Teach SROA to cope with wrapper aggregates. These show up a lot in ABI
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / SROA.cpp
index f4fd8575d3a11c0fb36f96b7ebb23424a0e0115f..d6ddaaec573010c18986d45f3ccd9b3369930186 100644 (file)
@@ -51,7 +51,7 @@
 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
-#include "llvm/Target/TargetData.h"
+#include "llvm/DataLayout.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
@@ -137,6 +137,23 @@ public:
     /// splittable and eagerly split them into scalar values.
     bool IsSplittable;
 
+    /// \brief Test whether a partition has been marked as dead.
+    bool isDead() const {
+      if (BeginOffset == UINT64_MAX) {
+        assert(EndOffset == UINT64_MAX);
+        return true;
+      }
+      return false;
+    }
+
+    /// \brief Kill a partition.
+    /// This is accomplished by setting both its beginning and end offset to
+    /// the maximum possible value.
+    void kill() {
+      assert(!isDead() && "He's Dead, Jim!");
+      BeginOffset = EndOffset = UINT64_MAX;
+    }
+
     Partition() : ByteRange(), IsSplittable() {}
     Partition(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, bool IsSplittable)
         : ByteRange(BeginOffset, EndOffset), IsSplittable(IsSplittable) {}
@@ -166,7 +183,7 @@ public:
   ///
   /// Construction does most of the work for partitioning the alloca. This
   /// performs the necessary walks of users and builds a partitioning from it.
-  AllocaPartitioning(const TargetData &TD, AllocaInst &AI);
+  AllocaPartitioning(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI);
 
   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
   ///
@@ -255,8 +272,16 @@ public:
   /// correctly represent. We stash extra data to help us untangle this
   /// after the partitioning is complete.
   struct MemTransferOffsets {
+    /// The destination begin and end offsets when the destination is within
+    /// this alloca. If the end offset is zero the destination is not within
+    /// this alloca.
     uint64_t DestBegin, DestEnd;
+
+    /// The source begin and end offsets when the source is within this alloca.
+    /// If the end offset is zero, the source is not within this alloca.
     uint64_t SourceBegin, SourceEnd;
+
+    /// Flag for whether an alloca is splittable.
     bool IsSplittable;
   };
   MemTransferOffsets getMemTransferOffsets(MemTransferInst &II) const {
@@ -386,7 +411,7 @@ template <typename DerivedT, typename RetT>
 class AllocaPartitioning::BuilderBase
     : public InstVisitor<DerivedT, RetT> {
 public:
-  BuilderBase(const TargetData &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
+  BuilderBase(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
       : TD(TD),
         AllocSize(TD.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())),
         P(P) {
@@ -394,7 +419,7 @@ public:
   }
 
 protected:
-  const TargetData &TD;
+  const DataLayout &TD;
   const uint64_t AllocSize;
   AllocaPartitioning &P;
 
@@ -495,7 +520,7 @@ class AllocaPartitioning::PartitionBuilder
   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferPartitionMap;
 
 public:
-  PartitionBuilder(const TargetData &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
+  PartitionBuilder(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
       : BuilderBase<PartitionBuilder, bool>(TD, AI, P) {}
 
   /// \brief Run the builder over the allocation.
@@ -555,14 +580,6 @@ private:
       EndOffset = AllocSize;
     }
 
-    // See if we can just add a user onto the last slot currently occupied.
-    if (!P.Partitions.empty() &&
-        P.Partitions.back().BeginOffset == BeginOffset &&
-        P.Partitions.back().EndOffset == EndOffset) {
-      P.Partitions.back().IsSplittable &= IsSplittable;
-      return;
-    }
-
     Partition New(BeginOffset, EndOffset, IsSplittable);
     P.Partitions.push_back(New);
   }
@@ -643,33 +660,57 @@ private:
     // Only intrinsics with a constant length can be split.
     Offsets.IsSplittable = Length;
 
-    if (*U != II.getRawDest()) {
-      assert(*U == II.getRawSource());
-      Offsets.SourceBegin = Offset;
-      Offsets.SourceEnd = Offset + Size;
-    } else {
+    if (*U == II.getRawDest()) {
       Offsets.DestBegin = Offset;
       Offsets.DestEnd = Offset + Size;
     }
+    if (*U == II.getRawSource()) {
+      Offsets.SourceBegin = Offset;
+      Offsets.SourceEnd = Offset + Size;
+    }
 
-    insertUse(II, Offset, Size, Offsets.IsSplittable);
-    unsigned NewIdx = P.Partitions.size() - 1;
-
-    SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::const_iterator PMI;
-    bool Inserted = false;
-    llvm::tie(PMI, Inserted)
-      = MemTransferPartitionMap.insert(std::make_pair(&II, NewIdx));
-    if (Offsets.IsSplittable &&
-        (!Inserted || II.getRawSource() == II.getRawDest())) {
-      // We've found a memory transfer intrinsic which refers to the alloca as
-      // both a source and dest. This is detected either by direct equality of
-      // the operand values, or when we visit the intrinsic twice due to two
-      // different chains of values leading to it. We refuse to split these to
-      // simplify splitting logic. If possible, SROA will still split them into
-      // separate allocas and then re-analyze.
+    // If we have set up end offsets for both the source and the destination,
+    // we have found both sides of this transfer pointing at the same alloca.
+    bool SeenBothEnds = Offsets.SourceEnd && Offsets.DestEnd;
+    if (SeenBothEnds && II.getRawDest() != II.getRawSource()) {
+      unsigned PrevIdx = MemTransferPartitionMap[&II];
+
+      // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
+      // In that case, we can completely elide the transfer.
+      if (!II.isVolatile() && Offsets.SourceBegin == Offsets.DestBegin) {
+        P.Partitions[PrevIdx].kill();
+        return true;
+      }
+
+      // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
+      // split those.
+      P.Partitions[PrevIdx].IsSplittable = Offsets.IsSplittable = false;
+    } else if (SeenBothEnds) {
+      // Handle the case where this exact use provides both ends of the
+      // operation.
+      assert(II.getRawDest() == II.getRawSource());
+
+      // For non-volatile transfers this is a no-op.
+      if (!II.isVolatile())
+        return true;
+
+      // Otherwise just suppress splitting.
       Offsets.IsSplittable = false;
-      P.Partitions[PMI->second].IsSplittable = false;
-      P.Partitions[NewIdx].IsSplittable = false;
+    }
+
+
+    // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
+    insertUse(II, Offset, Size, Offsets.IsSplittable);
+
+    // Setup the mapping from intrinsic to partition of we've not seen both
+    // ends of this transfer.
+    if (!SeenBothEnds) {
+      unsigned NewIdx = P.Partitions.size() - 1;
+      bool Inserted
+        = MemTransferPartitionMap.insert(std::make_pair(&II, NewIdx)).second;
+      assert(Inserted &&
+             "Already have intrinsic in map but haven't seen both ends");
+      (void)Inserted;
     }
 
     return true;
@@ -808,7 +849,7 @@ class AllocaPartitioning::UseBuilder : public BuilderBase<UseBuilder> {
   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
 
 public:
-  UseBuilder(const TargetData &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
+  UseBuilder(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI, AllocaPartitioning &P)
       : BuilderBase<UseBuilder>(TD, AI, P) {}
 
   /// \brief Run the builder over the allocation.
@@ -913,6 +954,14 @@ private:
   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
     uint64_t Size = Length ? Length->getZExtValue() : AllocSize - Offset;
+    if (!Size)
+      return markAsDead(II);
+
+    MemTransferOffsets &Offsets = P.MemTransferInstData[&II];
+    if (!II.isVolatile() && Offsets.DestEnd && Offsets.SourceEnd &&
+        Offsets.DestBegin == Offsets.SourceBegin)
+      return markAsDead(II); // Skip identity transfers without side-effects.
+
     insertUse(II, Offset, Size);
   }
 
