue.pop_back_val();
2765       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2766     }
2767     return Changed;
2768   }
2769
2770 private:
2771   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2772   /// This uses a set to de-duplicate users.
2773   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2774     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
2775          ++UI)
2776       if (Visited.insert(*UI))
2777         Queue.push_back(&UI.getUse());
2778   }
2779
2780   // Conservative default is to not rewrite anything.
2781   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2782
2783   /// \brief Generic recursive split emission class.
2784   template <typename Derived>
2785   class OpSplitter {
2786   protected:
2787     /// The builder used to form new instructions.
2788     IRBuilder<> IRB;
2789     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
2790     /// appropriate value within the aggregate.
2791     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2792     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
2793     /// within the aggregate.
2794     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2795     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
2796     /// split operations.
2797     Value *Ptr;
2798
2799     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
2800     /// single zero GEP index.
2801     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2802       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
2803
2804   public:
2805     /// \brief Generic recursive split emission routine.
2806     ///
2807     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2808     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2809     /// and emits that single value operation via the template argument.
2810     ///
2811     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
2812     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
2813     /// formatted differently (GEPs need actual values).
2814     ///
2815     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
2816     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
2817     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
2818     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2819       if (Ty->isSingleValueType())
2820         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
2821
2822       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2823         unsigned OldSize = Indices.size();
2824         (void)OldSize;
2825         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
2826              ++Idx) {
2827           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2828           Indices.push_back(Idx);
2829           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2830           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2831           GEPIndices.pop_back();
2832           Indices.pop_back();
2833         }
2834         return;
2835       }
2836
2837       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2838         unsigned OldSize = Indices.size();
2839         (void)OldSize;
2840         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
2841              ++Idx) {
2842           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2843           Indices.push_back(Idx);
2844           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2845           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2846           GEPIndices.pop_back();
2847           Indices.pop_back();
2848         }
2849         return;
2850       }
2851
2852       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
2853     }
2854   };
2855
2856   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
2857     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2858       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2859
2860     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
2861     /// recursive emission to actually load values.
2862     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2863       assert(Ty->isSingleValueType());
2864       // Load the single value and insert it using the indices.
2865       Value *Load = IRB.CreateLoad(IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices,
2866                                                          Name + ".gep"),
2867                                    Name + ".load");
2868       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
2869       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
2870     }
2871   };
2872
2873   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2874     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
2875     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
2876       return false;
2877
2878     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
2879     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2880     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
2881     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
2882     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
2883     LI.replaceAllUsesWith(V);
2884     LI.eraseFromParent();
2885     return true;
2886   }
2887
2888   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
2889     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2890       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2891
2892     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
2893     /// recursive emission to actually produce stores.
2894     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2895       assert(Ty->isSingleValueType());
2896       // Extract the single value and store it using the indices.
2897       Value *Store = IRB.CreateStore(
2898         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
2899         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
2900       (void)Store;
2901       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2902     }
2903   };
2904
2905   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2906     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
2907       return false;
2908     Value *V = SI.getValueOperand();
2909     if (V->getType()->isSingleValueType())
2910       return false;
2911
2912     // We have an aggregate being stored, split it apart.
2913     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2914     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
2915     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
2916     SI.eraseFromParent();
2917     return true;
2918   }
2919
2920   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
2921     enqueueUsers(BC);
2922     return false;
2923   }
2924
2925   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
2926     enqueueUsers(GEPI);
2927     return false;
2928   }
2929
2930   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2931     enqueueUsers(PN);
2932     return false;
2933   }
2934
2935   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2936     enqueueUsers(SI);
2937     return false;
2938   }
2939 };
2940 }
2941
2942 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
2943 /// offset and size.
2944 ///
2945 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
2946 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
2947 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
2948 /// and the same for structs.
2949 ///
2950 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
2951 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
2952 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
2953 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
2954 /// return a type if necessary.
2955 static Type *getTypePartition(const TargetData &TD, Type *Ty,
2956                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
2957   if (Offset == 0 && TD.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
2958     return Ty;
2959
2960   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
2961     // We can't partition pointers...
2962     if (SeqTy->isPointerTy())
2963       return 0;
2964
2965     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
2966     uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
2967     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
2968     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy))
2969       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
2970         return 0;
2971     if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy))
2972       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
2973         return 0;
2974     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
2975
2976     // First check if we need to recurse.
2977     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
2978       // Bail if the partition ends in a different array element.
2979       if ((Offset + Size) > ElementSize)
2980         return 0;
2981       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
2982       return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
2983     }
2984     assert(Offset == 0);
2985
2986     if (Size == ElementSize)
2987       return ElementTy;
2988     assert(Size > ElementSize);
2989     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
2990     if (NumElements * ElementSize != Size)
2991       return 0;
2992     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
2993   }
2994
2995   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
2996   if (!STy)
2997     return 0;
2998
2999   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
3000   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3001     return 0;
3002   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3003   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3004     return 0;
3005
3006   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3007   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3008
3009   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3010   uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
3011   if (Offset >= ElementSize)
3012     return 0; // The offset points into alignment padding.
3013
3014   // See if any partition must be contained by the element.
