]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/SROA.cpp
Merge llvm, clang, compiler-rt, libc++, libunwind, lld, lldb and openmp
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / 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 #include "llvm/Transforms/Scalar/SROA.h"
27 #include "llvm/ADT/APInt.h"
28 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
29 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
30 #include "llvm/ADT/PointerIntPair.h"
31 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
32 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
33 #include "llvm/ADT/SmallBitVector.h"
34 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
35 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
36 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
37 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
38 #include "llvm/ADT/Twine.h"
39 #include "llvm/ADT/iterator.h"
40 #include "llvm/ADT/iterator_range.h"
41 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
42 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
43 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
44 #include "llvm/Analysis/PtrUseVisitor.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
46 #include "llvm/Config/llvm-config.h"
47 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
48 #include "llvm/IR/Constant.h"
49 #include "llvm/IR/ConstantFolder.h"
50 #include "llvm/IR/Constants.h"
51 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
52 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
53 #include "llvm/IR/DebugInfoMetadata.h"
54 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
55 #include "llvm/IR/Dominators.h"
56 #include "llvm/IR/Function.h"
57 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
58 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
59 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
60 #include "llvm/IR/InstVisitor.h"
61 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
62 #include "llvm/IR/Instruction.h"
63 #include "llvm/IR/Instructions.h"
64 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
65 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
66 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
67 #include "llvm/IR/Metadata.h"
68 #include "llvm/IR/Module.h"
69 #include "llvm/IR/Operator.h"
70 #include "llvm/IR/PassManager.h"
71 #include "llvm/IR/Type.h"
72 #include "llvm/IR/Use.h"
73 #include "llvm/IR/User.h"
74 #include "llvm/IR/Value.h"
75 #include "llvm/Pass.h"
76 #include "llvm/Support/Casting.h"
77 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
78 #include "llvm/Support/Compiler.h"
79 #include "llvm/Support/Debug.h"
80 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
81 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
82 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
83 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
84 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
85 #include <algorithm>
86 #include <cassert>
87 #include <chrono>
88 #include <cstddef>
89 #include <cstdint>
90 #include <cstring>
91 #include <iterator>
92 #include <string>
93 #include <tuple>
94 #include <utility>
95 #include <vector>
96
97 #ifndef NDEBUG
98 // We only use this for a debug check.
99 #include <random>
100 #endif
101
102 using namespace llvm;
103 using namespace llvm::sroa;
104
105 #define DEBUG_TYPE "sroa"
106
107 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
108 STATISTIC(NumAllocaPartitions, "Number of alloca partitions formed");
109 STATISTIC(MaxPartitionsPerAlloca, "Maximum number of partitions per alloca");
110 STATISTIC(NumAllocaPartitionUses, "Number of alloca partition uses rewritten");
111 STATISTIC(MaxUsesPerAllocaPartition, "Maximum number of uses of a partition");
112 STATISTIC(NumNewAllocas, "Number of new, smaller allocas introduced");
113 STATISTIC(NumPromoted, "Number of allocas promoted to SSA values");
114 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
115 STATISTIC(NumDeleted, "Number of instructions deleted");
116 STATISTIC(NumVectorized, "Number of vectorized aggregates");
117
118 /// Hidden option to enable randomly shuffling the slices to help uncover
119 /// instability in their order.
120 static cl::opt<bool> SROARandomShuffleSlices("sroa-random-shuffle-slices",
121                                              cl::init(false), cl::Hidden);
122
123 /// Hidden option to experiment with completely strict handling of inbounds
124 /// GEPs.
125 static cl::opt<bool> SROAStrictInbounds("sroa-strict-inbounds", cl::init(false),
126                                         cl::Hidden);
127
128 namespace {
129
130 /// A custom IRBuilder inserter which prefixes all names, but only in
131 /// Assert builds.