@@ -1011,7 +1060,7 @@ void AllocaPartitioning::splitAndMergePartitions() {
         SplitEndOffset = std::max(SplitEndOffset, Partitions[j].EndOffset);
       }
 
-      Partitions[j].BeginOffset = Partitions[j].EndOffset = UINT64_MAX;
+      Partitions[j].kill();
       ++NumDeadPartitions;
       ++j;
     }
@@ -1032,7 +1081,7 @@ void AllocaPartitioning::splitAndMergePartitions() {
       if (New.BeginOffset != New.EndOffset)
         Partitions.push_back(New);
       // Mark the old one for removal.
-      Partitions[i].BeginOffset = Partitions[i].EndOffset = UINT64_MAX;
+      Partitions[i].kill();
       ++NumDeadPartitions;
     }
 
@@ -1059,15 +1108,14 @@ void AllocaPartitioning::splitAndMergePartitions() {
   // replaced in the process.
   std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
   if (NumDeadPartitions) {
-    assert(Partitions.back().BeginOffset == UINT64_MAX);
-    assert(Partitions.back().EndOffset == UINT64_MAX);
+    assert(Partitions.back().isDead());
     assert((ptrdiff_t)NumDeadPartitions ==
            std::count(Partitions.begin(), Partitions.end(), Partitions.back()));
   }
   Partitions.erase(Partitions.end() - NumDeadPartitions, Partitions.end());
 }
 
-AllocaPartitioning::AllocaPartitioning(const TargetData &TD, AllocaInst &AI)
+AllocaPartitioning::AllocaPartitioning(const DataLayout &TD, AllocaInst &AI)
     :
 #ifndef NDEBUG
       AI(AI),
@@ -1077,11 +1125,15 @@ AllocaPartitioning::AllocaPartitioning(const TargetData &TD, AllocaInst &AI)
   if (!PB())
     return;
 
-  if (Partitions.size() > 1) {
-    // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
-    // and the sizes to be in descending order.
-    std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
+  // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
+  // and the sizes to be in descending order.
+  std::sort(Partitions.begin(), Partitions.end());
 
+  // Remove any partitions from the back which are marked as dead.
+  while (!Partitions.empty() && Partitions.back().isDead())
+    Partitions.pop_back();
+
+  if (Partitions.size() > 1) {
     // Intersect splittability for all partitions with equal offsets and sizes.
     // Then remove all but the first so that we have a sequence of non-equal but
     // potentially overlapping partitions.
@@ -1295,7 +1347,7 @@ class SROA : public FunctionPass {
   const bool RequiresDomTree;
 
   LLVMContext *C;
-  const TargetData *TD;
+  const DataLayout *TD;
   DominatorTree *DT;
 
   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
@@ -1316,6 +1368,16 @@ class SROA : public FunctionPass {
   /// uses as dead. Only used to guard insertion into DeadInsts.
   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DeadSplitInsts;
 
+  /// \brief Post-promotion worklist.
+  ///
+  /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
+  /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
+  /// the alloca is enqueued here for re-processing.
+  ///
+  /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
+  /// the event they are deleted.
+  SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
+
   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
 
@@ -1358,708 +1420,719 @@ INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
                     false, false)
 
-/// \brief Accumulate the constant offsets in a GEP into a single APInt offset.
-///
-/// If the provided GEP is all-constant, the total byte offset formed by the
-/// GEP is computed and Offset is set to it. If the GEP has any non-constant
-/// operands, the function returns false and the value of Offset is unmodified.
-static bool accumulateGEPOffsets(const TargetData &TD, GEPOperator &GEP,
-                                 APInt &Offset) {
-  APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
-  for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
-       GTI != GTE; ++GTI) {
-    ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
-    if (!OpC)
-      return false;
-    if (OpC->isZero()) continue;
+namespace {
+/// \brief Visitor to speculate PHIs and Selects where possible.
+class PHIOrSelectSpeculator : public InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator> {
+  // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
+  friend class llvm::InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator>;
 
-    // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
-    if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
-      unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
-      const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
-      GEPOffset += APInt(Offset.getBitWidth(),
-                         SL->getElementOffset(ElementIdx));
-      continue;
-    }
+  const DataLayout &TD;
+  AllocaPartitioning &P;
+  SROA &Pass;
 
-    APInt TypeSize(Offset.getBitWidth(),
-                   TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
-    if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(*GTI)) {
-      assert((VTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
-             "vector element size is not a multiple of 8, cannot GEP over it");
-      TypeSize = VTy->getScalarSizeInBits() / 8;
-    }
+public:
+  PHIOrSelectSpeculator(const DataLayout &TD, AllocaPartitioning &P, SROA &Pass)
+    : TD(TD), P(P), Pass(Pass) {}
 
-    GEPOffset += OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth()) * TypeSize;
+  /// \brief Visit the users of an alloca partition and rewrite them.
+  void visitUsers(AllocaPartitioning::const_iterator PI) {
+    // Note that we need to use an index here as the underlying vector of uses
+    // may be grown during speculation. However, we never need to re-visit the
+    // new uses, and so we can use the initial size bound.
+    for (unsigned Idx = 0, Size = P.use_size(PI); Idx != Size; ++Idx) {
+      const AllocaPartitioning::PartitionUse &PU = P.getUse(PI, Idx);
+      if (!PU.U)
+        continue; // Skip dead use.
+
+      visit(cast<Instruction>(PU.U->getUser()));
+    }
   }
-  Offset = GEPOffset;
-  return true;
-}
 
-/// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
-///
-/// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
-/// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
-static Value *buildGEP(IRBuilder<> &IRB, Value *BasePtr,
-                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
-                       const Twine &Prefix) {
-  if (Indices.empty())
-    return BasePtr;
+private:
+  // By default, skip this instruction.
+  void visitInstruction(Instruction &I) {}
 
-  // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
-  // in that case.
-  if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
-    return BasePtr;
+  /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
+  /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
+  /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
+  /// From this:
+  ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
+  ///   %V = load i32* %P2
+  /// to:
+  ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
+  ///   ...
+  ///   %V2 = load i32* %Other
+  ///   ...
+  ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
+  ///
+  /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
+  /// to the select can be loaded unconditionally.
+  ///
+  /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
+  /// Transforms/Util/Local.h
+  bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN, SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
+    // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
+    // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
+    // TODO: Allow recursive phi users.
+    // TODO: Allow stores.
+    BasicBlock *BB = PN.getParent();
+    unsigned MaxAlign = 0;
+    for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end();
+         UI != UE; ++UI) {
+      LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
+      if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
 
-  return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, Prefix + ".idx");
-}
+      // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
+      // a common case that happens when instcombine merges two loads through
+      // a PHI.
+      if (LI->getParent() != BB) return false;
 
-/// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
-/// TargetTy without changing the offset of the pointer.
-///
-/// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
-/// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
-/// zero-indices down through type layers until we find one the same as
-/// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
-/// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
-/// indicated by Indices to have the correct offset.
-static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
-                                    Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
-                                    SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
-                                    const Twine &Prefix) {
-  if (Ty == TargetTy)
-    return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
+      // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
+      // could store.
+      for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
+        if (BBI->mayWriteToMemory())
+          return false;
 
