Teach the new SROA a new trick. Now we zap any memcpy or memmoves which
[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     /// \brief Test whether a partition has been marked as dead.
141     bool isDead() const {
142       if (BeginOffset == UINT64_MAX) {
143         assert(EndOffset == UINT64_MAX);
144         return true;
145       }
146       return false;
147     }
148
149     /// \brief Kill a partition.
150     /// This is accomplished by setting both its beginning and end offset to
151     /// the maximum possible value.
152     void kill() {
153       assert(!isDead() && "He's Dead, Jim!");
154       BeginOffset = EndOffset = UINT64_MAX;
155     }
156
157     Partition() : ByteRange(), IsSplittable() {}
158     Partition(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, bool IsSplittable)
159         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), IsSplittable(IsSplittable) {}
160   };
161
162   /// \brief A particular use of a partition of the alloca.
163   ///
164   /// This structure is used to associate uses of a partition with it. They
165   /// mark the range of bytes which are referenced by a particular instruction,
166   /// and includes a handle to the user itself and the pointer value in use.
167   /// The bounds of these uses are determined by intersecting the bounds of the
168   /// memory use itself with a particular partition. As a consequence there is
169   /// intentionally overlap between various uses of the same partition.
170   struct PartitionUse : public ByteRange {
171     /// \brief The use in question. Provides access to both user and used value.
172     ///
173     /// Note that this may be null if the partition use is *dead*, that is, it
174     /// should be ignored.
175     Use *U;
176
177     PartitionUse() : ByteRange(), U() {}
178     PartitionUse(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U)
179         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), U(U) {}
180   };
181
182   /// \brief Construct a partitioning of a particular alloca.
183   ///
184   /// Construction does most of the work for partitioning the alloca. This
185   /// performs the necessary walks of users and builds a partitioning from it.
186   AllocaPartitioning(const TargetData &TD, AllocaInst &AI);
187
188   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
189   ///
190   /// If this is true, the partitioning is never fully built and should be
191   /// ignored.
192   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
193
194   /// \brief Support for iterating over the partitions.
195   /// @{
196   typedef SmallVectorImpl<Partition>::iterator iterator;
197   iterator begin() { return Partitions.begin(); }
198   iterator end() { return Partitions.end(); }
199
200   typedef SmallVectorImpl<Partition>::const_iterator const_iterator;
201   const_iterator begin() const { return Partitions.begin(); }
202   const_iterator end() const { return Partitions.end(); }
203   /// @}
204
205   /// \brief Support for iterating over and manipulating a particular
206   /// partition's uses.
207   ///
208   /// The iteration support provided for uses is more limited, but also
209   /// includes some manipulation routines to support rewriting the uses of
210   /// partitions during SROA.
211   /// @{
212   typedef SmallVectorImpl<PartitionUse>::iterator use_iterator;
213   use_iterator use_begin(unsigned Idx) { return Uses[Idx].begin(); }
214   use_iterator use_begin(const_iterator I) { return Uses[I - begin()].begin(); }
215   use_iterator use_end(unsigned Idx) { return Uses[Idx].end(); }
216   use_iterator use_end(const_iterator I) { return Uses[I - begin()].end(); }
217
218   typedef SmallVectorImpl<PartitionUse>::const_iterator const_use_iterator;
219   const_use_iterator use_begin(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].begin(); }
220   const_use_iterator use_begin(const_iterator I) const {
221     return Uses[I - begin()].begin();
222   }
223   const_use_iterator use_end(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].end(); }
224   const_use_iterator use_end(const_iterator I) const {
225     return Uses[I - begin()].end();
226   }
227
228   unsigned use_size(unsigned Idx) const { return Uses[Idx].size(); }
229   unsigned use_size(const_iterator I) const { return Uses[I - begin()].size(); }
230   const PartitionUse &getUse(unsigned PIdx, unsigned UIdx) const {
231     return Uses[PIdx][UIdx];
232   }
233   const PartitionUse &getUse(const_iterator I, unsigned UIdx) const {
234     return Uses[I - begin()][UIdx];
235   }
236
237   void use_push_back(unsigned Idx, const PartitionUse &PU) {
238     Uses[Idx].push_back(PU);
239   }
240   void use_push_back(const_iterator I, const PartitionUse &PU) {
241     Uses[I - begin()].push_back(PU);
242   }
243   /// @}
244
245   /// \brief Allow iterating the dead users for this alloca.
246   ///
247   /// These are instructions which will never actually use the alloca as they
248   /// are outside the allocated range. They are safe to replace with undef and
249   /// delete.
250   /// @{
251   typedef SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator dead_user_iterator;
252   dead_user_iterator dead_user_begin() const { return DeadUsers.begin(); }
253   dead_user_iterator dead_user_end() const { return DeadUsers.end(); }
254   /// @}
255
256   /// \brief Allow iterating the dead expressions referring to this alloca.
257   ///
258   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
259   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
260   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
261   /// need to replace with undef.
262   /// @{
263   typedef SmallVectorImpl<Use *>::const_iterator dead_op_iterator;
264   dead_op_iterator dead_op_begin() const { return DeadOperands.begin(); }
265   dead_op_iterator dead_op_end() const { return DeadOperands.end(); }
266   /// @}
267
268   /// \brief MemTransferInst auxiliary data.
269   /// This struct provides some auxiliary data about memory transfer
270   /// intrinsics such as memcpy and memmove. These intrinsics can use two
271   /// different ranges within the same alloca, and provide other challenges to
272   /// correctly represent. We stash extra data to help us untangle this
273   /// after the partitioning is complete.
274   struct MemTransferOffsets {
275     /// The destination begin and end offsets when the destination is within
276     /// this alloca. If the end offset is zero the destination is not within
277     /// this alloca.
278     uint64_t DestBegin, DestEnd;
279
280     /// The source begin and end offsets when the source is within this alloca.
281     /// If the end offset is zero, the source is not within this alloca.
282     uint64_t SourceBegin, SourceEnd;
283
284     /// Flag for whether an alloca is splittable.
285     bool IsSplittable;
286   };
287   MemTransferOffsets getMemTransferOffsets(MemTransferInst &II) const {
288     return MemTransferInstData.lookup(&II);
289   }
290
291   /// \brief Map from a PHI or select operand back to a partition.
292   ///
293   /// When manipulating PHI nodes or selects, they can use more than one
294   /// partition of an alloca. We store a special mapping to allow finding the
295   /// partition referenced by each of these operands, if any.
296   iterator findPartitionForPHIOrSelectOperand(Use *U) {
297     SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned> >::const_iterator MapIt
298       = PHIOrSelectOpMap.find(U);
299     if (MapIt == PHIOrSelectOpMap.end())
300       return end();
301
302     return begin() + MapIt->second.first;
303   }
304
305   /// \brief Map from a PHI or select operand back to the specific use of
306   /// a partition.
307   ///
308   /// Similar to mapping these operands back to the partitions, this maps
309   /// directly to the use structure of that partition.
310   use_iterator findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Use *U) {
311     SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned> >::const_iterator MapIt
312       = PHIOrSelectOpMap.find(U);
313     assert(MapIt != PHIOrSelectOpMap.end());
314     return Uses[MapIt->second.first].begin() + MapIt->second.second;
315   }
316
317   /// \brief Compute a common type among the uses of a particular partition.
318   ///
319   /// This routines walks all of the uses of a particular partition and tries
320   /// to find a common type between them. Untyped operations such as memset and
321   /// memcpy are ignored.
322   Type *getCommonType(iterator I) const;
323
324 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
325   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
326   void printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
327                   StringRef Indent = "  ") const;
328   void print(raw_ostream &OS) const;
329   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump(const_iterator I) const;
330   void LLVM_ATTRIBUTE_NOINLINE LLVM_ATTRIBUTE_USED dump() const;
331 #endif
332
333 private:
334   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
335   class PartitionBuilder;
336   friend class AllocaPartitioning::PartitionBuilder;
337   class UseBuilder;
338   friend class AllocaPartitioning::UseBuilder;
339
340 #ifndef NDEBUG
341   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
342   AllocaInst &AI;
343 #endif
344
345   /// \brief The instruction responsible for this alloca having no partitioning.
346   ///
347   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
348   /// store a pointer to that here and abort trying to partition the alloca.
349   /// This will be null if the alloca is partitioned successfully.
350   Instruction *PointerEscapingInstr;
351
352   /// \brief The partitions of the alloca.
353   ///
354   /// We store a vector of the partitions over the alloca here. This vector is
355   /// sorted by increasing begin offset, and then by decreasing end offset. See
356   /// the Partition inner class for more details. Initially (during
357   /// construction) there are overlaps, but we form a disjoint sequence of
358   /// partitions while finishing construction and a fully constructed object is
359   /// expected to always have this as a disjoint space.
360   SmallVector<Partition, 8> Partitions;
361
362   /// \brief The uses of the partitions.
363   ///
364   /// This is essentially a mapping from each partition to a list of uses of
365   /// that partition. The mapping is done with a Uses vector that has the exact
366   /// same number of entries as the partition vector. Each entry is itself
367   /// a vector of the uses.
368   SmallVector<SmallVector<PartitionUse, 2>, 8> Uses;
369
370   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
371   ///
372   /// Note that these are not separated by partition. This is because we expect
373   /// a partitioned alloca to be completely rewritten or not rewritten at all.
374   /// If rewritten, all these instructions can simply be removed and replaced
375   /// with undef as they come from outside of the allocated space.
376   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
377
378   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
379   ///
380   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
381   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
382   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
383   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
384   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
385   /// the alloca.
386   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
387
388   /// \brief The underlying storage for auxiliary memcpy and memset info.
389   SmallDenseMap<MemTransferInst *, MemTransferOffsets, 4> MemTransferInstData;
390
391   /// \brief A side datastructure used when building up the partitions and uses.
392   ///
393   /// This mapping is only really used during the initial building of the
394   /// partitioning so that we can retain information about PHI and select nodes
395   /// processed.
396   SmallDenseMap<Instruction *, std::pair<uint64_t, bool> > PHIOrSelectSizes;
397
398   /// \brief Auxiliary information for particular PHI or select operands.
399   SmallDenseMap<Use *, std::pair<unsigned, unsigned>, 4> PHIOrSelectOpMap;
400
401   /// \brief A utility routine called from the constructor.
402   ///
403   /// This does what it says on the tin. It is the key of the alloca partition
404   /// splitting and merging. After it is called we have the desired disjoint
405   /// collection of partitions.
406   void splitAndMergePartitions();
407 };
408 }
409
410 template <typename DerivedT, typename RetT>
411 class AllocaPartitioning::BuilderBase
412     : public InstVisitor<DerivedT, RetT> {
413 public:
414   BuilderBase(const TargetData &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
415       : TD(TD),
416         AllocSize(TD.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())),
417         P(P) {
418     enqueueUsers(AI, 0);
419   }
420
421 protected:
422   const TargetData &TD;
423   const uint64_t AllocSize;
424   AllocaPartitioning &P;
425
426   SmallPtrSet<Use *, 8> VisitedUses;
427
428   struct OffsetUse {
429     Use *U;
430     int64_t Offset;
431   };
432   SmallVector<OffsetUse, 8> Queue;
433
434   // The active offset and use while visiting.
435   Use *U;
436   int64_t Offset;
437
438   void enqueueUsers(Instruction &I, int64_t UserOffset) {
439     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end();
440          UI != UE; ++UI) {
441       if (VisitedUses.insert(&UI.getUse())) {
442         OffsetUse OU = { &UI.getUse(), UserOffset };
443         Queue.push_back(OU);
444       }
445     }
446   }
447
448   bool computeConstantGEPOffset(GetElementPtrInst &GEPI, int64_t &GEPOffset) {
449     GEPOffset = Offset;
450     for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI), GTE = gep_type_end(GEPI);
451          GTI != GTE; ++GTI) {
452       ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
453       if (!OpC)
454         return false;
455       if (OpC->isZero())
456         continue;
457
458       // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
459       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
460         unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
461         const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
462         uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
463         // Check that we can continue to model this GEP in a signed 64-bit offset.