132 class IRBuilderPrefixedInserter : public IRBuilderDefaultInserter {
133   std::string Prefix;
134
135   const Twine getNameWithPrefix(const Twine &Name) const {
136     return Name.isTriviallyEmpty() ? Name : Prefix + Name;
137   }
138
139 public:
140   void SetNamePrefix(const Twine &P) { Prefix = P.str(); }
141
142 protected:
143   void InsertHelper(Instruction *I, const Twine &Name, BasicBlock *BB,
144                     BasicBlock::iterator InsertPt) const {
145     IRBuilderDefaultInserter::InsertHelper(I, getNameWithPrefix(Name), BB,
146                                            InsertPt);
147   }
148 };
149
150 /// Provide a type for IRBuilder that drops names in release builds.
151 using IRBuilderTy = IRBuilder<ConstantFolder, IRBuilderPrefixedInserter>;
152
153 /// A used slice of an alloca.
154 ///
155 /// This structure represents a slice of an alloca used by some instruction. It
156 /// stores both the begin and end offsets of this use, a pointer to the use
157 /// itself, and a flag indicating whether we can classify the use as splittable
158 /// or not when forming partitions of the alloca.
159 class Slice {
160   /// The beginning offset of the range.
161   uint64_t BeginOffset = 0;
162
163   /// The ending offset, not included in the range.
164   uint64_t EndOffset = 0;
165
166   /// Storage for both the use of this slice and whether it can be
167   /// split.
168   PointerIntPair<Use *, 1, bool> UseAndIsSplittable;
169
170 public:
171   Slice() = default;
172
173   Slice(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U, bool IsSplittable)
174       : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset),
175         UseAndIsSplittable(U, IsSplittable) {}
176
177   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
178   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
179
180   bool isSplittable() const { return UseAndIsSplittable.getInt(); }
181   void makeUnsplittable() { UseAndIsSplittable.setInt(false); }
182
183   Use *getUse() const { return UseAndIsSplittable.getPointer(); }
184
185   bool isDead() const { return getUse() == nullptr; }
186   void kill() { UseAndIsSplittable.setPointer(nullptr); }
187
188   /// Support for ordering ranges.
189   ///
190   /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
191   /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
192   /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
193   /// same start position.
194   bool operator<(const Slice &RHS) const {
195     if (beginOffset() < RHS.beginOffset())
196       return true;
197     if (beginOffset() > RHS.beginOffset())
198       return false;
199     if (isSplittable() != RHS.isSplittable())
200       return !isSplittable();
201     if (endOffset() > RHS.endOffset())
202       return true;
203     return false;
204   }
205
206   /// Support comparison with a single offset to allow binary searches.
207   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(const Slice &LHS,
208                                               uint64_t RHSOffset) {
209     return LHS.beginOffset() < RHSOffset;
210   }
211   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
212                                               const Slice &RHS) {
213     return LHSOffset < RHS.beginOffset();
214   }
215
216   bool operator==(const Slice &RHS) const {
217     return isSplittable() == RHS.isSplittable() &&
218            beginOffset() == RHS.beginOffset() && endOffset() == RHS.endOffset();
219   }
220   bool operator!=(const Slice &RHS) const { return !operator==(RHS); }
221 };
222
223 } // end anonymous namespace
224
225 namespace llvm {
226
227 template <typename T> struct isPodLike;
228 template <> struct isPodLike<Slice> { static const bool value = true; };
229
230 } // end namespace llvm
231
232 /// Representation of the alloca slices.
233 ///
234 /// This class represents the slices of an alloca which are formed by its
235 /// various uses. If a pointer escapes, we can't fully build a representation
236 /// for the slices used and we reflect that in this structure. The uses are
237 /// stored, sorted by increasing beginning offset and with unsplittable slices
238 /// starting at a particular offset before splittable slices.
239 class llvm::sroa::AllocaSlices {
240 public:
241   /// Construct the slices of a particular alloca.
242   AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI);
243
244   /// Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
245   ///
246   /// If this is true, the slices are never fully built and should be
247   /// ignored.
248   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
249
250   /// Support for iterating over the slices.