-  // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
-  // type.
-  unsigned NumLayers = 0;
-  Type *ElementTy = Ty;
-  do {
-    if (ElementTy->isPointerTy())
-      break;
-    if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
-      ElementTy = SeqTy->getElementType();
-      Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(TD.getPointerSizeInBits(), 0)));
-    } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
-      ElementTy = *STy->element_begin();
-      Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
-    } else {
-      break;
+      MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
+      Loads.push_back(LI);
     }
-    ++NumLayers;
-  } while (ElementTy != TargetTy);
-  if (ElementTy != TargetTy)
-    Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
 
-  return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
-}
+    // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
+    // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
+    // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
+    for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num;
+         ++Idx) {
+      TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
+      Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
 
-/// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
-///
-/// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
-/// element types adding appropriate indices for the GEP.
-static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
-                                       Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
-                                       Type *TargetTy,
-                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
-                                       const Twine &Prefix) {
-  if (Offset == 0)
-    return getNaturalGEPWithType(IRB, TD, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, Prefix);
+      // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
+      // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
+      // in the predecessor.
+      if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
+        return false;
 
-  // We can't recurse through pointer types.
-  if (Ty->isPointerTy())
-    return 0;
+      // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
+      // critical.
+      if (TI->getNumSuccessors() == 1)
+        continue;
 
-  // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
-  // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
-  // over a vector from the IR completely.
-  if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
-    unsigned ElementSizeInBits = VecTy->getScalarSizeInBits();
-    if (ElementSizeInBits % 8)
-      return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
-    APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
-    APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
-    if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
-      return 0;
-    Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
-    Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
-    return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, VecTy->getElementType(),
-                                    Offset, TargetTy, Indices, Prefix);
-  }
+      // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
+      // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
+      // block.
+      if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
+          isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, &TD))
+        continue;
 
-  if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
-    Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
-    APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
-    APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
-    if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
-      return 0;
+      return false;
+    }
 
-    Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
-    Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
-    return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
-                                    Indices, Prefix);
+    return true;
   }
 
-  StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
-  if (!STy)
-    return 0;
+  void visitPHINode(PHINode &PN) {
+    DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
 
-  const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
-  uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
-  if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
-    return 0;
-  unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
-  Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
-  Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
-  if (Offset.uge(TD.getTypeAllocSize(ElementTy)))
-    return 0; // The offset points into alignment padding.
-
-  Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
-  return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
-                                  Indices, Prefix);
-}
-
-/// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
-/// resulting in a particular type.
-///
-/// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
-/// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
-/// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
-/// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
-/// Indices, and setting Ty to the result subtype.
-///
-/// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
-static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
-                                      Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
-                                      SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
-                                      const Twine &Prefix) {
-  PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
-
-  // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
-  // an i8.
-  if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
-    return 0;
-
-  Type *ElementTy = Ty->getElementType();
-  if (!ElementTy->isSized())
-    return 0; // We can't GEP through an unsized element.
-  APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
-  if (ElementSize == 0)
-    return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
-  APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
-
-  Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
-  Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
-  return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
-                                  Indices, Prefix);
-}
-
-/// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
-/// resulting pointer has PointerTy.
-///
-/// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
-/// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
-/// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
-/// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
-/// bitcast to the type.
-///
-/// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
-/// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
-/// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
-/// properities. The algorithm tries to fold as many constant indices into
-/// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
-/// surrounding code.
-static Value *getAdjustedPtr(IRBuilder<> &IRB, const TargetData &TD,
-                             Value *Ptr, APInt Offset, Type *PointerTy,
-                             const Twine &Prefix) {
-  // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
-  // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
-  SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
-  Visited.insert(Ptr);
-  SmallVector<Value *, 4> Indices;
-
-  // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
-  // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
-  // fall back to it, so keep it around here.
-  Value *OffsetPtr = 0;
-
-  // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
-  // byte offset.
-  Value *Int8Ptr = 0;
-  APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
-
-  Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
-
-  do {
-    // First fold any existing GEPs into the offset.
-    while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
-      APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
-      if (!accumulateGEPOffsets(TD, *GEP, GEPOffset))
-        break;
-      Offset += GEPOffset;
-      Ptr = GEP->getPointerOperand();
-      if (!Visited.insert(Ptr))
-        break;
-    }
-
-    // See if we can perform a natural GEP here.
-    Indices.clear();
-    if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, TD, Ptr, Offset, TargetTy,
-                                           Indices, Prefix)) {
-      if (P->getType() == PointerTy) {
-        // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
-        if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
-          if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
-            I->eraseFromParent();
-        return P;
-      }
-      if (!OffsetPtr) {
-        OffsetPtr = P;
-      }
-    }
-
-    // Stash this pointer if we've found an i8*.
-    if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
-      Int8Ptr = Ptr;
-      Int8PtrOffset = Offset;
-    }
-
-    // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
-    if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
-      Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
-    } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
-      if (GA->mayBeOverridden())
-        break;
-      Ptr = GA->getAliasee();
-    } else {
-      break;
-    }
-    assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
-  } while (Visited.insert(Ptr));
-
-  if (!OffsetPtr) {
-    if (!Int8Ptr) {
-      Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
-                                  Prefix + ".raw_cast");
-      Int8PtrOffset = Offset;
-    }
-
-    OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
-      IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
-                            Prefix + ".raw_idx");
-  }
-  Ptr = OffsetPtr;
-
-  // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
-  if (Ptr->getType() != PointerTy)
-    Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, Prefix + ".cast");
-
-  return Ptr;
-}
-
-/// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to a vector.
-///
-/// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
-/// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
-/// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
-/// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
-/// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
-/// be promotable, so we have an early test here.
-static bool isVectorPromotionViable(const TargetData &TD,
-                                    Type *AllocaTy,
-                                    AllocaPartitioning &P,
-                                    uint64_t PartitionBeginOffset,
-                                    uint64_t PartitionEndOffset,
-                                    AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
-                                    AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
-  VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
-  if (!Ty)
-    return false;
-
-  uint64_t VecSize = TD.getTypeSizeInBits(Ty);
-  uint64_t ElementSize = Ty->getScalarSizeInBits();
-
-  // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
-  // that aren't byte sized.
-  if (ElementSize % 8)
-    return false;
-  assert((VecSize % 8) == 0 && "vector size not a multiple of element size?");
-  VecSize /= 8;
-  ElementSize /= 8;
-
-  for (; I != E; ++I) {
-    if (!I->U)
-      continue; // Skip dead use.
-
-    uint64_t BeginOffset = I->BeginOffset - PartitionBeginOffset;
-    uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
-    if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
-        BeginIndex >= Ty->getNumElements())
-      return false;
-    uint64_t EndOffset = I->EndOffset - PartitionBeginOffset;
-    uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
-    if (EndIndex * ElementSize != EndOffset ||
-        EndIndex > Ty->getNumElements())
-      return false;
+    SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
+    if (!isSafePHIToSpeculate(PN, Loads))
+      return;
 
-    // FIXME: We should build shuffle vector instructions to handle
-    // non-element-sized accesses.
-    if ((EndOffset - BeginOffset) != ElementSize &&
-        (EndOffset - BeginOffset) != VecSize)
-      return false;
+    assert(!Loads.empty());
 
-    if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
-      if (MI->isVolatile())
-        return false;
-      if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
-        const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
-          = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
-        if (!MTO.IsSplittable)
-          return false;
-      }
-    } else if (I->U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
-      // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
-      return false;
-    } else if (!isa<LoadInst>(I->U->getUser()) &&
-               !isa<StoreInst>(I->U->getUser())) {
-      return false;
-    }
-  }
-  return true;
-}
+    Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
+    IRBuilder<> PHIBuilder(&PN);
+    PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
+                                          PN.getName() + ".sroa.speculated");
 