464         if (ElementOffset > INT64_MAX ||
465             (GEPOffset >= 0 &&
466              ((uint64_t)GEPOffset + ElementOffset) > INT64_MAX)) {
467           DEBUG(dbgs() << "WARNING: Encountered a cumulative offset exceeding "
468                        << "what can be represented in an int64_t!\n"
469                        << "  alloca: " << P.AI << "\n");
470           return false;
471         }
472         if (GEPOffset < 0)
473           GEPOffset = ElementOffset + (uint64_t)-GEPOffset;
474         else
475           GEPOffset += ElementOffset;
476         continue;
477       }
478
479       APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(TD.getPointerSizeInBits());
480       Index *= APInt(Index.getBitWidth(),
481                      TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
482       Index += APInt(Index.getBitWidth(), (uint64_t)GEPOffset,
483                      /*isSigned*/true);
484       // Check if the result can be stored in our int64_t offset.
485       if (!Index.isSignedIntN(sizeof(GEPOffset) * 8)) {
486         DEBUG(dbgs() << "WARNING: Encountered a cumulative offset exceeding "
487                      << "what can be represented in an int64_t!\n"
488                      << "  alloca: " << P.AI << "\n");
489         return false;
490       }
491
492       GEPOffset = Index.getSExtValue();
493     }
494     return true;
495   }
496
497   Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
498     // If the condition being selected on is a constant or the same value is
499     // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
500     // early on.
501     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
502       return SI.getOperand(1+CI->isZero());
503     if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2)) {
504       assert(*U == SI.getOperand(1));
505       return SI.getOperand(1);
506     }
507     return 0;
508   }
509 };
510
511 /// \brief Builder for the alloca partitioning.
512 ///
513 /// This class builds an alloca partitioning by recursively visiting the uses
514 /// of an alloca and splitting the partitions for each load and store at each
515 /// offset.
516 class AllocaPartitioning::PartitionBuilder
517     : public BuilderBase<PartitionBuilder, bool> {
518   friend class InstVisitor<PartitionBuilder, bool>;
519
520   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferPartitionMap;
521
522 public:
523   PartitionBuilder(const TargetData &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
524       : BuilderBase<PartitionBuilder, bool>(TD, AI, P) {}
525
526   /// \brief Run the builder over the allocation.
527   bool operator()() {
528     // Note that we have to re-evaluate size on each trip through the loop as
529     // the queue grows at the tail.
530     for (unsigned Idx = 0; Idx < Queue.size(); ++Idx) {
531       U = Queue[Idx].U;
532       Offset = Queue[Idx].Offset;
533       if (!visit(cast<Instruction>(U->getUser())))
534         return false;
535     }
536     return true;
537   }
538
539 private:
540   bool markAsEscaping(Instruction &I) {
541     P.PointerEscapingInstr = &I;
542     return false;
543   }
544
545   void insertUse(Instruction &I, int64_t Offset, uint64_t Size,
546                  bool IsSplittable = false) {
547     // Completely skip uses which have a zero size or don't overlap the
548     // allocation.
549     if (Size == 0 ||
550         (Offset >= 0 && (uint64_t)Offset >= AllocSize) ||
551         (Offset < 0 && (uint64_t)-Offset >= Size)) {
552       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
553                    << " which starts past the end of the " << AllocSize
554                    << " byte alloca:\n"
555                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
556                    << "       use: " << I << "\n");
557       return;
558     }
559
560     // Clamp the start to the beginning of the allocation.
561     if (Offset < 0) {
562       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
563                    << " to start at the beginning of the alloca:\n"
564                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
565                    << "       use: " << I << "\n");
566       Size -= (uint64_t)-Offset;
567       Offset = 0;
568     }
569
570     uint64_t BeginOffset = Offset, EndOffset = BeginOffset + Size;
571
572     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
573     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
574     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
575     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
576       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
577                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
578                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
579                    << "       use: " << I << "\n");
580       EndOffset = AllocSize;
581     }
582
583     Partition New(BeginOffset, EndOffset, IsSplittable);
584     P.Partitions.push_back(New);
585   }
586
587   bool handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, int64_t Offset) {
588     uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(Ty);
589
590     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
591     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
592     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
593     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
594     // risk of overflow.
595     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
596     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
597     if (Offset < 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
598         Size > (AllocSize - (uint64_t)Offset)) {
599       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte "
600                    << (isa<LoadInst>(I) ? "load" : "store") << " @" << Offset
601                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
602                    << " byte alloca:\n"
603                    << "    alloca: " << P.AI << "\n"
604                    << "       use: " << I << "\n");
605       return true;
606     }
607
608     insertUse(I, Offset, Size);
609     return true;
610   }
611
612   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
613     enqueueUsers(BC, Offset);
614     return true;
615   }
616
617   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
618     int64_t GEPOffset;
619     if (!computeConstantGEPOffset(GEPI, GEPOffset))
620       return markAsEscaping(GEPI);
621
622     enqueueUsers(GEPI, GEPOffset);
623     return true;
624   }
625
626   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
627     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
628            "All simple FCA loads should have been pre-split");
629     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset);
630   }
631
632   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
633     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
634     if (ValOp == *U)
635       return markAsEscaping(SI);
636
637     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
638            "All simple FCA stores should have been pre-split");
639     return handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset);
640   }
641
642
643   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
644     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
645     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
646     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
647     insertUse(II, Offset, Size, Length);
648     return true;
649   }
650
651   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
652     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
653     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
654     if (!Size)
655       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
656       return true;
657
658     MemTransferOffsets &Offsets = P.MemTransferInstData[&II];
659
660     // Only intrinsics with a constant length can be split.
661     Offsets.IsSplittable = Length;
662
663     if (*U == II.getRawDest()) {
664       Offsets.DestBegin = Offset;
665       Offsets.DestEnd = Offset + Size;
666     }
667     if (*U == II.getRawSource()) {
668       Offsets.SourceBegin = Offset;
669       Offsets.SourceEnd = Offset + Size;
670     }
671
672     // If we have set up end offsets for both the source and the destination,
673     // we have found both sides of this transfer pointing at the same alloca.
674     bool SeenBothEnds = Offsets.SourceEnd && Offsets.DestEnd;
675     if (SeenBothEnds && II.getRawDest() != II.getRawSource()) {
676       unsigned PrevIdx = MemTransferPartitionMap[&II];
677
678       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
679       // In that case, we can completely elide the transfer.
680       if (!II.isVolatile() && Offsets.SourceBegin == Offsets.DestBegin) {
681         P.Partitions[PrevIdx].kill();
682         return true;
683       }
684
685       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
686       // split those.
687       P.Partitions[PrevIdx].IsSplittable = Offsets.IsSplittable = false;
688     } else if (SeenBothEnds) {
689       // Handle the case where this exact use provides both ends of the
690       // operation.
691       assert(II.getRawDest() == II.getRawSource());
692
693       // For non-volatile transfers this is a no-op.
694       if (!II.isVolatile())
695         return true;
696
697       // Otherwise just suppress splitting.
698       Offsets.IsSplittable = false;
699     }
700
701
702     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
703     insertUse(II, Offset, Size, Offsets.IsSplittable);
704
705     // Setup the mapping from intrinsic to partition of we've not seen both
706     // ends of this transfer.
707     if (!SeenBothEnds) {
708       unsigned NewIdx = P.Partitions.size() - 1;
709       bool Inserted
710         = MemTransferPartitionMap.insert(std::make_pair(&II, NewIdx)).second;
711       assert(Inserted &&
712              "Already have intrinsic in map but haven't seen both ends");
713     }
714
715     return true;
716   }
717
718   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
719   // FIXME: What about debug instrinsics? This matches old behavior, but
720   // doesn't make sense.
721   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
722     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
723         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
724       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
725       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset, Length->getLimitedValue());
726       insertUse(II, Offset, Size, true);
727       return true;
728     }
729
730     return markAsEscaping(II);
731   }
732
733   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
734     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
735     // the same offset to be a viable use for partitioning purposes. These uses
736     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
737     // size.
738     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
739     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
740     Visited.insert(Root);
741     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
742     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
743     // a size zero access.
744     Size = 0;
745     do {
746       Instruction *I, *UsedI;
747       llvm::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
748
749       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
750         Size = std::max(Size, TD.getTypeStoreSize(LI->getType()));
751         continue;
752       }
753       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
754         Value *Op = SI->getOperand(0);
755         if (Op == UsedI)
756           return SI;
757         Size = std::max(Size, TD.getTypeStoreSize(Op->getType()));
758         continue;
759       }
760
761       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
762         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
763           return GEP;
764       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
765                  !isa<SelectInst>(I)) {
766         return I;
767       }
768
769       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end(); UI != UE;
770            ++UI)
771         if (Visited.insert(cast<Instruction>(*UI)))
772           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(*UI)));
773     } while (!Uses.empty());
774
775     return 0;
776   }
777
778   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
779     // See if we already have computed info on this node.
780     std::pair<uint64_t, bool> &PHIInfo = P.PHIOrSelectSizes[&PN];
781     if (PHIInfo.first) {
782       PHIInfo.second = true;
783       insertUse(PN, Offset, PHIInfo.first);
784       return true;
785     }
786
787     // Check for an unsafe use of the PHI node.
788     if (Instruction *EscapingI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&PN, PHIInfo.first))
789       return markAsEscaping(*EscapingI);
790
791     insertUse(PN, Offset, PHIInfo.first);
792     return true;
793   }
794
795   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
796     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
797       if (Result == *U)
798         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
799         // through the select as if we had RAUW'ed it.
800         enqueueUsers(SI, Offset);
801
802       return true;
803     }
804
805     // See if we already have computed info on this node.
806     std::pair<uint64_t, bool> &SelectInfo = P.PHIOrSelectSizes[&SI];
807     if (SelectInfo.first) {
808       SelectInfo.second = true;
809       insertUse(SI, Offset, SelectInfo.first);
810       return true;
811     }
812
813     // Check for an unsafe use of the PHI node.
814     if (Instruction *EscapingI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&SI, SelectInfo.first))
815       return markAsEscaping(*EscapingI);
816
817     insertUse(SI, Offset, SelectInfo.first);
818     return true;
819   }
820
821   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
822   bool visitInstruction(Instruction &I) { return markAsEscaping(I); }
823 };
824
825
826 /// \brief Use adder for the alloca partitioning.
827 ///
828 /// This class adds the uses of an alloca to all of the partitions which they
829 /// use. For splittable partitions, this can end up doing essentially a linear
830 /// walk of the partitions, but the number of steps remains bounded by the
831 /// total result instruction size:
832 /// - The number of partitions is a result of the number unsplittable
833 ///   instructions using the alloca.
834 /// - The number of users of each partition is at worst the total number of
835 ///   splittable instructions using the alloca.
836 /// Thus we will produce N * M instructions in the end, where N are the number
837 /// of unsplittable uses and M are the number of splittable. This visitor does
838 /// the exact same number of updates to the partitioning.
839 ///
840 /// In the more common case, this visitor will leverage the fact that the
841 /// partition space is pre-sorted, and do a logarithmic search for the
842 /// partition needed, making the total visit a classical ((N + M) * log(N))
843 /// complexity operation.
844 class AllocaPartitioning::UseBuilder : public BuilderBase<UseBuilder> {
845   friend class InstVisitor<UseBuilder>;
846
847   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
848   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
849
850 public:
851   UseBuilder(const TargetData &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
852       : BuilderBase<UseBuilder>(TD, AI, P) {}
853
854   /// \brief Run the builder over the allocation.
855   void operator()() {
856     // Note that we have to re-evaluate size on each trip through the loop as
857     // the queue grows at the tail.
858     for (unsigned Idx = 0; Idx < Queue.size(); ++Idx) {
859       U = Queue[Idx].U;
860       Offset = Queue[Idx].Offset;
861       this->visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
862     }
863   }
864
865 private:
866   void markAsDead(Instruction &I) {
867     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
868       P.DeadUsers.push_back(&I);
869   }
870
871   void insertUse(Instruction &User, int64_t Offset, uint64_t Size) {
872     // If the use has a zero size or extends outside of the allocation, record
873     // it as a dead use for elimination later.