251   /// @{
252   using iterator = SmallVectorImpl<Slice>::iterator;
253   using range = iterator_range<iterator>;
254
255   iterator begin() { return Slices.begin(); }
256   iterator end() { return Slices.end(); }
257
258   using const_iterator = SmallVectorImpl<Slice>::const_iterator;
259   using const_range = iterator_range<const_iterator>;
260
261   const_iterator begin() const { return Slices.begin(); }
262   const_iterator end() const { return Slices.end(); }
263   /// @}
264
265   /// Erase a range of slices.
266   void erase(iterator Start, iterator Stop) { Slices.erase(Start, Stop); }
267
268   /// Insert new slices for this alloca.
269   ///
270   /// This moves the slices into the alloca's slices collection, and re-sorts
271   /// everything so that the usual ordering properties of the alloca's slices
272   /// hold.
273   void insert(ArrayRef<Slice> NewSlices) {
274     int OldSize = Slices.size();
275     Slices.append(NewSlices.begin(), NewSlices.end());
276     auto SliceI = Slices.begin() + OldSize;
277     llvm::sort(SliceI, Slices.end());
278     std::inplace_merge(Slices.begin(), SliceI, Slices.end());
279   }
280
281   // Forward declare the iterator and range accessor for walking the
282   // partitions.
283   class partition_iterator;
284   iterator_range<partition_iterator> partitions();
285
286   /// Access the dead users for this alloca.
287   ArrayRef<Instruction *> getDeadUsers() const { return DeadUsers; }
288
289   /// Access the dead operands referring to this alloca.
290   ///
291   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
292   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
293   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
294   /// need to replace with undef.
295   ArrayRef<Use *> getDeadOperands() const { return DeadOperands; }
296
297 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
298   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
299   void printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
300                   StringRef Indent = "  ") const;
301   void printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
302                 StringRef Indent = "  ") const;
303   void print(raw_ostream &OS) const;
304   void dump(const_iterator I) const;
305   void dump() const;
306 #endif
307
308 private:
309   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
310   class SliceBuilder;
311
312   friend class AllocaSlices::SliceBuilder;
313
314 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
315   /// Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
316   AllocaInst &AI;
317 #endif
318
319   /// The instruction responsible for this alloca not having a known set
320   /// of slices.
321   ///
322   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
323   /// store a pointer to that here and abort trying to form slices of the
324   /// alloca. This will be null if the alloca slices are analyzed successfully.
325   Instruction *PointerEscapingInstr;
326
327   /// The slices of the alloca.
328   ///
329   /// We store a vector of the slices formed by uses of the alloca here. This
330   /// vector is sorted by increasing begin offset, and then the unsplittable
331   /// slices before the splittable ones. See the Slice inner class for more
332   /// details.
333   SmallVector<Slice, 8> Slices;
334
335   /// Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
336   ///
337   /// Note that these are not separated by slice. This is because we expect an
338   /// alloca to be completely rewritten or not rewritten at all. If rewritten,
339   /// all these instructions can simply be removed and replaced with undef as
340   /// they come from outside of the allocated space.
341   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
342
343   /// Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
344   ///
345   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
346   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
347   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
348   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
349   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
350   /// the alloca.
351   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
352 };
353
354 /// A partition of the slices.
355 ///
356 /// An ephemeral representation for a range of slices which can be viewed as
357 /// a partition of the alloca. This range represents a span of the alloca's
358 /// memory which cannot be split, and provides access to all of the slices
359 /// overlapping some part of the partition.
360 ///
361 /// Objects of this type are produced by traversing the alloca's slices, but
362 /// are only ephemeral and not persistent.
363 class llvm::sroa::Partition {
364 private:
365   friend class AllocaSlices;
366   friend class AllocaSlices::partition_iterator;
367
368   using iterator = AllocaSlices::iterator;
369
370   /// The beginning and ending offsets of the alloca for this
371   /// partition.
372   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
373
374   /// The start and end iterators of this partition.
375   iterator SI, SJ;
376
377   /// A collection of split slice tails overlapping the partition.