-/// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to an int.
-///
-/// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
-/// partition (and its newly formed alloca) into an integer alloca suitable for
-/// promotion to an SSA value. We only can ensure this for a limited set of
-/// operations, and we don't want to do the rewrites unless we are confident
-/// that the result will be promotable, so we have an early test here.
-static bool isIntegerPromotionViable(const TargetData &TD,
-                                     Type *AllocaTy,
-                                     AllocaPartitioning &P,
-                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
-                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
-  IntegerType *Ty = dyn_cast<IntegerType>(AllocaTy);
-  if (!Ty)
-    return false;
+    // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
+    // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
+    LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(Loads.back());
+    MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
+    unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
 
-  // Check the uses to ensure the uses are (likely) promoteable integer uses.
-  // Also ensure that the alloca has a covering load or store. We don't want
-  // promote because of some other unsplittable entry (which we may make
-  // splittable later) and lose the ability to promote each element access.
-  bool WholeAllocaOp = false;
-  for (; I != E; ++I) {
-    if (!I->U)
-      continue; // Skip dead use.
-    if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->U->getUser())) {
-      if (LI->isVolatile() || !LI->getType()->isIntegerTy())
-        return false;
-      if (LI->getType() == Ty)
-        WholeAllocaOp = true;
-    } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I->U->getUser())) {
-      if (SI->isVolatile() || !SI->getValueOperand()->getType()->isIntegerTy())
-        return false;
-      if (SI->getValueOperand()->getType() == Ty)
-        WholeAllocaOp = true;
-    } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
-      if (MI->isVolatile())
-        return false;
-      if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
-        const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
-          = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
-        if (!MTO.IsSplittable)
-          return false;
-      }
-    } else {
-      return false;
-    }
-  }
-  return WholeAllocaOp;
-}
+    // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
+    do {
+      LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
+      LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
+      Pass.DeadInsts.push_back(LI);
+    } while (!Loads.empty());
 
-namespace {
-/// \brief Visitor to speculate PHIs and Selects where possible.
-class PHIOrSelectSpeculator : public InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator> {
-  // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
-  friend class llvm::InstVisitor<PHIOrSelectSpeculator>;
+    // Inject loads into all of the pred blocks.
+    for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
+      BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
+      TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
+      Use *InUse = &PN.getOperandUse(PN.getOperandNumForIncomingValue(Idx));
+      Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
+      IRBuilder<> PredBuilder(TI);
 
-  const TargetData &TD;
-  AllocaPartitioning &P;
-  SROA &Pass;
+      LoadInst *Load
+        = PredBuilder.CreateLoad(InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." +
+                                         Pred->getName()));
+      ++NumLoadsSpeculated;
+      Load->setAlignment(Align);
+      if (TBAATag)
+        Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
+      NewPN->addIncoming(Load, Pred);
 
-public:
-  PHIOrSelectSpeculator(const TargetData &TD, AllocaPartitioning &P, SROA &Pass)
-    : TD(TD), P(P), Pass(Pass) {}
+      Instruction *Ptr = dyn_cast<Instruction>(InVal);
+      if (!Ptr)
+        // No uses to rewrite.
+        continue;
 
-  /// \brief Visit the users of an alloca partition and rewrite them.
-  void visitUsers(AllocaPartitioning::const_iterator PI) {
-    // Note that we need to use an index here as the underlying vector of uses
-    // may be grown during speculation. However, we never need to re-visit the
-    // new uses, and so we can use the initial size bound.
-    for (unsigned Idx = 0, Size = P.use_size(PI); Idx != Size; ++Idx) {
-      const AllocaPartitioning::PartitionUse &PU = P.getUse(PI, Idx);
-      if (!PU.U)
-        continue; // Skip dead use.
+      // Try to lookup and rewrite any partition uses corresponding to this phi
+      // input.
+      AllocaPartitioning::iterator PI
+        = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(InUse);
+      if (PI == P.end())
+        continue;
 
-      visit(cast<Instruction>(PU.U->getUser()));
+      // Replace the Use in the PartitionUse for this operand with the Use
+      // inside the load.
+      AllocaPartitioning::use_iterator UI
+        = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(InUse);
+      assert(isa<PHINode>(*UI->U->getUser()));
+      UI->U = &Load->getOperandUse(Load->getPointerOperandIndex());
     }
+    DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
   }
 
-private:
-  // By default, skip this instruction.
-  void visitInstruction(Instruction &I) {}
-
-  /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
-  /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
-  /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
+  /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
+  /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
+  /// allowing the load of the alloca to be promoted.
   /// From this:
-  ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
+  ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
   ///   %V = load i32* %P2
   /// to:
   ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
-  ///   ...
   ///   %V2 = load i32* %Other
-  ///   ...
-  ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
+  ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
   ///
-  /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
+  /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
   /// to the select can be loaded unconditionally.
-  ///
-  /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
-  /// Transforms/Util/Local.h
-  bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN, SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
-    // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
-    // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
-    // TODO: Allow recursive phi users.
-    // TODO: Allow stores.
-    BasicBlock *BB = PN.getParent();
-    unsigned MaxAlign = 0;
-    for (Value::use_iterator UI = PN.use_begin(), UE = PN.use_end();
+  bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
+                               SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
+    Value *TValue = SI.getTrueValue();
+    Value *FValue = SI.getFalseValue();
+    bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
+    bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
+
+    for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end();
          UI != UE; ++UI) {
       LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
       if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
 
-      // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
-      // a common case that happens when instcombine merges two loads through
-      // a PHI.
-      if (LI->getParent() != BB) return false;
+      // Both operands to the select need to be dereferencable, either
+      // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
+      // accesses to it.
+      if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI,
+                                                      LI->getAlignment(), &TD))
+        return false;
+      if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI,
+                                                      LI->getAlignment(), &TD))
+        return false;
+      Loads.push_back(LI);
+    }
 
-      // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
-      // could store.
-      for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
-        if (BBI->mayWriteToMemory())
-          return false;
+    return true;
+  }
 