874     if (Size == 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
875         (Offset < 0 && (uint64_t)-Offset >= Size))
876       return markAsDead(User);
877
878     // Clamp the start to the beginning of the allocation.
879     if (Offset < 0) {
880       Size -= (uint64_t)-Offset;
881       Offset = 0;
882     }
883
884     uint64_t BeginOffset = Offset, EndOffset = BeginOffset + Size;
885
886     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
887     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
888     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
889     if (Size > AllocSize - BeginOffset)
890       EndOffset = AllocSize;
891
892     // NB: This only works if we have zero overlapping partitions.
893     iterator B = std::lower_bound(P.begin(), P.end(), BeginOffset);
894     if (B != P.begin() && llvm::prior(B)->EndOffset > BeginOffset)
895       B = llvm::prior(B);
896     for (iterator I = B, E = P.end(); I != E && I->BeginOffset < EndOffset;
897          ++I) {
898       PartitionUse NewPU(std::max(I->BeginOffset, BeginOffset),
899                          std::min(I->EndOffset, EndOffset), U);
900       P.use_push_back(I, NewPU);
901       if (isa<PHINode>(U->getUser()) || isa<SelectInst>(U->getUser()))
902         P.PHIOrSelectOpMap[U]
903           = std::make_pair(I - P.begin(), P.Uses[I - P.begin()].size() - 1);
904     }
905   }
906
907   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, int64_t Offset) {
908     uint64_t Size = TD.getTypeStoreSize(Ty);
909
910     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
911     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
912     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
913     // behavior of insertUse.
914     if (Offset < 0 || (uint64_t)Offset >= AllocSize ||
915         Size > (AllocSize - (uint64_t)Offset))
916       return markAsDead(I);
917
918     insertUse(I, Offset, Size);
919   }
920
921   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
922     if (BC.use_empty())
923       return markAsDead(BC);
924
925     enqueueUsers(BC, Offset);
926   }
927
928   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
929     if (GEPI.use_empty())
930       return markAsDead(GEPI);
931
932     int64_t GEPOffset;
933     if (!computeConstantGEPOffset(GEPI, GEPOffset))
934       llvm_unreachable("Unable to compute constant offset for use");
935
936     enqueueUsers(GEPI, GEPOffset);
937   }
938
939   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
940     handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset);
941   }
942
943   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
944     handleLoadOrStore(SI.getOperand(0)->getType(), SI, Offset);
945   }
946
947   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
948     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
949     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
950     insertUse(II, Offset, Size);
951   }
952
953   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
954     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
955     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
956     if (!Size)
957       return markAsDead(II);
958
959     MemTransferOffsets &Offsets = P.MemTransferInstData[&II];
960     if (!II.isVolatile() && Offsets.DestEnd && Offsets.SourceEnd &&
961         Offsets.DestBegin == Offsets.SourceBegin)
962       return markAsDead(II); // Skip identity transfers without side-effects.
963
964     insertUse(II, Offset, Size);
965   }
966
967   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
968     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
969            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
970
971     ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
972     insertUse(II, Offset,
973               std::min(AllocSize - Offset, Length->getLimitedValue()));
974   }
975
976   void insertPHIOrSelect(Instruction &User, uint64_t Offset) {
977     uint64_t Size = P.PHIOrSelectSizes.lookup(&User).first;
978
979     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
980     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
981     // case them here and use a separate structure to track the operands
982     // themselves which should be replaced with undef.
983     if (Offset >= AllocSize) {
984       P.DeadOperands.push_back(U);
985       return;
986     }
987
988     insertUse(User, Offset, Size);
989   }
990   void visitPHINode(PHINode &PN) {
991     if (PN.use_empty())
992       return markAsDead(PN);
993
994     insertPHIOrSelect(PN, Offset);
995   }
996   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
997     if (SI.use_empty())
998       return markAsDead(SI);
999
1000     if (Value *Result = foldSelectInst(SI)) {
1001       if (Result == *U)
1002         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
1003         // through the select as if we had RAUW'ed it.
1004         enqueueUsers(SI, Offset);
1005       else
1006         // Otherwise the operand to the select is dead, and we can replace it
1007         // with undef.
1008         P.DeadOperands.push_back(U);
1009
1010       return;
1011     }
1012
1013     insertPHIOrSelect(SI, Offset);
1014   }
1015
1016   /// \brief Unreachable, we've already visited the alloca once.
1017   void visitInstruction(Instruction &I) {
1018     llvm_unreachable("Unhandled instruction in use builder.");
1019   }
1020 };
1021
1022 void AllocaPartitioning::splitAndMergePartitions() {
1023   size_t NumDeadPartitions = 0;
1024
1025   // Track the range of splittable partitions that we pass when accumulating
1026   // overlapping unsplittable partitions.
1027   uint64_t SplitEndOffset = 0ull;
1028
1029   Partition New(0ull, 0ull, false);
1030
1031   for (unsigned i = 0, j = i, e = Partitions.size(); i != e; i = j) {
1032     ++j;
1033
1034     if (!Partitions[i].IsSplittable || New.BeginOffset == New.EndOffset) {
1035       assert(New.BeginOffset == New.EndOffset);
1036       New = Partitions[i];
1037     } else {
1038       assert(New.IsSplittable);
1039       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[i].EndOffset);
1040     }
1041     assert(New.BeginOffset != New.EndOffset);
1042
1043     // Scan the overlapping partitions.
1044     while (j != e && New.EndOffset > Partitions[j].BeginOffset) {
1045       // If the new partition we are forming is splittable, stop at the first
1046       // unsplittable partition.
1047       if (New.IsSplittable && !Partitions[j].IsSplittable)
1048         break;
1049
1050       // Grow the new partition to include any equally splittable range. 'j' is
1051       // always equally splittable when New is splittable, but when New is not
1052       // splittable, we may subsume some (or part of some) splitable partition
1053       // without growing the new one.
1054       if (New.IsSplittable == Partitions[j].IsSplittable) {
1055         New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, Partitions[j].EndOffset);
1056       } else {
1057         assert(!New.IsSplittable);
1058         assert(Partitions[j].IsSplittable);
1059         SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, Partitions[j].EndOffset);
1060       }
1061
1062       Partitions[j].kill();
1063       ++NumDeadPartitions;
1064       ++j;
1065     }
1066
1067     // If the new partition is splittable, chop off the end as soon as the
1068     // unsplittable subsequent partition starts and ensure we eventually cover
1069     // the splittable area.
1070     if (j != e && New.IsSplittable) {
1071       SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, New.EndOffset);
1072       New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
1073     }
1074
1075     // Add the new partition if it differs from the original one and is
1076     // non-empty. We can end up with an empty partition here if it was
1077     // splittable but there is an unsplittable one that starts at the same
1078     // offset.
1079     if (New != Partitions[i]) {
1080       if (New.BeginOffset != New.EndOffset)
1081         Partitions.push_back(New);
1082       // Mark the old one for removal.
1083       Partitions[i].kill();
1084       ++NumDeadPartitions;
1085     }
1086
1087     New.BeginOffset = New.EndOffset;
1088     if (!New.IsSplittable) {
1089       New.EndOffset = std::max(New.EndOffset, SplitEndOffset);
1090       if (j != e && !Partitions[j].IsSplittable)
1091         New.EndOffset = std::min(New.EndOffset, Partitions[j].BeginOffset);
1092       New.IsSplittable = true;
1093       // If there is a trailing splittable partition which won't be fused into
1094       // the next splittable partition go ahead and add it onto the partitions
1095       // list.
1096       if (New.BeginOffset < New.EndOffset &&
1097           (j == e || !Partitions[j].IsSplittable ||
1098            New.EndOffset < Partitions[j].BeginOffset)) {
1099         Partitions.push_back(New);
1100         New.BeginOffset = New.EndOffset = 0ull;
1101       }
1102     }
1103   }
1104
1105   // Re-sort the partitions now that they have been split and merged into
1106   // disjoint set of partitions. Also remove any of the dead partitions we've
1107   // replaced in the process.
1108   std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1109   if (NumDeadPartitions) {
1110     assert(Partitions.back().isDead());
1111     assert((ptrdiff_t)NumDeadPartitions ==
1112            std::count(Partitions.begin(), Partitions.end(), Partitions.back()));
1113   }
1114   Partitions.erase(Partitions.end() - NumDeadPartitions, Partitions.end());
1115 }
1116
1117 AllocaPartitioning::AllocaPartitioning(const TargetData &TD, AllocaInst &AI)
1118     :
1119 #ifndef NDEBUG
1120       AI(AI),
1121 #endif
1122       PointerEscapingInstr(0) {
1123   PartitionBuilder PB(TD, AI, *this);
1124   if (!PB())
1125     return;
1126
1127   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
1128   // and the sizes to be in descending order.
1129   std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
1130
1131   // Remove any partitions from the back which are marked as dead.
1132   while (!Partitions.empty() && Partitions.back().isDead())
1133     Partitions.pop_back();
1134
1135   if (Partitions.size() > 1) {
1136     // Intersect splittability for all partitions with equal offsets and sizes.
1137     // Then remove all but the first so that we have a sequence of non-equal but
1138     // potentially overlapping partitions.
1139     for (iterator I = Partitions.begin(), J = I, E = Partitions.end(); I != E;
1140          I = J) {
1141       ++J;
1142       while (J != E && *I == *J) {
1143         I->IsSplittable &= J->IsSplittable;
1144         ++J;
1145       }
1146     }
1147     Partitions.erase(std::unique(Partitions.begin(), Partitions.end()),
1148                      Partitions.end());
1149
1150     // Split splittable and merge unsplittable partitions into a disjoint set
1151     // of partitions over the used space of the allocation.
1152     splitAndMergePartitions();
1153   }
1154
1155   // Now build up the user lists for each of these disjoint partitions by
1156   // re-walking the recursive users of the alloca.
1157   Uses.resize(Partitions.size());
1158   UseBuilder UB(TD, AI, *this);
1159   UB();
1160 }
1161
1162 Type *AllocaPartitioning::getCommonType(iterator I) const {
1163   Type *Ty = 0;
1164   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I); UI != UE; ++UI) {
1165     if (!UI->U)
1166       continue; // Skip dead uses.
1167     if (isa<IntrinsicInst>(*UI->U->getUser()))
1168       continue;
1169     if (UI->BeginOffset != I->BeginOffset || UI->EndOffset != I->EndOffset)
1170       continue;
1171
1172     Type *UserTy = 0;
1173     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UI->U->getUser())) {
1174       UserTy = LI->getType();
1175     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI->U->getUser())) {
1176       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1177     }
1178
1179     if (Ty && Ty != UserTy)
1180       return 0;
1181
1182     Ty = UserTy;
1183   }
1184   return Ty;
1185 }
1186
1187 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1188
1189 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1190                                StringRef Indent) const {
1191   OS << Indent << "partition #" << (I - begin())
1192      << " [" << I->BeginOffset << "," << I->EndOffset << ")"
1193      << (I->IsSplittable ? " (splittable)" : "")
1194      << (Uses[I - begin()].empty() ? " (zero uses)" : "")
1195      << "\n";
1196 }
1197
1198 void AllocaPartitioning::printUsers(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1199                                     StringRef Indent) const {
1200   for (const_use_iterator UI = use_begin(I), UE = use_end(I);
1201        UI != UE; ++UI) {
1202     if (!UI->U)
1203       continue; // Skip dead uses.