378   SmallVector<Slice *, 4> SplitTails;
379
380   /// Raw constructor builds an empty partition starting and ending at
381   /// the given iterator.
382   Partition(iterator SI) : SI(SI), SJ(SI) {}
383
384 public:
385   /// The start offset of this partition.
386   ///
387   /// All of the contained slices start at or after this offset.
388   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
389
390   /// The end offset of this partition.
391   ///
392   /// All of the contained slices end at or before this offset.
393   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
394
395   /// The size of the partition.
396   ///
397   /// Note that this can never be zero.
398   uint64_t size() const {
399     assert(BeginOffset < EndOffset && "Partitions must span some bytes!");
400     return EndOffset - BeginOffset;
401   }
402
403   /// Test whether this partition contains no slices, and merely spans
404   /// a region occupied by split slices.
405   bool empty() const { return SI == SJ; }
406
407   /// \name Iterate slices that start within the partition.
408   /// These may be splittable or unsplittable. They have a begin offset >= the
409   /// partition begin offset.
410   /// @{
411   // FIXME: We should probably define a "concat_iterator" helper and use that
412   // to stitch together pointee_iterators over the split tails and the
413   // contiguous iterators of the partition. That would give a much nicer
414   // interface here. We could then additionally expose filtered iterators for
415   // split, unsplit, and unsplittable splices based on the usage patterns.
416   iterator begin() const { return SI; }
417   iterator end() const { return SJ; }
418   /// @}
419
420   /// Get the sequence of split slice tails.
421   ///
422   /// These tails are of slices which start before this partition but are
423   /// split and overlap into the partition. We accumulate these while forming
424   /// partitions.
425   ArrayRef<Slice *> splitSliceTails() const { return SplitTails; }
426 };
427
428 /// An iterator over partitions of the alloca's slices.
429 ///
430 /// This iterator implements the core algorithm for partitioning the alloca's
431 /// slices. It is a forward iterator as we don't support backtracking for
432 /// efficiency reasons, and re-use a single storage area to maintain the
433 /// current set of split slices.
434 ///
435 /// It is templated on the slice iterator type to use so that it can operate
436 /// with either const or non-const slice iterators.
437 class AllocaSlices::partition_iterator
438     : public iterator_facade_base<partition_iterator, std::forward_iterator_tag,
439                                   Partition> {
440   friend class AllocaSlices;
441
442   /// Most of the state for walking the partitions is held in a class
443   /// with a nice interface for examining them.
444   Partition P;
445
446   /// We need to keep the end of the slices to know when to stop.
447   AllocaSlices::iterator SE;
448
449   /// We also need to keep track of the maximum split end offset seen.
450   /// FIXME: Do we really?
451   uint64_t MaxSplitSliceEndOffset = 0;
452
453   /// Sets the partition to be empty at given iterator, and sets the
454   /// end iterator.
455   partition_iterator(AllocaSlices::iterator SI, AllocaSlices::iterator SE)
456       : P(SI), SE(SE) {
457     // If not already at the end, advance our state to form the initial
458     // partition.
459     if (SI != SE)
460       advance();
461   }
462
463   /// Advance the iterator to the next partition.
464   ///
465   /// Requires that the iterator not be at the end of the slices.
466   void advance() {
467     assert((P.SI != SE || !P.SplitTails.empty()) &&
468            "Cannot advance past the end of the slices!");
469
470     // Clear out any split uses which have ended.
471     if (!P.SplitTails.empty()) {
472       if (P.EndOffset >= MaxSplitSliceEndOffset) {
473         // If we've finished all splits, this is easy.
474         P.SplitTails.clear();
475         MaxSplitSliceEndOffset = 0;
476       } else {
477         // Remove the uses which have ended in the prior partition. This
478         // cannot change the max split slice end because we just checked that
479         // the prior partition ended prior to that max.