-      MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
-      Loads.push_back(LI);
+  void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
+    DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
+    IRBuilder<> IRB(&SI);
+
+    // If the select isn't safe to speculate, just use simple logic to emit it.
+    SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
+    if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, Loads))
+      return;
+
+    Use *Ops[2] = { &SI.getOperandUse(1), &SI.getOperandUse(2) };
+    AllocaPartitioning::iterator PIs[2];
+    AllocaPartitioning::PartitionUse PUs[2];
+    for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
+      PIs[i] = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
+      if (PIs[i] != P.end()) {
+        // If the pointer is within the partitioning, remove the select from
+        // its uses. We'll add in the new loads below.
+        AllocaPartitioning::use_iterator UI
+          = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
+        PUs[i] = *UI;
+        // Clear out the use here so that the offsets into the use list remain
+        // stable but this use is ignored when rewriting.
+        UI->U = 0;
+      }
+    }
+
+    Value *TV = SI.getTrueValue();
+    Value *FV = SI.getFalseValue();
+    // Replace the loads of the select with a select of two loads.
+    while (!Loads.empty()) {
+      LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
+
+      IRB.SetInsertPoint(LI);
+      LoadInst *TL =
+        IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
+      LoadInst *FL =
+        IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
+      NumLoadsSpeculated += 2;
+
+      // Transfer alignment and TBAA info if present.
+      TL->setAlignment(LI->getAlignment());
+      FL->setAlignment(LI->getAlignment());
+      if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
+        TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
+        FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
+      }
+
+      Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
+                                  LI->getName() + ".sroa.speculated");
+
+      LoadInst *Loads[2] = { TL, FL };
+      for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
+        if (PIs[i] != P.end()) {
+          Use *LoadUse = &Loads[i]->getOperandUse(0);
+          assert(PUs[i].U->get() == LoadUse->get());
+          PUs[i].U = LoadUse;
+          P.use_push_back(PIs[i], PUs[i]);
+        }
+      }
+
+      DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
+      LI->replaceAllUsesWith(V);
+      Pass.DeadInsts.push_back(LI);
+    }
+  }
+};
+}
+
+/// \brief Accumulate the constant offsets in a GEP into a single APInt offset.
+///
+/// If the provided GEP is all-constant, the total byte offset formed by the
+/// GEP is computed and Offset is set to it. If the GEP has any non-constant
+/// operands, the function returns false and the value of Offset is unmodified.
+static bool accumulateGEPOffsets(const DataLayout &TD, GEPOperator &GEP,
+                                 APInt &Offset) {
+  APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
+  for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
+       GTI != GTE; ++GTI) {
+    ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
+    if (!OpC)
+      return false;
+    if (OpC->isZero()) continue;
+
+    // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
+    if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
+      unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
+      const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
+      GEPOffset += APInt(Offset.getBitWidth(),
+                         SL->getElementOffset(ElementIdx));
+      continue;
+    }
+
+    APInt TypeSize(Offset.getBitWidth(),
+                   TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
+    if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(*GTI)) {
+      assert((VTy->getScalarSizeInBits() % 8) == 0 &&
+             "vector element size is not a multiple of 8, cannot GEP over it");
+      TypeSize = VTy->getScalarSizeInBits() / 8;
+    }
+
+    GEPOffset += OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth()) * TypeSize;
+  }
+  Offset = GEPOffset;
+  return true;
+}
+
+/// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
+///
+/// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
+/// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
+static Value *buildGEP(IRBuilder<> &IRB, Value *BasePtr,
+                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
+                       const Twine &Prefix) {
+  if (Indices.empty())
+    return BasePtr;
+
+  // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
+  // in that case.
+  if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
+    return BasePtr;
+
+  return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, Prefix + ".idx");
+}
+
+/// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
+/// TargetTy without changing the offset of the pointer.
+///
+/// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
+/// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
+/// zero-indices down through type layers until we find one the same as
+/// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
+/// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
+/// indicated by Indices to have the correct offset.
+static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
+                                    Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
+                                    SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
+                                    const Twine &Prefix) {
+  if (Ty == TargetTy)
+    return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
+
+  // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
+  // type.
+  unsigned NumLayers = 0;
+  Type *ElementTy = Ty;
+  do {
+    if (ElementTy->isPointerTy())
+      break;
+    if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(ElementTy)) {
+      ElementTy = SeqTy->getElementType();
+      Indices.push_back(IRB.getInt(APInt(TD.getPointerSizeInBits(), 0)));
+    } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
+      if (STy->element_begin() == STy->element_end())
+        break; // Nothing left to descend into.
+      ElementTy = *STy->element_begin();
+      Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
+    } else {
+      break;
     }
+    ++NumLayers;
+  } while (ElementTy != TargetTy);
+  if (ElementTy != TargetTy)
+    Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
 
-    // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
-    // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
-    // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
-    for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num;
-         ++Idx) {
-      TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
-      Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
+  return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, Prefix);
+}
 
-      // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
-      // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
-      // in the predecessor.
-      if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
-        return false;
+/// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
+///
+/// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
+/// element types adding appropriate indices for the GEP.
+static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
+                                       Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
+                                       Type *TargetTy,
+                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
+                                       const Twine &Prefix) {
+  if (Offset == 0)
+    return getNaturalGEPWithType(IRB, TD, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, Prefix);
 
-      // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
-      // critical.
-      if (TI->getNumSuccessors() == 1)
-        continue;
+  // We can't recurse through pointer types.
+  if (Ty->isPointerTy())
+    return 0;
 
-      // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
-      // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
-      // block.
-      if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
-          isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, &TD))
-        continue;
+  // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
+  // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
+  // over a vector from the IR completely.
+  if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
+    unsigned ElementSizeInBits = VecTy->getScalarSizeInBits();
+    if (ElementSizeInBits % 8)
+      return 0; // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
+    APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
+    APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
+    if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
+      return 0;
+    Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
+    Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
+    return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, VecTy->getElementType(),
+                                    Offset, TargetTy, Indices, Prefix);
+  }
 
-      return false;
-    }
+  if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
+    Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
+    APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
+    APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
+    if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
+      return 0;
 
-    return true;
+    Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
+    Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
+    return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
+                                    Indices, Prefix);
   }
 
-  void visitPHINode(PHINode &PN) {
-    DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
+  StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
+  if (!STy)
+    return 0;
 
-    SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
-    if (!isSafePHIToSpeculate(PN, Loads))
-      return;
+  const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
+  uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
+  if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
+    return 0;
+  unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
+  Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
+  Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
+  if (Offset.uge(TD.getTypeAllocSize(ElementTy)))
+    return 0; // The offset points into alignment padding.
 
-    assert(!Loads.empty());
+  Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
+  return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
+                                  Indices, Prefix);
+}
 
-    Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
-    IRBuilder<> PHIBuilder(&PN);
-    PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
-                                          PN.getName() + ".sroa.speculated");
+/// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
+/// resulting in a particular type.
+///
+/// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
+/// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
+/// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
+/// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
+/// Indices, and setting Ty to the result subtype.
+///
+/// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
+static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
+                                      Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
+                                      SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
+                                      const Twine &Prefix) {
+  PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
 
-    // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
-    // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
-    LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(Loads.back());
-    MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
-    unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
+  // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
+  // an i8.
+  if (Ty == IRB.getInt8PtrTy() && TargetTy->isIntegerTy(8))
+    return 0;
 
-    // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
-    do {
-      LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
-      LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
-      Pass.DeadInsts.push_back(LI);
-    } while (!Loads.empty());
+  Type *ElementTy = Ty->getElementType();
+  if (!ElementTy->isSized())
+    return 0; // We can't GEP through an unsized element.
+  APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), TD.getTypeAllocSize(ElementTy));
+  if (ElementSize == 0)
+    return 0; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
+  APInt NumSkippedElements = Offset.udiv(ElementSize);
 
-    // Inject loads into all of the pred blocks.
-    for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
-      BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
-      TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
-      Use *InUse = &PN.getOperandUse(PN.getOperandNumForIncomingValue(Idx));
-      Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
-      IRBuilder<> PredBuilder(TI);
+  Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
+  Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
+  return getNaturalGEPRecursively(IRB, TD, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
+                                  Indices, Prefix);
+}
 
-      LoadInst *Load
-        = PredBuilder.CreateLoad(InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." +
-                                         Pred->getName()));
-      ++NumLoadsSpeculated;
-      Load->setAlignment(Align);
-      if (TBAATag)
-        Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
-      NewPN->addIncoming(Load, Pred);
+/// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
+/// resulting pointer has PointerTy.
+///
+/// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
+/// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
+/// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
+/// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
+/// bitcast to the type.
+///
+/// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
+/// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
+/// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
+/// properities. The algorithm tries to fold as many constant indices into
+/// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
+/// surrounding code.
+static Value *getAdjustedPtr(IRBuilder<> &IRB, const DataLayout &TD,
+                             Value *Ptr, APInt Offset, Type *PointerTy,
+                             const Twine &Prefix) {
+  // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
+  // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
+  SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
+  Visited.insert(Ptr);
+  SmallVector<Value *, 4> Indices;
 
-      Instruction *Ptr = dyn_cast<Instruction>(InVal);
-      if (!Ptr)
-        // No uses to rewrite.
-        continue;
+  // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
+  // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
+  // fall back to it, so keep it around here.
+  Value *OffsetPtr = 0;
 