1204     OS << Indent << "  [" << UI->BeginOffset << "," << UI->EndOffset << ") "
1205        << "used by: " << *UI->U->getUser() << "\n";
1206     if (MemTransferInst *II = dyn_cast<MemTransferInst>(UI->U->getUser())) {
1207       const MemTransferOffsets &MTO = MemTransferInstData.lookup(II);
1208       bool IsDest;
1209       if (!MTO.IsSplittable)
1210         IsDest = UI->BeginOffset == MTO.DestBegin;
1211       else
1212         IsDest = MTO.DestBegin != 0u;
1213       OS << Indent << "    (original " << (IsDest ? "dest" : "source") << ": "
1214          << "[" << (IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin)
1215          << "," << (IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd) << ")\n";
1216     }
1217   }
1218 }
1219
1220 void AllocaPartitioning::print(raw_ostream &OS) const {
1221   if (PointerEscapingInstr) {
1222     OS << "No partitioning for alloca: " << AI << "\n"
1223        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
1224        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
1225     return;
1226   }
1227
1228   OS << "Partitioning of alloca: " << AI << "\n";
1229   unsigned Num = 0;
1230   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I, ++Num) {
1231     print(OS, I);
1232     printUsers(OS, I);
1233   }
1234 }
1235
1236 void AllocaPartitioning::dump(const_iterator I) const { print(dbgs(), I); }
1237 void AllocaPartitioning::dump() const { print(dbgs()); }
1238
1239 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1240
1241
1242 namespace {
1243 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
1244 ///
1245 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
1246 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
1247 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
1248 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
1249 /// scalar values.
1250 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1251   AllocaInst &AI;
1252   DIBuilder &DIB;
1253
1254   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
1255   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
1256
1257 public:
1258   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
1259                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
1260     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
1261
1262   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
1263     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
1264     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
1265       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
1266                                UE = DebugNode->use_end();
1267            UI != UE; ++UI)
1268         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
1269           DDIs.push_back(DDI);
1270         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
1271           DVIs.push_back(DVI);
1272     }
1273
1274     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1275     AI.eraseFromParent();
1276     while (!DDIs.empty())
1277       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1278     while (!DVIs.empty())
1279       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1280   }
1281
1282   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
1283                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
1284     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1285       return LI->getOperand(0) == &AI;
1286     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == &AI;
1287   }
1288
1289   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
1290     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::const_iterator I = DDIs.begin(),
1291            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1292       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1293       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1294         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
1295       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
1296         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
1297     }
1298     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::const_iterator I = DVIs.begin(),
1299            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1300       DbgValueInst *DVI = *I;
1301       Value *Arg = NULL;
1302       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1303         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
1304         // may be zapped by an optimization pass in future.
1305         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
1306           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
1307         if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
1308           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
1309         if (!Arg)
1310           Arg = SI->getOperand(0);
1311       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
1312         Arg = LI->getOperand(0);
1313       } else {
1314         continue;
1315       }
1316       Instruction *DbgVal =
1317         DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
1318                                      Inst);
1319       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1320     }
1321   }
1322 };
1323 } // end anon namespace
1324
1325
1326 namespace {
1327 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
1328 ///
1329 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
1330 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
1331 /// a few steps to this process.
1332 ///
1333 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
1334 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
1335 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
1336 ///    as necessary and try to isolate invidual scalar accesses.
1337 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
1338 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
1339 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
1340 ///    select to be a PHI or select of the results.
1341 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
1342 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
1343 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
1344 ///    SSA vector values.
1345 class SROA : public FunctionPass {
1346   const bool RequiresDomTree;
1347
1348   LLVMContext *C;
1349   const TargetData *TD;
1350   DominatorTree *DT;
1351
1352   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
1353   ///
1354   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
1355   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
1356   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
1357   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
1358   /// already present to ensure it is re-visited.
1359   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
1360
1361   /// \brief A collection of instructions to delete.
1362   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
1363   /// efficient.
1364   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
1365
1366   /// \brief A set to prevent repeatedly marking an instruction split into many
1367   /// uses as dead. Only used to guard insertion into DeadInsts.
1368   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DeadSplitInsts;
1369
1370   /// \brief Post-promotion worklist.
1371   ///
1372   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
1373   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
1374   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
1375   ///
1376   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
1377   /// the event they are deleted.
1378   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
1379
1380   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
1381   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
1382
1383 public:
1384   SROA(bool RequiresDomTree = true)
1385       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
1386         C(0), TD(0), DT(0) {
1387     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1388   }
1389   bool runOnFunction(Function &F);
1390   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1391
1392   const char *getPassName() const { return "SROA"; }
1393   static char ID;
1394
1395 private:
1396   friend class PHIOrSelectSpeculator;
1397   friend class AllocaPartitionRewriter;
1398   friend class AllocaPartitionVectorRewriter;
1399
1400   bool rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
1401                               AllocaPartitioning &P,
1402                               AllocaPartitioning::iterator PI);
1403   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P);
1404   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
1405   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> &DeletedAllocas);
1406   bool promoteAllocas(Function &F);
1407 };
1408 }
1409
1410 char SROA::ID = 0;
1411
1412 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
1413   return new SROA(RequiresDomTree);
1414 }
1415
1416 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1417                       false, false)
1418 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
1419 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1420                     false, false)
1421
1422 namespace {
1423 /// \brief Visitor to speculate PHIs and Selects where possible.
1424 class PHIOrSelectSpeculator : public InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator> {
1425   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
1426   friend class llvm::InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator>;
1427
1428   const TargetData &TD;
1429   AllocaPartitioning &P;
1430   SROA &Pass;
1431
1432 public:
1433   PHIOrSelectSpeculator(const TargetData &TD, AllocaPartitioning &P, SROA &Pass)
1434     : TD(TD), P(P), Pass(Pass) {}
1435
1436   /// \brief Visit the users of an alloca partition and rewrite them.
1437   void visitUsers(AllocaPartitioning::const_iterator PI) {
1438     // Note that we need to use an index here as the underlying vector of uses
1439     // may be grown during speculation. However, we never need to re-visit the
1440     // new uses, and so we can use the initial size bound.
1441     for (unsigned Idx = 0, Size = P.use_size(PI); Idx != Size; ++Idx) {
1442       const AllocaPartitioning::PartitionUse &PU = P.getUse(PI, Idx);
1443       if (!PU.U)
1444         continue; // Skip dead use.
1445
1446       visit(cast<Instruction>(PU.U->getUser()));
1447     }
1448   }
1449
1450 private:
1451   // By default, skip this instruction.
1452   void visitInstruction(Instruction &I) {}
1453
1454   /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1455   /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1456   /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1457   /// From this:
1458   ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1459   ///   %V = load i32* %P2
1460   /// to:
1461   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1462   ///   ...
1463   ///   %V2 = load i32* %Other
1464   ///   ...
1465   ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1466   ///
1467   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1468   /// to the select can be loaded unconditionally.
1469   ///
1470   /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1471   /// Transforms/Util/Local.h
1472   bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN, SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
1473     // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1474     // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1475     // TODO: Allow recursive phi users.
1476     // TODO: Allow stores.
1477     BasicBlock *BB = PN.getParent();
1478     unsigned MaxAlign = 0;
1479     for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end();
1480          UI != UE; ++UI) {
1481       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1482       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1483
1484       // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1485       // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1486       // a PHI.
1487       if (LI->getParent() != BB) return false;
1488
1489       // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1490       // could store.
1491       for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1492         if (BBI->mayWriteToMemory())
1493           return false;
1494
1495       MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1496       Loads.push_back(LI);
1497     }
1498
1499     // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1500     // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1501     // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1502     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num;
1503          ++Idx) {
1504       TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1505       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1506
1507       // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1508       // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1509       // in the predecessor.
1510       if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1511         return false;
1512
1513       // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1514       // critical.
1515       if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1516         continue;
1517
1518       // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1519       // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1520       // block.
1521       if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1522           isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, &TD))
1523         continue;
1524
1525       return false;
1526     }
1527
1528     return true;
1529   }
1530
1531   void visitPHINode(PHINode &PN) {
1532     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1533
1534     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
1535     if (!isSafePHIToSpeculate(PN, Loads))
1536       return;
1537
1538     assert(!Loads.empty());
1539
1540     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1541     IRBuilder<> PHIBuilder(&PN);
1542     PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1543                                           PN.getName() + ".sroa.speculated");
1544
1545     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1546     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1547     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(Loads.back());
1548     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1549     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1550
1551     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1552     do {
1553       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
1554       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1555       Pass.DeadInsts.push_back(LI);
1556     } while (!Loads.empty());
1557
1558     // Inject loads into all of the pred blocks.
1559     for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1560       BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1561       TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1562       Use *InUse = &PN.getOperandUse(PN.getOperandNumForIncomingValue(Idx));
1563       Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1564       IRBuilder<> PredBuilder(TI);
1565
1566       LoadInst *Load
1567         = PredBuilder.CreateLoad(InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." +
1568                                          Pred->getName()));
1569       ++NumLoadsSpeculated;
1570       Load->setAlignment(Align);
1571       if (TBAATag)
1572         Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1573       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1574
1575       Instruction *Ptr = dyn_cast<Instruction>(InVal);
1576       if (!Ptr)
1577         // No uses to rewrite.
1578         continue;
1579
1580       // Try to lookup and rewrite any partition uses corresponding to this phi
1581       // input.
1582       AllocaPartitioning::iterator PI
1583         = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(InUse);
1584       if (PI == P.end())
1585         continue;
1586
1587       // Replace the Use in the PartitionUse for this operand with the Use
1588       // inside the load.
1589       AllocaPartitioning::use_iterator UI
1590         = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(InUse);
1591       assert(isa<PHINode>(*UI->U->getUser()));
1592       UI->U = &Load->getOperandUse(Load->getPointerOperandIndex());
1593     }
1594     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1595   }
1596
1597   /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1598   /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1599   /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1600   /// From this:
1601   ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1602   ///   %V = load i32* %P2
1603   /// to:
1604   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1605   ///   %V2 = load i32* %Other
1606   ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1607   ///
1608   /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1609   /// to the select can be loaded unconditionally.
1610   bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
1611                                SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
1612     Value *TValue = SI.getTrueValue();
1613     Value *FValue = SI.getFalseValue();
1614     bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
1615     bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
1616
1617     for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end();
1618          UI != UE; ++UI) {
1619       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1620       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1621
1622       // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1623       // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1624       // accesses to it.
1625       if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI,
1626                                                       LI->getAlignment(), &TD))
1627         return false;
1628       if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI,
1629                                                       LI->getAlignment(), &TD))
1630         return false;
1631       Loads.push_back(LI);
1632     }
1633
1634     return true;
1635   }
1636
1637   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
1638     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1639     IRBuilder<> IRB(&SI);
1640
1641     // If the select isn't safe to speculate, just use simple logic to emit it.
1642     SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
1643     if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, Loads))
1644       return;
1645
1646     Use *Ops[2] = { &SI.getOperandUse(1), &SI.getOperandUse(2) };
1647     AllocaPartitioning::iterator PIs[2];
1648     AllocaPartitioning::PartitionUse PUs[2];
1649     for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
1650       PIs[i] = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
1651       if (PIs[i] != P.end()) {
1652         // If the pointer is within the partitioning, remove the select from
1653         // its uses. We'll add in the new loads below.
1654         AllocaPartitioning::use_iterator UI
1655           = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
1656         PUs[i] = *UI;
1657         // Clear out the use here so that the offsets into the use list remain
1658         // stable but this use is ignored when rewriting.
1659         UI->U = 0;
1660       }
1661     }
1662
1663     Value *TV = SI.getTrueValue();
1664     Value *FV = SI.getFalseValue();
1665     // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1666     while (!Loads.empty()) {
1667       LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
1668
1669       IRB.SetInsertPoint(LI);
1670       LoadInst *TL =
1671         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1672       LoadInst *FL =
1673         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1674       NumLoadsSpeculated += 2;
1675
1676       // Transfer alignment and TBAA info if present.
1677       TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1678       FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1679       if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1680         TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1681         FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1682       }
1683
1684       Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1685                                   LI->getName() + ".sroa.speculated");
1686
1687       LoadInst *Loads[2] = { TL, FL };
1688       for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
1689         if (PIs[i] != P.end()) {
1690           Use *LoadUse = &Loads[i]->getOperandUse(0);
1691           assert(PUs[i].U->get() == LoadUse->get());
1692           PUs[i].U = LoadUse;
1693           P.use_push_back(PIs[i], PUs[i]);
1694         }
1695       }
1696
1697       DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1698       LI->replaceAllUsesWith(V);
1699       Pass.DeadInsts.push_back(LI);
1700     }
1701   }
1702 };
1703 }
1704
1705 /// \brief Accumulate the constant offsets in a GEP into a single APInt offset.