480         P.SplitTails.erase(llvm::remove_if(P.SplitTails,
481                                            [&](Slice *S) {
482                                              return S->endOffset() <=
483                                                     P.EndOffset;
484                                            }),
485                            P.SplitTails.end());
486         assert(llvm::any_of(P.SplitTails,
487                             [&](Slice *S) {
488                               return S->endOffset() == MaxSplitSliceEndOffset;
489                             }) &&
490                "Could not find the current max split slice offset!");
491         assert(llvm::all_of(P.SplitTails,
492                             [&](Slice *S) {
493                               return S->endOffset() <= MaxSplitSliceEndOffset;
494                             }) &&
495                "Max split slice end offset is not actually the max!");
496       }
497     }
498
499     // If P.SI is already at the end, then we've cleared the split tail and
500     // now have an end iterator.
501     if (P.SI == SE) {
502       assert(P.SplitTails.empty() && "Failed to clear the split slices!");
503       return;
504     }
505
506     // If we had a non-empty partition previously, set up the state for
507     // subsequent partitions.
508     if (P.SI != P.SJ) {
509       // Accumulate all the splittable slices which started in the old
510       // partition into the split list.
511       for (Slice &S : P)
512         if (S.isSplittable() && S.endOffset() > P.EndOffset) {
513           P.SplitTails.push_back(&S);
514           MaxSplitSliceEndOffset =
515               std::max(S.endOffset(), MaxSplitSliceEndOffset);
516         }
517
518       // Start from the end of the previous partition.
519       P.SI = P.SJ;
520
521       // If P.SI is now at the end, we at most have a tail of split slices.
522       if (P.SI == SE) {
523         P.BeginOffset = P.EndOffset;
524         P.EndOffset = MaxSplitSliceEndOffset;
525         return;
526       }
527
528       // If the we have split slices and the next slice is after a gap and is
529       // not splittable immediately form an empty partition for the split
530       // slices up until the next slice begins.
531       if (!P.SplitTails.empty() && P.SI->beginOffset() != P.EndOffset &&
532           !P.SI->isSplittable()) {
533         P.BeginOffset = P.EndOffset;
534         P.EndOffset = P.SI->beginOffset();
535         return;
536       }
537     }
538
539     // OK, we need to consume new slices. Set the end offset based on the
540     // current slice, and step SJ past it. The beginning offset of the
541     // partition is the beginning offset of the next slice unless we have
542     // pre-existing split slices that are continuing, in which case we begin
543     // at the prior end offset.
544     P.BeginOffset = P.SplitTails.empty() ? P.SI->beginOffset() : P.EndOffset;
545     P.EndOffset = P.SI->endOffset();
546     ++P.SJ;
547
548     // There are two strategies to form a partition based on whether the
549     // partition starts with an unsplittable slice or a splittable slice.
550     if (!P.SI->isSplittable()) {
551       // When we're forming an unsplittable region, it must always start at
552       // the first slice and will extend through its end.
553       assert(P.BeginOffset == P.SI->beginOffset());
554
555       // Form a partition including all of the overlapping slices with this
556       // unsplittable slice.
557       while (P.SJ != SE && P.SJ->beginOffset() < P.EndOffset) {
558         if (!P.SJ->isSplittable())
559           P.EndOffset = std::max(P.EndOffset, P.SJ->endOffset());
560         ++P.SJ;
561       }
562
563       // We have a partition across a set of overlapping unsplittable
564       // partitions.
565       return;
566     }
567
568     // If we're starting with a splittable slice, then we need to form
569     // a synthetic partition spanning it and any other overlapping splittable
570     // splices.
571     assert(P.SI->isSplittable() && "Forming a splittable partition!");
572
573     // Collect all of the overlapping splittable slices.
574     while (P.SJ != SE && P.SJ->beginOffset() < P.EndOffset &&
575            P.SJ->isSplittable()) {
576       P.EndOffset = std::max(P.EndOffset, P.SJ->endOffset());
577       ++P.SJ;
578     }
579
580     // Back upiP.EndOffset if we ended the span early when encountering an
581     // unsplittable slice. This synthesizes the early end offset of
582     // a partition spanning only splittable slices.