3015   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3016     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3017       return 0;
3018     return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
3019   }
3020   assert(Offset == 0);
3021
3022   if (Size == ElementSize)
3023     return ElementTy;
3024
3025   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3026                                EE = STy->element_end();
3027   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3028     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3029     if (Index == EndIndex)
3030       return 0; // Within a single element and its padding.
3031
3032     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3033     // expected size.
3034     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3035     // sub-struct to find a natural end point.
3036     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3037       return 0;
3038
3039     assert(Index < EndIndex);
3040     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3041   }
3042
3043   // Try to build up a sub-structure.
3044   SmallVector<Type *, 4> ElementTys;
3045   do {
3046     ElementTys.push_back(*EI++);
3047   } while (EI != EE);
3048   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), ElementTys,
3049                                       STy->isPacked());
3050   const StructLayout *SubSL = TD.getStructLayout(SubTy);
3051   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3052     return 0; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3053
3054   return SubTy;
3055 }
3056
3057 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3058 ///
3059 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3060 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3061 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3062 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3063 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3064 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3065 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3066 /// promoted.
3067 bool SROA::rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
3068                                   AllocaPartitioning &P,
3069                                   AllocaPartitioning::iterator PI) {
3070   uint64_t AllocaSize = PI->EndOffset - PI->BeginOffset;
3071   bool IsLive = false;
3072   for (AllocaPartitioning::use_iterator UI = P.use_begin(PI),
3073                                         UE = P.use_end(PI);
3074        UI != UE && !IsLive; ++UI)
3075     if (UI->U)
3076       IsLive = true;
3077   if (!IsLive)
3078     return false; // No live uses left of this partition.
3079
3080   DEBUG(dbgs() << "Speculating PHIs and selects in partition "
3081                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ")\n");
3082
3083   PHIOrSelectSpeculator Speculator(*TD, P, *this);
3084   DEBUG(dbgs() << "  speculating ");
3085   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
3086   Speculator.visitUsers(PI);
3087
3088   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3089   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3090   // or an i8 array of an appropriate size.
3091   Type *AllocaTy = 0;
3092   if (Type *PartitionTy = P.getCommonType(PI))
3093     if (TD->getTypeAllocSize(PartitionTy) >= AllocaSize)
3094       AllocaTy = PartitionTy;
3095   if (!AllocaTy)
3096     if (Type *PartitionTy = getTypePartition(*TD, AI.getAllocatedType(),
3097                                              PI->BeginOffset, AllocaSize))
3098       AllocaTy = PartitionTy;
3099   if ((!AllocaTy ||
3100        (AllocaTy->isArrayTy() &&
3101         AllocaTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3102       TD->isLegalInteger(AllocaSize * 8))
3103     AllocaTy = Type::getIntNTy(*C, AllocaSize * 8);
3104   if (!AllocaTy)
3105     AllocaTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), AllocaSize);
3106   assert(TD->getTypeAllocSize(AllocaTy) >= AllocaSize);
3107
3108   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3109   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3110   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3111   // performe phi and select speculation.
3112   AllocaInst *NewAI;
3113   if (AllocaTy == AI.getAllocatedType()) {
3114     assert(PI->BeginOffset == 0 &&
3115            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3116     assert(PI == P.begin() && "Begin offset is zero on later partition");
3117     NewAI = &AI;
3118   } else {
3119     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3120     if (!Alignment) {
3121       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3122       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3123       // type.
3124       Alignment = TD->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3125     }
3126     Alignment = MinAlign(Alignment, PI->BeginOffset);
3127     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3128     // the alloca's alignment unconstrained.
3129     if (Alignment <= TD->getABITypeAlignment(AllocaTy))
3130       Alignment = 0;
3131     NewAI = new AllocaInst(AllocaTy, 0, Alignment,
3132                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(PI - P.begin()),
3133                            &AI);
3134     ++NumNewAllocas;
3135   }
3136
3137   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3138                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ") to: "
3139                << *NewAI << "\n");
3140
3141   // Track the high watermark of the post-promotion worklist. We will reset it
3142   // to this point if the alloca is not in fact scheduled for promotion.
3143   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3144
3145   AllocaPartitionRewriter Rewriter(*TD, P, PI, *this, AI, *NewAI,
3146                                    PI->BeginOffset, PI->EndOffset);
3147   DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3148   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
3149   bool Promotable = Rewriter.visitUsers(P.use_begin(PI), P.use_end(PI));
3150   if (Promotable) {
3151     DEBUG(dbgs() << "  and queuing for promotion\n");
3152     PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3153   } else if (NewAI != &AI) {
3154     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3155     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3156     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3157     Worklist.insert(NewAI);
3158   }
3159
3160   // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3161   if (!Promotable)
3162     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3163       PostPromotionWorklist.pop_back();
3164
3165   return true;
3166 }
3167
3168 /// \brief Walks the partitioning of an alloca rewriting uses of each partition.