1706 ///
1707 /// If the provided GEP is all-constant, the total byte offset formed by the
1708 /// GEP is computed and Offset is set to it. If the GEP has any non-constant
1709 /// operands, the function returns false and the value of Offset is unmodified.
1710 static bool accumulateGEPOffsets(const TargetData &TD, GEPOperator &GEP,
1711                                  APInt &Offset) {
1712   APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1713   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1714        GTI != GTE; ++GTI) {
1715     ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1716     if (!OpC)
1717       return false;
1718     if (OpC->isZero()) continue;
1719
1720     // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
1721     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1722       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1723       const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1724       GEPOffset += APInt(Offset.getBitWidth(),
1725                          SL->getElementOffset(ElementIdx));
1726       continue;
1727     }
1728
1729     APInt TypeSize(Offset.getBitWidth(),
1730                    TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
1731     if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(*GTI)) {
1732       assert((VTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
1733              "vector element size is not a multiple of 8, cannot GEP over it");
1734       TypeSize = VTy->getScalarSizeInBits() / 8;
1735     }
1736
1737     GEPOffset += OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth()) * TypeSize;
1738   }
1739   Offset = GEPOffset;
1740   return true;
1741 }
1742
1743 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1744 ///
1745 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1746 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1747 static Value *buildGEP(IRBuilder<> &IRB, Value *BasePtr,
1748                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1749                        const Twine &Prefix) {
1750   if (Indices.empty())
1751     return BasePtr;
1752
1753   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1754   // in that case.
1755   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1756     return BasePtr;
1757
1758   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, Prefix + ".idx");
1759 }
1760
1761 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1762 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1763 ///
1764 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1765 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1766 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1767 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1768 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1769 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1770 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1771                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1772                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1773                                     const Twine &Prefix) {
1774   if (Ty == TargetTy)
1775     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1776
1777   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1778   // type.
1779   unsigned NumLayers = 0;
1780   Type *ElementTy = Ty;
1781   do {
1782     if (ElementTy->isPointerTy())
1783       break;
1784     if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
1785       ElementTy = SeqTy->getElementType();
1786       Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(TD.getPointerSizeInBits(), 0)));
1787     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1788       ElementTy = *STy->element_begin();
1789       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1790     } else {
1791       break;
1792     }
1793     ++NumLayers;
1794   } while (ElementTy != TargetTy);
1795   if (ElementTy != TargetTy)
1796     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1797
1798   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
1799 }
1800
1801 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1802 ///
1803 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1804 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1805 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1806                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1807                                        Type *TargetTy,
1808                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1809                                        const Twine &Prefix) {
1810   if (Offset == 0)
1811     return getNaturalGEPWithType(IRB, TD, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, Prefix);
1812
1813   // We can't recurse through pointer types.
1814   if (Ty->isPointerTy())
1815     return 0;
1816
1817   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1818   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1819   // over a vector from the IR completely.
1820   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1821     unsigned ElementSizeInBits = VecTy->getScalarSizeInBits();
1822     if (ElementSizeInBits % 8)
1823       return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1824     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1825     APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1826     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1827       return 0;
1828     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1829     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1830     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, VecTy->getElementType(),
1831                                     Offset, TargetTy, Indices, Prefix);
1832   }
1833
1834   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1835     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1836     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1837     APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1838     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1839       return 0;
1840
1841     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1842     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1843     return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1844                                     Indices, Prefix);
1845   }
1846
1847   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1848   if (!STy)
1849     return 0;
1850
1851   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1852   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1853   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1854     return 0;
1855   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1856   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1857   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1858   if (Offset.uge(TD.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1859     return 0; // The offset points into alignment padding.
1860
1861   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1862   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1863                                   Indices, Prefix);
1864 }
1865
1866 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1867 /// resulting in a particular type.
1868 ///
1869 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1870 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1871 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1872 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1873 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1874 ///
1875 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1876 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1877                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1878                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1879                                       const Twine &Prefix) {
1880   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1881
1882   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1883   // an i8.
1884   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
1885     return 0;
1886
1887   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1888   if (!ElementTy->isSized())
1889     return 0; // We can't GEP through an unsized element.
1890   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
1891   if (ElementSize == 0)
1892     return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1893   APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
1894
1895   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1896   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1897   return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1898                                   Indices, Prefix);
1899 }
1900
1901 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1902 /// resulting pointer has PointerTy.
1903 ///
1904 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1905 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1906 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1907 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1908 /// bitcast to the type.
1909 ///
1910 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1911 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1912 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1913 /// properities. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1914 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1915 /// surrounding code.
1916 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
1917                              Value *Ptr, APInt Offset, Type *PointerTy,
1918                              const Twine &Prefix) {
1919   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1920   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1921   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1922   Visited.insert(Ptr);
1923   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1924
1925   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1926   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1927   // fall back to it, so keep it around here.
1928   Value *OffsetPtr = 0;
1929
1930   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1931   // byte offset.
1932   Value *Int8Ptr = 0;
1933   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1934
1935   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1936
1937   do {
1938     // First fold any existing GEPs into the offset.
1939     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1940       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1941       if (!accumulateGEPOffsets(TD, *GEP, GEPOffset))
1942         break;
1943       Offset += GEPOffset;
1944       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1945       if (!Visited.insert(Ptr))
1946         break;
1947     }
1948
1949     // See if we can perform a natural GEP here.
1950     Indices.clear();
1951     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, TD, Ptr, Offset, TargetTy,
1952                                            Indices, Prefix)) {
1953       if (P->getType() == PointerTy) {
1954         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1955         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1956           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1957             I->eraseFromParent();
1958         return P;
1959       }
1960       if (!OffsetPtr) {
1961         OffsetPtr = P;
1962       }
1963     }
1964
1965     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1966     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1967       Int8Ptr = Ptr;
1968       Int8PtrOffset = Offset;
1969     }
1970
1971     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1972     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1973       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1974     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1975       if (GA->mayBeOverridden())
1976         break;
1977       Ptr = GA->getAliasee();
1978     } else {
1979       break;
1980     }
1981     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1982   } while (Visited.insert(Ptr));
1983
1984   if (!OffsetPtr) {
1985     if (!Int8Ptr) {
1986       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
1987                                   Prefix + ".raw_cast");
1988       Int8PtrOffset = Offset;
1989     }
1990
1991     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1992       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1993                             Prefix + ".raw_idx");
1994   }
1995   Ptr = OffsetPtr;
1996
1997   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1998   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1999     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, Prefix + ".cast");
2000
2001   return Ptr;
2002 }
2003
2004 /// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to a vector.
2005 ///
2006 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
2007 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
2008 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
2009 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
2010 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
2011 /// be promotable, so we have an early test here.
2012 static bool isVectorPromotionViable(const TargetData &TD,
2013                                     Type *AllocaTy,
2014                                     AllocaPartitioning &P,
2015                                     uint64_t PartitionBeginOffset,
2016                                     uint64_t PartitionEndOffset,
2017                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2018                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2019   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
2020   if (!Ty)
2021     return false;
2022
2023   uint64_t VecSize = TD.getTypeSizeInBits(Ty);
2024   uint64_t ElementSize = Ty->getScalarSizeInBits();
2025
2026   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
2027   // that aren't byte sized.
2028   if (ElementSize % 8)
2029     return false;
2030   assert((VecSize % 8) == 0 && "vector size not a multiple of element size?");
2031   VecSize /= 8;
2032   ElementSize /= 8;
2033
2034   for (; I != E; ++I) {
2035     if (!I->U)
2036       continue; // Skip dead use.
2037
2038     uint64_t BeginOffset = I->BeginOffset - PartitionBeginOffset;
2039     uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
2040     if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
2041         BeginIndex >= Ty->getNumElements())
2042       return false;
2043     uint64_t EndOffset = I->EndOffset - PartitionBeginOffset;
2044     uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
2045     if (EndIndex * ElementSize != EndOffset ||
2046         EndIndex > Ty->getNumElements())
2047       return false;
2048
2049     // FIXME: We should build shuffle vector instructions to handle
2050     // non-element-sized accesses.
2051     if ((EndOffset - BeginOffset) != ElementSize &&
2052         (EndOffset - BeginOffset) != VecSize)
2053       return false;
2054
2055     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
2056       if (MI->isVolatile())
2057         return false;
2058       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
2059         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2060           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
2061         if (!MTO.IsSplittable)
2062           return false;
2063       }
2064     } else if (I->U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
2065       // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
2066       return false;
2067     } else if (!isa<LoadInst>(I->U->getUser()) &&
2068                !isa<StoreInst>(I->U->getUser())) {
2069       return false;
2070     }
2071   }
2072   return true;
2073 }
2074
2075 /// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to an int.
2076 ///
2077 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
2078 /// partition (and its newly formed alloca) into an integer alloca suitable for
2079 /// promotion to an SSA value. We only can ensure this for a limited set of
2080 /// operations, and we don't want to do the rewrites unless we are confident
2081 /// that the result will be promotable, so we have an early test here.
2082 static bool isIntegerPromotionViable(const TargetData &TD,
2083                                      Type *AllocaTy,
2084                                      uint64_t AllocBeginOffset,
2085                                      AllocaPartitioning &P,
2086                                      AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2087                                      AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2088   IntegerType *Ty = dyn_cast<IntegerType>(AllocaTy);
2089   if (!Ty || 8*TD.getTypeStoreSize(Ty) != Ty->getBitWidth())
2090     return false;
2091
2092   // Check the uses to ensure the uses are (likely) promoteable integer uses.
2093   // Also ensure that the alloca has a covering load or store. We don't want
2094   // promote because of some other unsplittable entry (which we may make
2095   // splittable later) and lose the ability to promote each element access.
2096   bool WholeAllocaOp = false;
2097   for (; I != E; ++I) {
2098     if (!I->U)
2099       continue; // Skip dead use.
2100
2101     // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
2102     // the end of the aloca's type and into its padding.
2103     if ((I->EndOffset - AllocBeginOffset) > TD.getTypeStoreSize(Ty))
2104       return false;
2105
2106     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->U->getUser())) {
2107       if (LI->isVolatile() || !LI->getType()->isIntegerTy())
2108         return false;
2109       if (LI->getType() == Ty)
2110         WholeAllocaOp = true;
2111     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I->U->getUser())) {
2112       if (SI->isVolatile() || !SI->getValueOperand()->getType()->isIntegerTy())
2113         return false;
2114       if (SI->getValueOperand()->getType() == Ty)
2115         WholeAllocaOp = true;
2116     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
2117       if (MI->isVolatile())
2118         return false;
2119       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
2120         const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2121           = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
2122         if (!MTO.IsSplittable)
2123           return false;
2124       }
2125     } else {
2126       return false;
2127     }
2128   }
2129   return WholeAllocaOp;
2130 }
2131
2132 namespace {
2133 /// \brief Visitor to rewrite instructions using a partition of an alloca to
2134 /// use a new alloca.
2135 ///
2136 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
2137 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
2138 /// lives here.
2139 class AllocaPartitionRewriter : public InstVisitor<AllocaPartitionRewriter,
2140                                                    bool> {
2141   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2142   friend class llvm::InstVisitor<AllocaPartitionRewriter, bool>;
2143
2144   const TargetData &TD;
2145   AllocaPartitioning &P;
2146   SROA &Pass;
2147   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2148   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2149
2150   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2151   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2152   // non-null, we have some strict guarantees about the rewriten alloca:
2153   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2154   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2155   //     element.
2156   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2157   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2158   //     which are promotable via mem2reg.
2159   VectorType *VecTy;
2160   Type *ElementTy;
2161   uint64_t ElementSize;
2162
2163   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2164   // alloca has a promotion-targeted integer type due to passing
2165   // isIntegerPromotionViable above. If it is non-null does, the desired
2166   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2167   IntegerType *IntPromotionTy;
2168
2169   // The offset of the partition user currently being rewritten.
2170   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
2171   Use *OldUse;
2172   Instruction *OldPtr;
2173
2174   // The name prefix to use when rewriting instructions for this alloca.