583     if (P.SJ != SE && P.SJ->beginOffset() < P.EndOffset) {
584       assert(!P.SJ->isSplittable());
585       P.EndOffset = P.SJ->beginOffset();
586     }
587   }
588
589 public:
590   bool operator==(const partition_iterator &RHS) const {
591     assert(SE == RHS.SE &&
592            "End iterators don't match between compared partition iterators!");
593
594     // The observed positions of partitions is marked by the P.SI iterator and
595     // the emptiness of the split slices. The latter is only relevant when
596     // P.SI == SE, as the end iterator will additionally have an empty split
597     // slices list, but the prior may have the same P.SI and a tail of split
598     // slices.
599     if (P.SI == RHS.P.SI && P.SplitTails.empty() == RHS.P.SplitTails.empty()) {
600       assert(P.SJ == RHS.P.SJ &&
601              "Same set of slices formed two different sized partitions!");
602       assert(P.SplitTails.size() == RHS.P.SplitTails.size() &&
603              "Same slice position with differently sized non-empty split "
604              "slice tails!");
605       return true;
606     }
607     return false;
608   }
609
610   partition_iterator &operator++() {
611     advance();
612     return *this;
613   }
614
615   Partition &operator*() { return P; }
616 };
617
618 /// A forward range over the partitions of the alloca's slices.
619 ///
620 /// This accesses an iterator range over the partitions of the alloca's
621 /// slices. It computes these partitions on the fly based on the overlapping
622 /// offsets of the slices and the ability to split them. It will visit "empty"
623 /// partitions to cover regions of the alloca only accessed via split
624 /// slices.
625 iterator_range<AllocaSlices::partition_iterator> AllocaSlices::partitions() {
626   return make_range(partition_iterator(begin(), end()),
627                     partition_iterator(end(), end()));
628 }
629
630 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
631   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
632   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
633   // early on.
634   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
635     return SI.getOperand(1 + CI->isZero());
636   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
637     return SI.getOperand(1);
638
639   return nullptr;
640 }
641
642 /// A helper that folds a PHI node or a select.
643 static Value *foldPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
644   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
645     // If PN merges together the same value, return that value.
646     return PN->hasConstantValue();
647   }
648   return foldSelectInst(cast<SelectInst>(I));
649 }
650
651 /// Builder for the alloca slices.
652 ///
653 /// This class builds a set of alloca slices by recursively visiting the uses
654 /// of an alloca and making a slice for each load and store at each offset.
655 class AllocaSlices::SliceBuilder : public PtrUseVisitor<SliceBuilder> {
656   friend class PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
657   friend class InstVisitor<SliceBuilder>;
658
659   using Base = PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
660
661   const uint64_t AllocSize;
662   AllocaSlices &AS;
663
664   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferSliceMap;
665   SmallDenseMap<Instruction *, uint64_t> PHIOrSelectSizes;
666
667   /// Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
668   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
669
670 public:
671   SliceBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS)
672       : PtrUseVisitor<SliceBuilder>(DL),
673         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())), AS(AS) {}
674
675 private:
676   void markAsDead(Instruction &I) {
677     if (VisitedDeadInsts.insert(&I).second)
678       AS.DeadUsers.push_back(&I);
679   }
680
681   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
682                  bool IsSplittable = false) {
683     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
684     // past the end of the allocation.
685     if (Size == 0 || Offset.uge(AllocSize)) {
686       LLVM_DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @"
687                         << Offset
688                         << " which has zero size or starts outside of the "
689                         << AllocSize << " byte alloca:\n"
690                         << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
691                         << "       use: " << I << "\n");
692       return markAsDead(I);
693     }
694
695     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
696     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
697
698     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
699     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
700     // This may appear superficially to be something we could ignore entirely,
701     // but that is not so! There may be widened loads or PHI-node uses where
702     // some instructions are dead but not others. We can't completely ignore
703     // them, and so have to record at least the information here.