-      // Try to lookup and rewrite any partition uses corresponding to this phi
-      // input.
-      AllocaPartitioning::iterator PI
-        = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(InUse);
-      if (PI == P.end())
-        continue;
+  // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
+  // byte offset.
+  Value *Int8Ptr = 0;
+  APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
 
-      // Replace the Use in the PartitionUse for this operand with the Use
-      // inside the load.
-      AllocaPartitioning::use_iterator UI
-        = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(InUse);
-      assert(isa<PHINode>(*UI->U->getUser()));
-      UI->U = &Load->getOperandUse(Load->getPointerOperandIndex());
+  Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
+
+  do {
+    // First fold any existing GEPs into the offset.
+    while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
+      APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
+      if (!accumulateGEPOffsets(TD, *GEP, GEPOffset))
+        break;
+      Offset += GEPOffset;
+      Ptr = GEP->getPointerOperand();
+      if (!Visited.insert(Ptr))
+        break;
     }
-    DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
-  }
 
-  /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
-  /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
-  /// allowing the load of the alloca to be promoted.
-  /// From this:
-  ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
-  ///   %V = load i32* %P2
-  /// to:
-  ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
-  ///   %V2 = load i32* %Other
-  ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
-  ///
-  /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
-  /// to the select can be loaded unconditionally.
-  bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
-                               SmallVectorImpl<LoadInst *> &Loads) {
-    Value *TValue = SI.getTrueValue();
-    Value *FValue = SI.getFalseValue();
-    bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer();
-    bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer();
+    // See if we can perform a natural GEP here.
+    Indices.clear();
+    if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, TD, Ptr, Offset, TargetTy,
+                                           Indices, Prefix)) {
+      if (P->getType() == PointerTy) {
+        // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
+        if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
+          if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
+            I->eraseFromParent();
+        return P;
+      }
+      if (!OffsetPtr) {
+        OffsetPtr = P;
+      }
+    }
 
-    for (Value::use_iterator UI = SI.use_begin(), UE = SI.use_end();
-         UI != UE; ++UI) {
-      LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
-      if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
+    // Stash this pointer if we've found an i8*.
+    if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
+      Int8Ptr = Ptr;
+      Int8PtrOffset = Offset;
+    }
+
+    // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
+    if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
+      Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
+    } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
+      if (GA->mayBeOverridden())
+        break;
+      Ptr = GA->getAliasee();
+    } else {
+      break;
+    }
+    assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
+  } while (Visited.insert(Ptr));
 
-      // Both operands to the select need to be dereferencable, either
-      // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
-      // accesses to it.
-      if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI,
-                                                      LI->getAlignment(), &TD))
-        return false;
-      if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI,
-                                                      LI->getAlignment(), &TD))
-        return false;
-      Loads.push_back(LI);
+  if (!OffsetPtr) {
+    if (!Int8Ptr) {
+      Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, IRB.getInt8PtrTy(),
+                                  Prefix + ".raw_cast");
+      Int8PtrOffset = Offset;
     }
 
-    return true;
+    OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
+      IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
+                            Prefix + ".raw_idx");
   }
+  Ptr = OffsetPtr;
 
-  void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
-    DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
-    IRBuilder<> IRB(&SI);
+  // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
+  if (Ptr->getType() != PointerTy)
+    Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, Prefix + ".cast");
 
-    // If the select isn't safe to speculate, just use simple logic to emit it.
-    SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
-    if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, Loads))
-      return;
+  return Ptr;
+}
 
-    Use *Ops[2] = { &SI.getOperandUse(1), &SI.getOperandUse(2) };
-    AllocaPartitioning::iterator PIs[2];
-    AllocaPartitioning::PartitionUse PUs[2];
-    for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
-      PIs[i] = P.findPartitionForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
-      if (PIs[i] != P.end()) {
-        // If the pointer is within the partitioning, remove the select from
-        // its uses. We'll add in the new loads below.
-        AllocaPartitioning::use_iterator UI
-          = P.findPartitionUseForPHIOrSelectOperand(Ops[i]);
-        PUs[i] = *UI;
-        // Clear out the use here so that the offsets into the use list remain
-        // stable but this use is ignored when rewriting.
-        UI->U = 0;
-      }
-    }
+/// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to a vector.
+///
+/// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
+/// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
+/// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
+/// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
+/// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
+/// be promotable, so we have an early test here.
+static bool isVectorPromotionViable(const DataLayout &TD,
+                                    Type *AllocaTy,
+                                    AllocaPartitioning &P,
+                                    uint64_t PartitionBeginOffset,
+                                    uint64_t PartitionEndOffset,
+                                    AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
+                                    AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
+  VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
+  if (!Ty)
+    return false;
 
-    Value *TV = SI.getTrueValue();
-    Value *FV = SI.getFalseValue();
-    // Replace the loads of the select with a select of two loads.
-    while (!Loads.empty()) {
-      LoadInst *LI = Loads.pop_back_val();
+  uint64_t VecSize = TD.getTypeSizeInBits(Ty);
+  uint64_t ElementSize = Ty->getScalarSizeInBits();
 
-      IRB.SetInsertPoint(LI);
-      LoadInst *TL =
-        IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
-      LoadInst *FL =
-        IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
-      NumLoadsSpeculated += 2;
+  // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
+  // that aren't byte sized.
+  if (ElementSize % 8)
+    return false;
+  assert((VecSize % 8) == 0 && "vector size not a multiple of element size?");
+  VecSize /= 8;
+  ElementSize /= 8;
 
-      // Transfer alignment and TBAA info if present.
-      TL->setAlignment(LI->getAlignment());
-      FL->setAlignment(LI->getAlignment());
-      if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
-        TL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
-        FL->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
-      }
+  for (; I != E; ++I) {
+    if (!I->U)
+      continue; // Skip dead use.
 
-      Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
-                                  LI->getName() + ".sroa.speculated");
+    uint64_t BeginOffset = I->BeginOffset - PartitionBeginOffset;
+    uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
+    if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
+        BeginIndex >= Ty->getNumElements())
+      return false;
+    uint64_t EndOffset = I->EndOffset - PartitionBeginOffset;
+    uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
+    if (EndIndex * ElementSize != EndOffset ||
+        EndIndex > Ty->getNumElements())
+      return false;
 
-      LoadInst *Loads[2] = { TL, FL };
-      for (unsigned i = 0, e = 2; i != e; ++i) {
-        if (PIs[i] != P.end()) {
-          Use *LoadUse = &Loads[i]->getOperandUse(0);
-          assert(PUs[i].U->get() == LoadUse->get());
-          PUs[i].U = LoadUse;
-          P.use_push_back(PIs[i], PUs[i]);
-        }
+    // FIXME: We should build shuffle vector instructions to handle
+    // non-element-sized accesses.
+    if ((EndOffset - BeginOffset) != ElementSize &&
+        (EndOffset - BeginOffset) != VecSize)
+      return false;
+
+    if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
+      if (MI->isVolatile())
+        return false;
+      if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
+        const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
+          = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
+        if (!MTO.IsSplittable)
+          return false;
       }
+    } else if (I->U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
+      // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
+      return false;
+    } else if (!isa<LoadInst>(I->U->getUser()) &&
+               !isa<StoreInst>(I->U->getUser())) {
+      return false;
+    }
+  }
+  return true;
+}
 