2175   std::string NamePrefix;
2176
2177 public:
2178   AllocaPartitionRewriter(const TargetData &TD, AllocaPartitioning &P,
2179                           AllocaPartitioning::iterator PI,
2180                           SROA &Pass, AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2181                           uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset)
2182     : TD(TD), P(P), Pass(Pass),
2183       OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2184       NewAllocaBeginOffset(NewBeginOffset),
2185       NewAllocaEndOffset(NewEndOffset),
2186       VecTy(), ElementTy(), ElementSize(), IntPromotionTy(),
2187       BeginOffset(), EndOffset() {
2188   }
2189
2190   /// \brief Visit the users of the alloca partition and rewrite them.
2191   bool visitUsers(AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
2192                   AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
2193     if (isVectorPromotionViable(TD, NewAI.getAllocatedType(), P,
2194                                 NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset,
2195                                 I, E)) {
2196       ++NumVectorized;
2197       VecTy = cast<VectorType>(NewAI.getAllocatedType());
2198       ElementTy = VecTy->getElementType();
2199       assert((VecTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
2200              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2201       ElementSize = VecTy->getScalarSizeInBits() / 8;
2202     } else if (isIntegerPromotionViable(TD, NewAI.getAllocatedType(),
2203                                         NewAllocaBeginOffset, P, I, E)) {
2204       IntPromotionTy = cast<IntegerType>(NewAI.getAllocatedType());
2205     }
2206     bool CanSROA = true;
2207     for (; I != E; ++I) {
2208       if (!I->U)
2209         continue; // Skip dead uses.
2210       BeginOffset = I->BeginOffset;
2211       EndOffset = I->EndOffset;
2212       OldUse = I->U;
2213       OldPtr = cast<Instruction>(I->U->get());
2214       NamePrefix = (Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset)).str();
2215       CanSROA &= visit(cast<Instruction>(I->U->getUser()));
2216     }
2217     if (VecTy) {
2218       assert(CanSROA);
2219       VecTy = 0;
2220       ElementTy = 0;
2221       ElementSize = 0;
2222     }
2223     return CanSROA;
2224   }
2225
2226 private:
2227   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2228   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2229     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2230     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2231   }
2232
2233   Twine getName(const Twine &Suffix) {
2234     return NamePrefix + Suffix;
2235   }
2236
2237   Value *getAdjustedAllocaPtr(IRBuilder<> &IRB, Type *PointerTy) {
2238     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset);
2239     APInt Offset(TD.getPointerSizeInBits(), BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2240     return getAdjustedPtr(IRB, TD, &NewAI, Offset, PointerTy, getName(""));
2241   }
2242
2243   /// \brief Compute suitable alignment to access an offset into the new alloca.
2244   unsigned getOffsetAlign(uint64_t Offset) {
2245     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2246     if (!NewAIAlign)
2247       NewAIAlign = TD.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2248     return MinAlign(NewAIAlign, Offset);
2249   }
2250
2251   /// \brief Compute suitable alignment to access this partition of the new
2252   /// alloca.
2253   unsigned getPartitionAlign() {
2254     return getOffsetAlign(BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2255   }
2256
2257   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at an offset of the
2258   /// new alloca.
2259   ///
2260   /// \returns zero if the type's ABI alignment is a suitable alignment,
2261   /// otherwise returns the maximal suitable alignment.
2262   unsigned getOffsetTypeAlign(Type *Ty, uint64_t Offset) {
2263     unsigned Align = getOffsetAlign(Offset);
2264     return Align == TD.getABITypeAlignment(Ty) ? 0 : Align;
2265   }
2266
2267   /// \brief Compute suitable alignment to access a type at the beginning of
2268   /// this partition of the new alloca.
2269   ///
2270   /// See \c getOffsetTypeAlign for details; this routine delegates to it.
2271   unsigned getPartitionTypeAlign(Type *Ty) {
2272     return getOffsetTypeAlign(Ty, BeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2273   }
2274
2275   ConstantInt *getIndex(IRBuilder<> &IRB, uint64_t Offset) {
2276     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2277     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2278     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2279     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2280     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2281     return IRB.getInt32(Index);
2282   }
2283
2284   Value *extractInteger(IRBuilder<> &IRB, IntegerType *TargetTy,
2285                         uint64_t Offset) {
2286     assert(IntPromotionTy && "Alloca is not an integer we can extract from");
2287     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2288                                      getName(".load"));
2289     assert(Offset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2290     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2291     assert(TD.getTypeStoreSize(TargetTy) + RelOffset <=
2292            TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) &&
2293            "Element load outside of alloca store");
2294     uint64_t ShAmt = 8*RelOffset;
2295     if (TD.isBigEndian())
2296       ShAmt = 8*(TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) -
2297                  TD.getTypeStoreSize(TargetTy) - RelOffset);
2298     if (ShAmt)
2299       V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, getName(".shift"));
2300     if (TargetTy != IntPromotionTy) {
2301       assert(TargetTy->getBitWidth() < IntPromotionTy->getBitWidth() &&
2302              "Cannot extract to a larger integer!");
2303       V = IRB.CreateTrunc(V, TargetTy, getName(".trunc"));
2304     }
2305     return V;
2306   }
2307
2308   StoreInst *insertInteger(IRBuilder<> &IRB, Value *V, uint64_t Offset) {
2309     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
2310     if (Ty == IntPromotionTy)
2311       return IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2312
2313     assert(Ty->getBitWidth() < IntPromotionTy->getBitWidth() &&
2314            "Cannot insert a larger integer!");
2315     V = IRB.CreateZExt(V, IntPromotionTy, getName(".ext"));
2316     assert(Offset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2317     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2318     assert(TD.getTypeStoreSize(Ty) + RelOffset <=
2319            TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) &&
2320            "Element store outside of alloca store");
2321     uint64_t ShAmt = 8*RelOffset;
2322     if (TD.isBigEndian())
2323       ShAmt = 8*(TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) - TD.getTypeStoreSize(Ty)
2324                  - RelOffset);
2325     if (ShAmt)
2326       V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, getName(".shift"));
2327
2328     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntPromotionTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
2329     Value *Old = IRB.CreateAnd(IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI,
2330                                                      NewAI.getAlignment(),
2331                                                      getName(".oldload")),
2332                                Mask, getName(".mask"));
2333     return IRB.CreateAlignedStore(IRB.CreateOr(Old, V, getName(".insert")),
2334                                   &NewAI, NewAI.getAlignment());
2335   }
2336
2337   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2338     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2339     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2340       Pass.DeadInsts.push_back(I);
2341   }
2342
2343   Value *getValueCast(IRBuilder<> &IRB, Value *V, Type *Ty) {
2344     if (V->getType()->isIntegerTy() && Ty->isPointerTy())
2345       return IRB.CreateIntToPtr(V, Ty);
2346     if (V->getType()->isPointerTy() && Ty->isIntegerTy())
2347       return IRB.CreatePtrToInt(V, Ty);
2348
2349     return IRB.CreateBitCast(V, Ty);
2350   }
2351
2352   bool rewriteVectorizedLoadInst(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI, Value *OldOp) {
2353     Value *Result;
2354     if (LI.getType() == VecTy->getElementType() ||
2355         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2356       Result = IRB.CreateExtractElement(
2357         IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), getName(".load")),
2358         getIndex(IRB, BeginOffset), getName(".extract"));
2359     } else {
2360       Result = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2361                                      getName(".load"));
2362     }
2363     if (Result->getType() != LI.getType())
2364       Result = getValueCast(IRB, Result, LI.getType());
2365     LI.replaceAllUsesWith(Result);
2366     Pass.DeadInsts.push_back(&LI);
2367
2368     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Result << "\n");
2369     return true;
2370   }
2371
2372   bool rewriteIntegerLoad(IRBuilder<> &IRB, LoadInst &LI) {
2373     assert(!LI.isVolatile());
2374     Value *Result = extractInteger(IRB, cast<IntegerType>(LI.getType()),
2375                                    BeginOffset);
2376     LI.replaceAllUsesWith(Result);
2377     Pass.DeadInsts.push_back(&LI);
2378     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Result << "\n");
2379     return true;
2380   }
2381
2382   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2383     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2384     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2385     assert(OldOp == OldPtr);
2386     IRBuilder<> IRB(&LI);
2387
2388     if (VecTy)
2389       return rewriteVectorizedLoadInst(IRB, LI, OldOp);
2390     if (IntPromotionTy)
2391       return rewriteIntegerLoad(IRB, LI);
2392
2393     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2394                                          LI.getPointerOperand()->getType());
2395     LI.setOperand(0, NewPtr);
2396     LI.setAlignment(getPartitionTypeAlign(LI.getType()));
2397     DEBUG(dbgs() << "          to: " << LI << "\n");
2398
2399     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2400     return NewPtr == &NewAI && !LI.isVolatile();
2401   }
2402
2403   bool rewriteVectorizedStoreInst(IRBuilder<> &IRB, StoreInst &SI,
2404                                   Value *OldOp) {
2405     Value *V = SI.getValueOperand();
2406     if (V->getType() == ElementTy ||
2407         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2408       if (V->getType() != ElementTy)
2409         V = getValueCast(IRB, V, ElementTy);
2410       LoadInst *LI = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2411                                            getName(".load"));
2412       V = IRB.CreateInsertElement(LI, V, getIndex(IRB, BeginOffset),
2413                                   getName(".insert"));
2414     } else if (V->getType() != VecTy) {
2415       V = getValueCast(IRB, V, VecTy);
2416     }
2417     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2418     Pass.DeadInsts.push_back(&SI);
2419
2420     (void)Store;
2421     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2422     return true;
2423   }
2424
2425   bool rewriteIntegerStore(IRBuilder<> &IRB, StoreInst &SI) {
2426     assert(!SI.isVolatile());
2427     StoreInst *Store = insertInteger(IRB, SI.getValueOperand(), BeginOffset);
2428     Pass.DeadInsts.push_back(&SI);
2429     (void)Store;
2430     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2431     return true;
2432   }
2433
2434   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2435     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2436     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2437     assert(OldOp == OldPtr);
2438     IRBuilder<> IRB(&SI);
2439
2440     if (VecTy)
2441       return rewriteVectorizedStoreInst(IRB, SI, OldOp);
2442     if (IntPromotionTy)
2443       return rewriteIntegerStore(IRB, SI);
2444
2445     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2446     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2447     if (SI.getValueOperand()->getType()->isPointerTy())
2448       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(SI.getValueOperand()
2449                                                   ->stripInBoundsOffsets()))
2450         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2451
2452     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2453                                          SI.getPointerOperand()->getType());
2454     SI.setOperand(1, NewPtr);
2455     SI.setAlignment(getPartitionTypeAlign(SI.getValueOperand()->getType()));
2456     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2457
2458     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2459     return NewPtr == &NewAI && !SI.isVolatile();
2460   }
2461
2462   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2463     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2464     IRBuilder<> IRB(&II);
2465     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2466
2467     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2468     // pointer to the new alloca.
2469     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2470       II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
2471       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2472       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getPartitionAlign()));
2473
2474       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2475       return false;
2476     }
2477
2478     // Record this instruction for deletion.
2479     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2480       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2481
2482     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2483     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2484
2485     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2486     // a single value type, just emit a memset.
2487     if (!VecTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2488                    EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2489                    !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2490                    !TD.isLegalInteger(TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy)))) {
2491       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2492       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2493       CallInst *New
2494         = IRB.CreateMemSet(getAdjustedAllocaPtr(IRB,
2495                                                 II.getRawDest()->getType()),
2496                            II.getValue(), Size, getPartitionAlign(),
2497                            II.isVolatile());
2498       (void)New;
2499       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2500       return false;
2501     }
2502
2503     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2504     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2505     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2506     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, bitcasting to the
2507     // desired scalar type, and splatting it across any desired vector type.