704     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
705     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
706       LLVM_DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @"
707                         << Offset << " to remain within the " << AllocSize
708                         << " byte alloca:\n"
709                         << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
710                         << "       use: " << I << "\n");
711       EndOffset = AllocSize;
712     }
713
714     AS.Slices.push_back(Slice(BeginOffset, EndOffset, U, IsSplittable));
715   }
716
717   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
718     if (BC.use_empty())
719       return markAsDead(BC);
720
721     return Base::visitBitCastInst(BC);
722   }
723
724   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
725     if (GEPI.use_empty())
726       return markAsDead(GEPI);
727
728     if (SROAStrictInbounds && GEPI.isInBounds()) {
729       // FIXME: This is a manually un-factored variant of the basic code inside
730       // of GEPs with checking of the inbounds invariant specified in the
731       // langref in a very strict sense. If we ever want to enable
732       // SROAStrictInbounds, this code should be factored cleanly into
733       // PtrUseVisitor, but it is easier to experiment with SROAStrictInbounds
734       // by writing out the code here where we have the underlying allocation
735       // size readily available.
736       APInt GEPOffset = Offset;
737       const DataLayout &DL = GEPI.getModule()->getDataLayout();
738       for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI),
739                              GTE = gep_type_end(GEPI);
740            GTI != GTE; ++GTI) {
741         ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
742         if (!OpC)
743           break;
744
745         // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
746         if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
747           unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
748           const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
749           GEPOffset +=
750               APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(ElementIdx));
751         } else {
752           // For array or vector indices, scale the index by the size of the
753           // type.
754           APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth());
755           GEPOffset += Index * APInt(Offset.getBitWidth(),
756                                      DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
757         }
758
759         // If this index has computed an intermediate pointer which is not
760         // inbounds, then the result of the GEP is a poison value and we can
761         // delete it and all uses.
762         if (GEPOffset.ugt(AllocSize))
763           return markAsDead(GEPI);
764       }
765     }
766
767     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
768   }
769
770   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
771                          uint64_t Size, bool IsVolatile) {
772     // We allow splitting of non-volatile loads and stores where the type is an
773     // integer type. These may be used to implement 'memcpy' or other "transfer
774     // of bits" patterns.
775     bool IsSplittable = Ty->isIntegerTy() && !IsVolatile;
776
777     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
778   }
779
780   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
781     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
782            "All simple FCA loads should have been pre-split");
783
784     if (!IsOffsetKnown)
785       return PI.setAborted(&LI);
786
787     const DataLayout &DL = LI.getModule()->getDataLayout();
788     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI.getType());
789     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, Size, LI.isVolatile());
790   }
791
792   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
793     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
794     if (ValOp == *U)
795       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
796     if (!IsOffsetKnown)
797       return PI.setAborted(&SI);
798
799     const DataLayout &DL = SI.getModule()->getDataLayout();
800     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(ValOp->getType());
801
802     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
803     // bounds of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
804     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
805     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
806     // risk of overflow.
807     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
808     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
809     if (Size > AllocSize || Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
810       LLVM_DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte store @"
811                         << Offset << " which extends past the end of the "
812                         << AllocSize << " byte alloca:\n"
813                         << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
814                         << "       use: " << SI << "\n");
815       return markAsDead(SI);
816     }
817
818     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
819            "All simple FCA stores should have been pre-split");
820     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, Size, SI.isVolatile());
821   }
822
823   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
824     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
825     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
826     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
827         (IsOffsetKnown && Offset.uge(AllocSize)))
828       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
829       return markAsDead(II);
830
831     if (!IsOffsetKnown)
832       return PI.setAborted(&II);
833
834     insertUse(II, Offset, Length ? Length->getLimitedValue()
835                                  : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
836               (bool)Length);
837   }
838
839   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
840     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
841     if (Length && Length->getValue() == 0)
842       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
843       return markAsDead(II);
844
845     // Because we can visit these intrinsics twice, also check to see if the
846     // first time marked this instruction as dead. If so, skip it.