3169 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P) {
3170   bool Changed = false;
3171   for (AllocaPartitioning::iterator PI = P.begin(), PE = P.end(); PI != PE;
3172        ++PI)
3173     Changed |= rewriteAllocaPartition(AI, P, PI);
3174
3175   return Changed;
3176 }
3177
3178 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3179 ///
3180 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3181 /// a partitioning of the alloca, and then hands it off to be split and
3182 /// rewritten as needed.
3183 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3184   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3185   ++NumAllocasAnalyzed;
3186
3187   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3188   if (AI.use_empty()) {
3189     AI.eraseFromParent();
3190     return true;
3191   }
3192
3193   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3194   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3195       TD->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3196     return false;
3197
3198   bool Changed = false;
3199
3200   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3201   // better splitting and promotion opportunities.
3202   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*TD);
3203   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3204
3205   // Build the partition set using a recursive instruction-visiting builder.
3206   AllocaPartitioning P(*TD, AI);
3207   DEBUG(P.print(dbgs()));
3208   if (P.isEscaped())
3209     return Changed;
3210
3211   // No partitions to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3212   if (P.begin() == P.end())
3213     return Changed;
3214
3215   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3216   for (AllocaPartitioning::dead_user_iterator DI = P.dead_user_begin(),
3217                                               DE = P.dead_user_end();
3218        DI != DE; ++DI) {
3219     Changed = true;
3220     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
3221     DeadInsts.push_back(*DI);
3222   }
3223   for (AllocaPartitioning::dead_op_iterator DO = P.dead_op_begin(),
3224                                             DE = P.dead_op_end();
3225        DO != DE; ++DO) {
3226     Value *OldV = **DO;
3227     // Clobber the use with an undef value.
3228     **DO = UndefValue::get(OldV->getType());
3229     if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3230       if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3231         Changed = true;
3232         DeadInsts.push_back(OldI);
3233       }
3234   }
3235
3236   return splitAlloca(AI, P) || Changed;
3237 }
3238
3239 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3240 ///
3241 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3242 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3243 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3244 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3245 ///
3246 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3247 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3248 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst*, 4> &DeletedAllocas) {
3249   DeadSplitInsts.clear();
3250   while (!DeadInsts.empty()) {
3251     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3252     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3253
3254     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
3255       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
3256         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3257         *OI = 0;
3258         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3259           DeadInsts.push_back(U);
3260       }
3261
3262     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3263       DeletedAllocas.insert(AI);
3264
3265     ++NumDeleted;
3266     I->eraseFromParent();
3267   }
3268 }
3269
3270 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3271 ///
3272 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3273 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3274 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3275 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3276 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3277 /// promotion occured.
3278 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3279   if (PromotableAllocas.empty())
3280     return false;
3281
3282   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3283
3284   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3285     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3286     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT);
3287     PromotableAllocas.clear();
3288     return true;
3289   }
3290
3291   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3292   SSAUpdater SSA;
3293   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3294   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
3295
3296   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3297     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3298     for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
3299          UI != UE;) {
3300       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
3301       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3302       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3303       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3304       // scalar values produced.
3305       if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
3306         assert(onlyUsedByLifetimeMarkers(I) &&
3307                "Found a bitcast used outside of a lifetime marker.");
3308         while (!I->use_empty())
3309           cast<Instruction>(*I->use_begin())->eraseFromParent();
3310         I->eraseFromParent();
3311         continue;
3312       }
3313       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3314         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3315                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3316         II->eraseFromParent();
3317         continue;
3318       }
3319
3320       Insts.push_back(I);
3321     }
3322     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3323     Insts.clear();
3324   }
3325
3326   PromotableAllocas.clear();
3327   return true;
3328 }
3329
3330 namespace {
3331   /// \brief A predicate to test whether an alloca belongs to a set.
3332   class IsAllocaInSet {
3333     typedef SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> SetType;
3334     const SetType &Set;
3335
3336   public:
3337     typedef AllocaInst *argument_type;
3338
3339     IsAllocaInSet(const SetType &Set) : Set(Set) {}
3340     bool operator()(AllocaInst *AI) const { return Set.count(AI); }
3341   };
3342 }
3343
3344 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3345   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3346   C = &F.getContext();
3347   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
3348   if (!TD) {
3349     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3350     return false;
3351   }
3352   DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
3353
3354   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3355   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = llvm::prior(EntryBB.end());
3356        I != E; ++I)
3357     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3358       Worklist.insert(AI);
3359
3360   bool Changed = false;
3361   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3362   // the list of promotable allocas.
3363   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3364
3365   do {
3366     while (!Worklist.empty()) {
3367       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3368       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3369
3370       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3371       // continue processing them.
3372       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3373         Worklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3374         PostPromotionWorklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3375         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3376                                                PromotableAllocas.end(),
3377                                                IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
3378                                 PromotableAllocas.end());
3379         DeletedAllocas.clear();
3380       }
3381     }
3382
3383     Changed |= promoteAllocas(F);
3384
3385     Worklist = PostPromotionWorklist;
3386     PostPromotionWorklist.clear();
3387   } while (!Worklist.empty());
3388
3389   return Changed;
3390 }
3391
3392 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3393   if (RequiresDomTree)
3394     AU.addRequired<DominatorTree>();
3395   AU.setPreservesCFG();
3396 }