-      DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
-      LI->replaceAllUsesWith(V);
-      Pass.DeadInsts.push_back(LI);
+/// \brief Test whether the given alloca partition can be promoted to an int.
+///
+/// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
+/// partition (and its newly formed alloca) into an integer alloca suitable for
+/// promotion to an SSA value. We only can ensure this for a limited set of
+/// operations, and we don't want to do the rewrites unless we are confident
+/// that the result will be promotable, so we have an early test here.
+static bool isIntegerPromotionViable(const DataLayout &TD,
+                                     Type *AllocaTy,
+                                     uint64_t AllocBeginOffset,
+                                     AllocaPartitioning &P,
+                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator I,
+                                     AllocaPartitioning::const_use_iterator E) {
+  IntegerType *Ty = dyn_cast<IntegerType>(AllocaTy);
+  if (!Ty || 8*TD.getTypeStoreSize(Ty) != Ty->getBitWidth())
+    return false;
+
+  // Check the uses to ensure the uses are (likely) promoteable integer uses.
+  // Also ensure that the alloca has a covering load or store. We don't want
+  // promote because of some other unsplittable entry (which we may make
+  // splittable later) and lose the ability to promote each element access.
+  bool WholeAllocaOp = false;
+  for (; I != E; ++I) {
+    if (!I->U)
+      continue; // Skip dead use.
+
+    // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
+    // the end of the aloca's type and into its padding.
+    if ((I->EndOffset - AllocBeginOffset) > TD.getTypeStoreSize(Ty))
+      return false;
+
+    if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->U->getUser())) {
+      if (LI->isVolatile() || !LI->getType()->isIntegerTy())
+        return false;
+      if (LI->getType() == Ty)
+        WholeAllocaOp = true;
+    } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I->U->getUser())) {
+      if (SI->isVolatile() || !SI->getValueOperand()->getType()->isIntegerTy())
+        return false;
+      if (SI->getValueOperand()->getType() == Ty)
+        WholeAllocaOp = true;
+    } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(I->U->getUser())) {
+      if (MI->isVolatile())
+        return false;
+      if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I->U->getUser())) {
+        const AllocaPartitioning::MemTransferOffsets &MTO
+          = P.getMemTransferOffsets(*MTI);
+        if (!MTO.IsSplittable)
+          return false;
+      }
+    } else {
+      return false;
     }
   }
-};
+  return WholeAllocaOp;
+}
 
+namespace {
 /// \brief Visitor to rewrite instructions using a partition of an alloca to
 /// use a new alloca.
 ///
@@ -2071,11 +2144,12 @@ class AllocaPartitionRewriter : public InstVisitor<AllocaPartitionRewriter,
   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
   friend class llvm::InstVisitor<AllocaPartitionRewriter, bool>;
 
-  const TargetData &TD;
+  const DataLayout &TD;
   AllocaPartitioning &P;
   SROA &Pass;
   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
+  Type *NewAllocaTy;
 
   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
@@ -2105,7 +2179,7 @@ class AllocaPartitionRewriter : public InstVisitor<AllocaPartitionRewriter,
   std::string NamePrefix;
 
 public:
-  AllocaPartitionRewriter(const TargetData &TD, AllocaPartitioning &P,
+  AllocaPartitionRewriter(const DataLayout &TD, AllocaPartitioning &P,
                           AllocaPartitioning::iterator PI,
                           SROA &Pass, AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
                           uint64_t NewBeginOffset, uint64_t NewEndOffset)
@@ -2113,6 +2187,7 @@ public:
       OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
       NewAllocaBeginOffset(NewBeginOffset),
       NewAllocaEndOffset(NewEndOffset),
+      NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
       VecTy(), ElementTy(), ElementSize(), IntPromotionTy(),
       BeginOffset(), EndOffset() {
   }
@@ -2130,7 +2205,7 @@ public:
              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
       ElementSize = VecTy->getScalarSizeInBits() / 8;
     } else if (isIntegerPromotionViable(TD, NewAI.getAllocatedType(),
-                                        P, I, E)) {
+                                        NewAllocaBeginOffset, P, I, E)) {
       IntPromotionTy = cast<IntegerType>(NewAI.getAllocatedType());
     }
     bool CanSROA = true;
@@ -2218,8 +2293,15 @@ private:
                                      getName(".load"));
     assert(Offset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
-    if (RelOffset)
-      V = IRB.CreateLShr(V, RelOffset*8, getName(".shift"));
+    assert(TD.getTypeStoreSize(TargetTy) + RelOffset <=
+           TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) &&
+           "Element load outside of alloca store");
+    uint64_t ShAmt = 8*RelOffset;
+    if (TD.isBigEndian())
+      ShAmt = 8*(TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) -
+                 TD.getTypeStoreSize(TargetTy) - RelOffset);
+    if (ShAmt)
+      V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, getName(".shift"));
     if (TargetTy != IntPromotionTy) {
       assert(TargetTy->getBitWidth() < IntPromotionTy->getBitWidth() &&
              "Cannot extract to a larger integer!");
@@ -2238,11 +2320,17 @@ private:
     V = IRB.CreateZExt(V, IntPromotionTy, getName(".ext"));
     assert(Offset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
-    if (RelOffset)
-      V = IRB.CreateShl(V, RelOffset*8, getName(".shift"));
-
-    APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntPromotionTy->getBitWidth())
-                               .shl(RelOffset*8);
+    assert(TD.getTypeStoreSize(Ty) + RelOffset <=
+           TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) &&
+           "Element store outside of alloca store");
+    uint64_t ShAmt = 8*RelOffset;
+    if (TD.isBigEndian())
+      ShAmt = 8*(TD.getTypeStoreSize(IntPromotionTy) - TD.getTypeStoreSize(Ty)
+                 - RelOffset);
+    if (ShAmt)
+      V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, getName(".shift"));
+
+    APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntPromotionTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
     Value *Old = IRB.CreateAnd(IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI,
                                                      NewAI.getAlignment(),
                                                      getName(".oldload")),
@@ -2257,7 +2345,35 @@ private:
       Pass.DeadInsts.push_back(I);
   }
 
-  Value *getValueCast(IRBuilder<> &IRB, Value *V, Type *Ty) {
+  /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
+  ///
+  /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
+  /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
+  /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
+  /// underlying value, and convert that value.
+  bool canConvertValue(Type *OldTy, Type *NewTy) {
+    if (OldTy == NewTy)
+      return true;
+    if (TD.getTypeSizeInBits(NewTy) != TD.getTypeSizeInBits(OldTy))
+      return false;
+    if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
+      return false;
+
+    if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
+      if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
+        return true;
+      if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
+        return true;
+      return false;
+    }
+
+    return true;
+  }
+
+  Value *convertValue(IRBuilder<> &IRB, Value *V, Type *Ty) {
+    assert(canConvertValue(V->getType(), Ty) && "Value not convertable to type");
+    if (V->getType() == Ty)
+      return V;
     if (V->getType()->isIntegerTy() && Ty->isPointerTy())
       return IRB.CreateIntToPtr(V, Ty);
     if (V->getType()->isPointerTy() && Ty->isIntegerTy())
@@ -2278,7 +2394,7 @@ private:
                                      getName(".load"));
     }
     if (Result->getType() != LI.getType())
-      Result = getValueCast(IRB, Result, LI.getType());
+      Result = convertValue(IRB, Result, LI.getType());
     LI.replaceAllUsesWith(Result);
     Pass.DeadInsts.push_back(&LI);
 
@@ -2307,6 +2423,18 @@ private:
     if (IntPromotionTy)
       return rewriteIntegerLoad(IRB, LI);
 