2508     Value *V = II.getValue();
2509     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2510     Type *IntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(),
2511                                   TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy));
2512     if (TD.getTypeSizeInBits(ScalarTy) > VTy->getBitWidth())
2513       V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, IntTy, getName(".zext")),
2514                         ConstantExpr::getUDiv(
2515                           Constant::getAllOnesValue(IntTy),
2516                           ConstantExpr::getZExt(
2517                             Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2518                             IntTy)),
2519                         getName(".isplat"));
2520     if (V->getType() != ScalarTy) {
2521       if (ScalarTy->isPointerTy())
2522         V = IRB.CreateIntToPtr(V, ScalarTy);
2523       else if (ScalarTy->isPrimitiveType() || ScalarTy->isVectorTy())
2524         V = IRB.CreateBitCast(V, ScalarTy);
2525       else if (ScalarTy->isIntegerTy())
2526         llvm_unreachable("Computed different integer types with equal widths");
2527       else
2528         llvm_unreachable("Invalid scalar type");
2529     }
2530
2531     // If this is an element-wide memset of a vectorizable alloca, insert it.
2532     if (VecTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2533                   EndOffset < NewAllocaEndOffset)) {
2534       StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(
2535         IRB.CreateInsertElement(IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI,
2536                                                       NewAI.getAlignment(),
2537                                                       getName(".load")),
2538                                 V, getIndex(IRB, BeginOffset),
2539                                 getName(".insert")),
2540         &NewAI, NewAI.getAlignment());
2541       (void)Store;
2542       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2543       return true;
2544     }
2545
2546     // Splat to a vector if needed.
2547     if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy)) {
2548       VectorType *SplatSourceTy = VectorType::get(V->getType(), 1);
2549       V = IRB.CreateShuffleVector(
2550         IRB.CreateInsertElement(UndefValue::get(SplatSourceTy), V,
2551                                 IRB.getInt32(0), getName(".vsplat.insert")),
2552         UndefValue::get(SplatSourceTy),
2553         ConstantVector::getSplat(VecTy->getNumElements(), IRB.getInt32(0)),
2554         getName(".vsplat.shuffle"));
2555       assert(V->getType() == VecTy);
2556     }
2557
2558     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2559                                         II.isVolatile());
2560     (void)New;
2561     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2562     return !II.isVolatile();
2563   }
2564
2565   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2566     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2567     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2568
2569     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2570     IRBuilder<> IRB(&II);
2571
2572     assert(II.getRawSource() == OldPtr || II.getRawDest() == OldPtr);
2573     bool IsDest = II.getRawDest() == OldPtr;
2574
2575     const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
2576       = P.getMemTransferOffsets(II);
2577
2578     // Compute the relative offset within the transfer.
2579     unsigned IntPtrWidth = TD.getPointerSizeInBits();
2580     APInt RelOffset(IntPtrWidth, BeginOffset - (IsDest ? MTO.DestBegin
2581                                                        : MTO.SourceBegin));
2582
2583     unsigned Align = II.getAlignment();
2584     if (Align > 1)
2585       Align = MinAlign(RelOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue(),
2586                        MinAlign(II.getAlignment(), getPartitionAlign()));
2587
2588     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2589     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2590     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2591     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2592     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2593     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2594     // update both source and dest of a single call.
2595     if (!MTO.IsSplittable) {
2596       Value *OldOp = IsDest ? II.getRawDest() : II.getRawSource();
2597       if (IsDest)
2598         II.setDest(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawDest()->getType()));
2599       else
2600         II.setSource(getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getRawSource()->getType()));
2601
2602       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2603       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, Align));
2604
2605       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2606       deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2607       return false;
2608     }
2609     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2610     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2611     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2612     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2613     // downsides to splitting and transforming the operations.
2614
2615     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2616     // a single value type, just emit a memcpy.
2617     bool EmitMemCpy
2618       = !VecTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2619                    EndOffset != NewAllocaEndOffset ||
2620                    !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2621
2622     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2623     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2624     // a no-op.
2625     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2626       uint64_t OrigBegin = IsDest ? MTO.DestBegin : MTO.SourceBegin;
2627       uint64_t OrigEnd = IsDest ? MTO.DestEnd : MTO.SourceEnd;
2628       // Ensure the start lines up.
2629       assert(BeginOffset == OrigBegin);
2630       (void)OrigBegin;
2631
2632       // Rewrite the size as needed.
2633       if (EndOffset != OrigEnd)
2634         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2635                                       EndOffset - BeginOffset));
2636       return false;
2637     }
2638     // Record this instruction for deletion.
2639     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2640       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2641
2642     bool IsVectorElement = VecTy && (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2643                                      EndOffset < NewAllocaEndOffset);
2644
2645     Type *OtherPtrTy = IsDest ? II.getRawSource()->getType()
2646                               : II.getRawDest()->getType();
2647     if (!EmitMemCpy)
2648       OtherPtrTy = IsVectorElement ? VecTy->getElementType()->getPointerTo()
2649                                    : NewAI.getType();
2650
2651     // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2652     // a single, simple GEP in most cases.
2653     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2654     OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, TD, OtherPtr, RelOffset, OtherPtrTy,
2655                               getName("." + OtherPtr->getName()));
2656
2657     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2658     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2659     if (AllocaInst *AI
2660           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets()))
2661       Pass.Worklist.insert(AI);
2662
2663     if (EmitMemCpy) {
2664       Value *OurPtr
2665         = getAdjustedAllocaPtr(IRB, IsDest ? II.getRawDest()->getType()
2666                                            : II.getRawSource()->getType());
2667       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2668       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, EndOffset - BeginOffset);
2669
2670       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(IsDest ? OurPtr : OtherPtr,
2671                                        IsDest ? OtherPtr : OurPtr,
2672                                        Size, Align, II.isVolatile());
2673       (void)New;
2674       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2675       return false;
2676     }
2677
2678     // Note that we clamp the alignment to 1 here as a 0 alignment for a memcpy
2679     // is equivalent to 1, but that isn't true if we end up rewriting this as
2680     // a load or store.
2681     if (!Align)
2682       Align = 1;
2683
2684     Value *SrcPtr = OtherPtr;
2685     Value *DstPtr = &NewAI;
2686     if (!IsDest)
2687       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2688
2689     Value *Src;
2690     if (IsVectorElement && !IsDest) {
2691       // We have to extract rather than load.
2692       Src = IRB.CreateExtractElement(
2693         IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, getName(".copyload")),
2694         getIndex(IRB, BeginOffset),
2695         getName(".copyextract"));
2696     } else {
2697       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, Align, II.isVolatile(),
2698                                   getName(".copyload"));
2699     }
2700
2701     if (IsVectorElement && IsDest) {
2702       // We have to insert into a loaded copy before storing.
2703       Src = IRB.CreateInsertElement(
2704         IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), getName(".load")),
2705         Src, getIndex(IRB, BeginOffset),
2706         getName(".insert"));
2707     }
2708
2709     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2710       IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, Align, II.isVolatile()));
2711     (void)Store;
2712     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2713     return !II.isVolatile();
2714   }
2715
2716   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2717     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2718            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2719     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2720     IRBuilder<> IRB(&II);
2721     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2722
2723     // Record this instruction for deletion.
2724     if (Pass.DeadSplitInsts.insert(&II))
2725       Pass.DeadInsts.push_back(&II);
2726
2727     ConstantInt *Size
2728       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2729                          EndOffset - BeginOffset);
2730     Value *Ptr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, II.getArgOperand(1)->getType());
2731     Value *New;
2732     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2733       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2734     else
2735       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2736
2737     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2738     return true;
2739   }
2740
2741   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2742     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2743
2744     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2745     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2746     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2747     // dominate the PHI.
2748     IRBuilder<> PtrBuilder(cast<Instruction>(OldPtr));
2749
2750     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2751     // Replace the operands which were using the old pointer.
2752     User::op_iterator OI = PN.op_begin(), OE = PN.op_end();
2753     for (; OI != OE; ++OI)
2754       if (*OI == OldPtr)
2755         *OI = NewPtr;
2756
2757     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2758     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2759     return false;
2760   }
2761
2762   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2763     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2764     IRBuilder<> IRB(&SI);
2765
2766     // Find the operand we need to rewrite here.
2767     bool IsTrueVal = SI.getTrueValue() == OldPtr;
2768     if (IsTrueVal)
2769       assert(SI.getFalseValue() != OldPtr && "Pointer is both operands!");
2770     else
2771       assert(SI.getFalseValue() == OldPtr && "Pointer isn't an operand!");
2772
2773     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB, OldPtr->getType());
2774     SI.setOperand(IsTrueVal ? 1 : 2, NewPtr);
2775     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2776     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2777     return false;
2778   }
2779
2780 };
2781 }
2782
2783 namespace {
2784 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2785 ///
2786 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2787 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2788 /// with scalar loads and stores.
2789 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2790   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2791   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2792
2793   const TargetData &TD;
2794
2795   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2796   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2797
2798   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2799   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2800
2801   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2802   /// value (as opposed to the user).
2803   Use *U;
2804
2805 public:
2806   AggLoadStoreRewriter(const TargetData &TD) : TD(TD) {}
2807
2808   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2809   /// it.
2810   bool rewrite(Instruction &I) {
2811     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2812     enqueueUsers(I);
2813     bool Changed = false;
2814     while (!Queue.empty()) {
2815       U = Queue.pop_back_val();
2816       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2817     }
2818     return Changed;
2819   }
2820
2821 private:
2822   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2823   /// This uses a set to de-duplicate users.
2824   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2825     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end(); UI != UE;
2826          ++UI)
2827       if (Visited.insert(*UI))
2828         Queue.push_back(&UI.getUse());
2829   }
2830
2831   // Conservative default is to not rewrite anything.
2832   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2833
2834   /// \brief Generic recursive split emission class.
2835   template <typename Derived>
2836   class OpSplitter {
2837   protected:
2838     /// The builder used to form new instructions.
2839     IRBuilder<> IRB;
2840     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
2841     /// appropriate value within the aggregate.
2842     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2843     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
2844     /// within the aggregate.
2845     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2846     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
2847     /// split operations.
2848     Value *Ptr;
2849
2850     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
2851     /// single zero GEP index.
2852     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2853       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
2854
2855   public:
2856     /// \brief Generic recursive split emission routine.
2857     ///
2858     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2859     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2860     /// and emits that single value operation via the template argument.
2861     ///
2862     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
2863     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
2864     /// formatted differently (GEPs need actual values).
2865     ///
2866     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
2867     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
2868     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
2869     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2870       if (Ty->isSingleValueType())
2871         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
2872
2873       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2874         unsigned OldSize = Indices.size();
2875         (void)OldSize;
2876         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
2877              ++Idx) {
2878           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2879           Indices.push_back(Idx);
2880           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2881           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2882           GEPIndices.pop_back();
2883           Indices.pop_back();
2884         }
2885         return;
2886       }
2887
2888       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2889         unsigned OldSize = Indices.size();
2890         (void)OldSize;
2891         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
2892              ++Idx) {
2893           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2894           Indices.push_back(Idx);
2895           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2896           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2897           GEPIndices.pop_back();
2898           Indices.pop_back();
2899         }
2900         return;
2901       }
2902
2903       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
2904     }
2905   };
2906
2907   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
2908     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2909       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2910
2911     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
2912     /// recursive emission to actually load values.
2913     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2914       assert(Ty->isSingleValueType());
2915       // Load the single value and insert it using the indices.
2916       Value *Load = IRB.CreateLoad(IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices,
2917                                                          Name + ".gep"),
2918                                    Name + ".load");
2919       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
2920       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
2921     }
2922   };
2923
2924   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2925     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
2926     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
2927       return false;
2928
2929     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
2930     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2931     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
2932     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
2933     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
2934     LI.replaceAllUsesWith(V);
2935     LI.eraseFromParent();
2936     return true;
2937   }
2938
2939   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
2940     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2941       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2942
2943     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
2944     /// recursive emission to actually produce stores.
2945     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2946       assert(Ty->isSingleValueType());
2947       // Extract the single value and store it using the indices.
2948       Value *Store = IRB.CreateStore(
2949         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
2950         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
2951       (void)Store;
2952       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2953     }
2954   };
2955
2956   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2957     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
2958       return false;
2959     Value *V = SI.getValueOperand();
2960     if (V->getType()->isSingleValueType())
2961       return false;
2962
2963     // We have an aggregate being stored, split it apart.