+    if (BeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
+        canConvertValue(NewAllocaTy, LI.getType())) {
+      Value *NewLI = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
+                                           LI.isVolatile(), getName(".load"));
+      Value *NewV = convertValue(IRB, NewLI, LI.getType());
+      LI.replaceAllUsesWith(NewV);
+      Pass.DeadInsts.push_back(&LI);
+
+      DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewLI << "\n");
+      return !LI.isVolatile();
+    }
+
     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB,
                                          LI.getPointerOperand()->getType());
     LI.setOperand(0, NewPtr);
@@ -2323,13 +2451,13 @@ private:
     if (V->getType() == ElementTy ||
         BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset) {
       if (V->getType() != ElementTy)
-        V = getValueCast(IRB, V, ElementTy);
+        V = convertValue(IRB, V, ElementTy);
       LoadInst *LI = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
                                            getName(".load"));
       V = IRB.CreateInsertElement(LI, V, getIndex(IRB, BeginOffset),
                                   getName(".insert"));
     } else if (V->getType() != VecTy) {
-      V = getValueCast(IRB, V, VecTy);
+      V = convertValue(IRB, V, VecTy);
     }
     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
     Pass.DeadInsts.push_back(&SI);
@@ -2359,6 +2487,27 @@ private:
     if (IntPromotionTy)
       return rewriteIntegerStore(IRB, SI);
 
+    Type *ValueTy = SI.getValueOperand()->getType();
+
+    // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
+    // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
+    if (ValueTy->isPointerTy())
+      if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(SI.getValueOperand()
+                                                  ->stripInBoundsOffsets()))
+        Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
+
+    if (BeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
+        canConvertValue(ValueTy, NewAllocaTy)) {
+      Value *NewV = convertValue(IRB, SI.getValueOperand(), NewAllocaTy);
+      StoreInst *NewSI = IRB.CreateAlignedStore(NewV, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
+                                                SI.isVolatile());
+      (void)NewSI;
+      Pass.DeadInsts.push_back(&SI);
+
+      DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
+      return !SI.isVolatile();
+    }
+
     Value *NewPtr = getAdjustedAllocaPtr(IRB,
                                          SI.getPointerOperand()->getType());
     SI.setOperand(1, NewPtr);
@@ -2700,7 +2849,7 @@ class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
 
-  const TargetData &TD;
+  const DataLayout &TD;
 
   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
   SmallVector<Use *, 8> Queue;
@@ -2713,7 +2862,7 @@ class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
   Use *U;
 
 public:
-  AggLoadStoreRewriter(const TargetData &TD) : TD(TD) {}
+  AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &TD) : TD(TD) {}
 
   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
   /// it.
@@ -2900,6 +3049,36 @@ private:
 };
 }
 
+/// \brief Strip aggregate type wrapping.
+///
+/// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
+/// strip as many layers of types as it can without changing either the type
+/// size or the allocated size.
+static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
+  if (Ty->isSingleValueType())
+    return Ty;
+
+  uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
+  uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
+
+  Type *InnerTy;
+  if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
+    InnerTy = ArrTy->getElementType();
+  } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
+    const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
+    unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
+    InnerTy = STy->getElementType(Index);
+  } else {
+    return Ty;
+  }
+
+  if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
+      TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
+    return Ty;
+
+  return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
+}
+
 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
 /// offset and size.
 ///
@@ -2913,10 +3092,10 @@ private:
 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
 /// return a type if necessary.
-static Type *getTypePartition(const TargetData &TD, Type *Ty,
+static Type *getTypePartition(const DataLayout &TD, Type *Ty,
                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
   if (Offset == 0 && TD.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
-    return Ty;
+    return stripAggregateTypeWrapping(TD, Ty);
 
   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
     // We can't partition pointers...
@@ -2945,7 +3124,7 @@ static Type *getTypePartition(const TargetData &TD, Type *Ty,
     assert(Offset == 0);
 
     if (Size == ElementSize)
-      return ElementTy;
+      return stripAggregateTypeWrapping(TD, ElementTy);
     assert(Size > ElementSize);
     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
     if (NumElements * ElementSize != Size)
@@ -2981,7 +3160,7 @@ static Type *getTypePartition(const TargetData &TD, Type *Ty,
   assert(Offset == 0);
 
   if (Size == ElementSize)
-    return ElementTy;
+    return stripAggregateTypeWrapping(TD, ElementTy);
 
   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
                                EE = STy->element_end();
@@ -3099,11 +3278,16 @@ bool SROA::rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
                << "[" << PI->BeginOffset << "," << PI->EndOffset << ") to: "
                << *NewAI << "\n");
 
+  // Track the high watermark of the post-promotion worklist. We will reset it
+  // to this point if the alloca is not in fact scheduled for promotion.
+  unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
+
   AllocaPartitionRewriter Rewriter(*TD, P, PI, *this, AI, *NewAI,
                                    PI->BeginOffset, PI->EndOffset);
   DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
   DEBUG(P.print(dbgs(), PI, ""));
-  if (Rewriter.visitUsers(P.use_begin(PI), P.use_end(PI))) {
+  bool Promotable = Rewriter.visitUsers(P.use_begin(PI), P.use_end(PI));
+  if (Promotable) {
     DEBUG(dbgs() << "  and queuing for promotion\n");
     PromotableAllocas.push_back(NewAI);
   } else if (NewAI != &AI) {
@@ -3112,6 +3296,12 @@ bool SROA::rewriteAllocaPartition(AllocaInst &AI,
     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
     Worklist.insert(NewAI);
   }
+
+  // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
+  if (!Promotable)
+    while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
+      PostPromotionWorklist.pop_back();
+
   return true;
 }
 
@@ -3145,13 +3335,6 @@ bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
       TD->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
     return false;
 
-  // First check if this is a non-aggregate type that we should simply promote.
-  if (!AI.getAllocatedType()->isAggregateType() && isAllocaPromotable(&AI)) {
-    DEBUG(dbgs() << "  Trivially scalar type, queuing for promotion...\n");
-    PromotableAllocas.push_back(&AI);
-    return false;
-  }
-
   bool Changed = false;
 
   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
@@ -3165,10 +3348,6 @@ bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
   if (P.isEscaped())
     return Changed;
 
-  // No partitions to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
-  if (P.begin() == P.end())
-    return Changed;
-
   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
   for (AllocaPartitioning::dead_user_iterator DI = P.dead_user_begin(),
                                               DE = P.dead_user_end();
@@ -3190,6 +3369,10 @@ bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
       }
   }
 
+  // No partitions to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
+  if (P.begin() == P.end())
+    return Changed;
+
   return splitAlloca(AI, P) || Changed;
 }
 
@@ -3301,7 +3484,7 @@ namespace {
 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
   C = &F.getContext();
-  TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
+  TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
   if (!TD) {
     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
     return false;
@@ -3319,23 +3502,29 @@ bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
   // the list of promotable allocas.
   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
 
-  while (!Worklist.empty()) {
-    Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
-    deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
-
-    // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
-    // continue processing them.
-    if (!DeletedAllocas.empty()) {
-      Worklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
-      PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
-                                             PromotableAllocas.end(),
-                                             IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
-                              PromotableAllocas.end());
-      DeletedAllocas.clear();
+  do {
+    while (!Worklist.empty()) {
+      Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
+      deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
+
+      // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
+      // continue processing them.
+      if (!DeletedAllocas.empty()) {
+        Worklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
+        PostPromotionWorklist.remove_if(IsAllocaInSet(DeletedAllocas));
+        PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
+                                               PromotableAllocas.end(),
+                                               IsAllocaInSet(DeletedAllocas)),
+                                PromotableAllocas.end());
+        DeletedAllocas.clear();
+      }
     }
-  }
 
-  Changed |= promoteAllocas(F);
+    Changed |= promoteAllocas(F);
+
+    Worklist = PostPromotionWorklist;
+    PostPromotionWorklist.clear();
+  } while (!Worklist.empty());
 
   return Changed;
 }