2964     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2965     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
2966     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
2967     SI.eraseFromParent();
2968     return true;
2969   }
2970
2971   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
2972     enqueueUsers(BC);
2973     return false;
2974   }
2975
2976   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
2977     enqueueUsers(GEPI);
2978     return false;
2979   }
2980
2981   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2982     enqueueUsers(PN);
2983     return false;
2984   }
2985
2986   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2987     enqueueUsers(SI);
2988     return false;
2989   }
2990 };
2991 }
2992
2993 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
2994 /// offset and size.
2995 ///
2996 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
2997 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
2998 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
2999 /// and the same for structs.
3000 ///
3001 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
3002 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
3003 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
3004 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
3005 /// return a type if necessary.
3006 static Type *getTypePartition(const TargetData &TD, Type *Ty,
3007                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
3008   if (Offset == 0 && TD.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
3009     return Ty;
3010
3011   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
3012     // We can't partition pointers...
3013     if (SeqTy->isPointerTy())
3014       return 0;
3015
3016     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
3017     uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
3018     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
3019     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy))
3020       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
3021         return 0;
3022     if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy))
3023       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
3024         return 0;
3025     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3026
3027     // First check if we need to recurse.
3028     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3029       // Bail if the partition ends in a different array element.
3030       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3031         return 0;
3032       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3033       return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
3034     }
3035     assert(Offset == 0);
3036
3037     if (Size == ElementSize)
3038       return ElementTy;
3039     assert(Size > ElementSize);
3040     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3041     if (NumElements * ElementSize != Size)
3042       return 0;
3043     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3044   }
3045
3046   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3047   if (!STy)
3048     return 0;
3049
3050   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
3051   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3052     return 0;
3053   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3054   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3055     return 0;
3056
3057   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3058   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3059
3060   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3061   uint64_t ElementSize = TD.getTypeAllocSize(ElementTy);
3062   if (Offset >= ElementSize)
3063     return 0; // The offset points into alignment padding.
3064
3065   // See if any partition must be contained by the element.
3066   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3067     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3068       return 0;
3069     return getTypePartition(TD, ElementTy, Offset, Size);
3070   }
3071   assert(Offset == 0);
3072
3073   if (Size == ElementSize)
3074     return ElementTy;
3075
3076   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3077                                EE = STy->element_end();
3078   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3079     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3080     if (Index == EndIndex)
3081       return 0; // Within a single element and its padding.
3082
3083     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3084     // expected size.
3085     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3086     // sub-struct to find a natural end point.
3087     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3088       return 0;
3089
3090     assert(Index < EndIndex);
3091     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3092   }
3093
3094   // Try to build up a sub-structure.
3095   SmallVector<Type *, 4> ElementTys;
3096   do {
3097     ElementTys.push_back(*EI++);
3098   } while (EI != EE);
3099   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), ElementTys,
3100                                       STy->isPacked());
3101   const StructLayout *SubSL = TD.getStructLayout(SubTy);
3102   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3103     return 0; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3104
3105   return SubTy;
3106 }
3107
3108 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3109 ///
3110 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3111 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3112 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3113 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3114 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3115 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3116 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3117 /// promoted.
3118 bool SROA::rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
3119                                   AllocaPartitioning &P,
3120                                   AllocaPartitioning::iterator PI) {
3121   uint64_t AllocaSize = PI->EndOffset - PI->BeginOffset;
3122   bool IsLive = false;
3123   for (AllocaPartitioning::use_iterator UI = P.use_begin(PI),
3124                                         UE = P.use_end(PI);
3125        UI != UE && !IsLive; ++UI)
3126     if (UI->U)
3127       IsLive = true;
3128   if (!IsLive)
3129     return false; // No live uses left of this partition.
3130
3131   DEBUG(dbgs() << "Speculating PHIs and selects in partition "
3132                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ")\n");
3133
3134   PHIOrSelectSpeculator Speculator(*TD, P, *this);
3135   DEBUG(dbgs() << "  speculating ");
3136   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
3137   Speculator.visitUsers(PI);
3138
3139   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3140   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3141   // or an i8 array of an appropriate size.
3142   Type *AllocaTy = 0;
3143   if (Type *PartitionTy = P.getCommonType(PI))
3144     if (TD->getTypeAllocSize(PartitionTy) >= AllocaSize)
3145       AllocaTy = PartitionTy;
3146   if (!AllocaTy)
3147     if (Type *PartitionTy = getTypePartition(*TD, AI.getAllocatedType(),
3148                                              PI->BeginOffset, AllocaSize))
3149       AllocaTy = PartitionTy;
3150   if ((!AllocaTy ||
3151        (AllocaTy->isArrayTy() &&
3152         AllocaTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3153       TD->isLegalInteger(AllocaSize * 8))
3154     AllocaTy = Type::getIntNTy(*C, AllocaSize * 8);
3155   if (!AllocaTy)
3156     AllocaTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), AllocaSize);
3157   assert(TD->getTypeAllocSize(AllocaTy) >= AllocaSize);
3158
3159   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3160   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3161   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3162   // performe phi and select speculation.
3163   AllocaInst *NewAI;
3164   if (AllocaTy == AI.getAllocatedType()) {
3165     assert(PI->BeginOffset == 0 &&
3166            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3167     assert(PI == P.begin() && "Begin offset is zero on later partition");
3168     NewAI = &AI;
3169   } else {
3170     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3171     if (!Alignment) {
3172       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3173       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3174       // type.
3175       Alignment = TD->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3176     }
3177     Alignment = MinAlign(Alignment, PI->BeginOffset);
3178     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3179     // the alloca's alignment unconstrained.
3180     if (Alignment <= TD->getABITypeAlignment(AllocaTy))
3181       Alignment = 0;
3182     NewAI = new AllocaInst(AllocaTy, 0, Alignment,
3183                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(PI - P.begin()),
3184                            &AI);
3185     ++NumNewAllocas;
3186   }
3187
3188   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3189                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ") to: "
3190                << *NewAI << "\n");
3191
3192   // Track the high watermark of the post-promotion worklist. We will reset it
3193   // to this point if the alloca is not in fact scheduled for promotion.
3194   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3195
3196   AllocaPartitionRewriter Rewriter(*TD, P, PI, *this, AI, *NewAI,
3197                                    PI->BeginOffset, PI->EndOffset);
3198   DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3199   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
3200   bool Promotable = Rewriter.visitUsers(P.use_begin(PI), P.use_end(PI));
3201   if (Promotable) {
3202     DEBUG(dbgs() << "  and queuing for promotion\n");
3203     PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3204   } else if (NewAI != &AI) {
3205     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3206     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3207     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3208     Worklist.insert(NewAI);
3209   }
3210
3211   // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3212   if (!Promotable)
3213     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3214       PostPromotionWorklist.pop_back();
3215
3216   return true;
3217 }
3218
3219 /// \brief Walks the partitioning of an alloca rewriting uses of each partition.
3220 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P) {
3221   bool Changed = false;
3222   for (AllocaPartitioning::iterator PI = P.begin(), PE = P.end(); PI != PE;
3223        ++PI)
3224     Changed |= rewriteAllocaPartition(AI, P, PI);
3225
3226   return Changed;
3227 }
3228
3229 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3230 ///
3231 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3232 /// a partitioning of the alloca, and then hands it off to be split and
3233 /// rewritten as needed.
3234 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3235   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3236   ++NumAllocasAnalyzed;
3237
3238   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3239   if (AI.use_empty()) {
3240     AI.eraseFromParent();
3241     return true;
3242   }
3243
3244   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3245   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3246       TD->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3247     return false;
3248
3249   bool Changed = false;
3250
3251   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3252   // better splitting and promotion opportunities.
3253   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*TD);
3254   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3255
3256   // Build the partition set using a recursive instruction-visiting builder.
3257   AllocaPartitioning P(*TD, AI);
3258   DEBUG(P.print(dbgs()));
3259   if (P.isEscaped())
3260     return Changed;
3261
3262   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3263   for (AllocaPartitioning::dead_user_iterator DI = P.dead_user_begin(),
3264                                               DE = P.dead_user_end();
3265        DI != DE; ++DI) {
3266     Changed = true;
3267     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
3268     DeadInsts.push_back(*DI);
3269   }
3270   for (AllocaPartitioning::dead_op_iterator DO = P.dead_op_begin(),
3271                                             DE = P.dead_op_end();
3272        DO != DE; ++DO) {
3273     Value *OldV = **DO;
3274     // Clobber the use with an undef value.
3275     **DO = UndefValue::get(OldV->getType());
3276     if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3277       if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3278         Changed = true;
3279         DeadInsts.push_back(OldI);
3280       }
3281   }
3282
3283   // No partitions to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3284   if (P.begin() == P.end())
3285     return Changed;
3286
3287   return splitAlloca(AI, P) || Changed;
3288 }
3289
3290 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3291 ///
3292 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3293 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3294 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3295 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3296 ///
3297 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3298 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3299 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSet<AllocaInst*, 4> &DeletedAllocas) {
3300   DeadSplitInsts.clear();
3301   while (!DeadInsts.empty()) {
3302     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3303     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3304
3305     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
3306       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
3307         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3308         *OI = 0;
3309         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3310           DeadInsts.push_back(U);
3311       }
3312
3313     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3314       DeletedAllocas.insert(AI);
3315
3316     ++NumDeleted;
3317     I->eraseFromParent();
3318   }
3319 }
3320
3321 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3322 ///
3323 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3324 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3325 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3326 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3327 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3328 /// promotion occured.
3329 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3330   if (PromotableAllocas.empty())
3331     return false;
3332
3333   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3334
3335   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3336     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3337     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT);
3338     PromotableAllocas.clear();
3339     return true;
3340   }
3341
3342   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3343   SSAUpdater SSA;
3344   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3345   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
3346
3347   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3348     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3349     for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
3350          UI != UE;) {
3351       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
3352       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3353       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3354       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3355       // scalar values produced.
3356       if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
3357         assert(onlyUsedByLifetimeMarkers(I) &&
3358                "Found a bitcast used outside of a lifetime marker.");
3359         while (!I->use_empty())
3360           cast<Instruction>(*I->use_begin())->eraseFromParent();
3361         I->eraseFromParent();
3362         continue;
3363       }
3364       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3365         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3366                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3367         II->eraseFromParent();
3368         continue;
3369       }
3370
3371       Insts.push_back(I);
3372     }
3373     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3374     Insts.clear();
3375   }
3376
3377   PromotableAllocas.clear();
3378   return true;
3379 }
3380
3381 namespace {
3382   /// \brief A predicate to test whether an alloca belongs to a set.
3383   class IsAllocaInSet {
3384     typedef SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> SetType;
3385     const SetType &Set;
3386
3387   public:
3388     typedef AllocaInst *argument_type;
3389
3390     IsAllocaInSet(const SetType &Set) : Set(Set) {}
3391     bool operator()(AllocaInst *AI) const { return Set.count(AI); }
3392   };
3393 }
3394
3395 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3396   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3397   C = &F.getContext();
3398   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
3399   if (!TD) {
3400     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3401     return false;
3402   }
3403   DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
3404
3405   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3406   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = llvm::prior(EntryBB.end());
3407        I != E; ++I)
3408     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3409       Worklist.insert(AI);
3410
3411   bool Changed = false;
3412   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3413   // the list of promotable allocas.
3414   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3415
3416   do {
3417     while (!Worklist.empty()) {
3418       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3419       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3420
3421       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3422       // continue processing them.
3423       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3424         Worklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3425         PostPromotionWorklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
3426         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3427                                                PromotableAllocas.end(),
3428                                                IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
3429                                 PromotableAllocas.end());
3430         DeletedAllocas.clear();
3431       }
3432     }
3433
3434     Changed |= promoteAllocas(F);
3435
3436     Worklist = PostPromotionWorklist;
3437     PostPromotionWorklist.clear();
3438   } while (!Worklist.empty());
3439
3440   return Changed;
3441 }
3442
3443 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3444   if (RequiresDomTree)
3445     AU.addRequired<DominatorTree>();
3446   AU.setPreservesCFG();
3447 }