847     if (VisitedDeadInsts.count(&II))
848       return;
849
850     if (!IsOffsetKnown)
851       return PI.setAborted(&II);
852
853     // This side of the transfer is completely out-of-bounds, and so we can
854     // nuke the entire transfer. However, we also need to nuke the other side
855     // if already added to our partitions.
856     // FIXME: Yet another place we really should bypass this when
857     // instrumenting for ASan.
858     if (Offset.uge(AllocSize)) {
859       SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI =
860           MemTransferSliceMap.find(&II);
861       if (MTPI != MemTransferSliceMap.end())
862         AS.Slices[MTPI->second].kill();
863       return markAsDead(II);
864     }
865
866     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
867     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue() : AllocSize - RawOffset;
868
869     // Check for the special case where the same exact value is used for both
870     // source and dest.
871     if (*U == II.getRawDest() && *U == II.getRawSource()) {
872       // For non-volatile transfers this is a no-op.
873       if (!II.isVolatile())
874         return markAsDead(II);
875
876       return insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/false);
877     }
878
879     // If we have seen both source and destination for a mem transfer, then
880     // they both point to the same alloca.
881     bool Inserted;
882     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI;
883     std::tie(MTPI, Inserted) =
884         MemTransferSliceMap.insert(std::make_pair(&II, AS.Slices.size()));
885     unsigned PrevIdx = MTPI->second;
886     if (!Inserted) {
887       Slice &PrevP = AS.Slices[PrevIdx];
888
889       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
890       // In that case, we can completely elide the transfer.
891       if (!II.isVolatile() && PrevP.beginOffset() == RawOffset) {
892         PrevP.kill();
893         return markAsDead(II);
894       }
895
896       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
897       // split those.
898       PrevP.makeUnsplittable();
899     }
900
901     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
902     insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/Inserted && Length);
903
904     // Check that we ended up with a valid index in the map.
905     assert(AS.Slices[PrevIdx].getUse()->getUser() == &II &&
906            "Map index doesn't point back to a slice with this user.");
907   }
908
909   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
910   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
911   // doesn't make sense.
912   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
913     if (!IsOffsetKnown)
914       return PI.setAborted(&II);
915
916     if (II.isLifetimeStartOrEnd()) {
917       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
918       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
919                                Length->getLimitedValue());
920       insertUse(II, Offset, Size, true);
921       return;
922     }
923
924     Base::visitIntrinsicInst(II);
925   }
926
927   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
928     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
929     // the same offset to be a viable use for slicing purposes. These uses
930     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
931     // size.
932     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
933     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
934     Visited.insert(Root);
935     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
936     const DataLayout &DL = Root->getModule()->getDataLayout();
937     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
938     // a size zero access.
939     Size = 0;
940     do {
941       Instruction *I, *UsedI;
942       std::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
943
944       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
945         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(LI->getType()));
946         continue;
947       }
948       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
949         Value *Op = SI->getOperand(0);
950         if (Op == UsedI)
951           return SI;
952         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(Op->getType()));
953         continue;
954       }
955
956       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
957         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
958           return GEP;
959       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
960                  !isa<SelectInst>(I)) {
961         return I;
962       }
963
964       for (User *U : I->users())
965         if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)).second)
966           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(U)));
967     } while (!Uses.empty());
968
969     return nullptr;
970   }
971
972   void visitPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
973     assert(isa<PHINode>(I) || isa<SelectInst>(I));
974     if (I.use_empty())
975       return markAsDead(I);
976
977     // TODO: We could use SimplifyInstruction here to fold PHINodes and
978     // SelectInsts. However, doing so requires to change the current
979     // dead-operand-tracking mechanism. For instance, suppose neither loading
980     // from %U nor %other traps. Then "load (select undef, %U, %other)" does not
981     // trap either.  However, if we simply replace %U with undef using the
982     // current dead-operand-tracking mechanism, "load (select undef, undef,
983     // %other)" may trap because the select may return the first operand
984     // "undef".
985     if (Value *Result = foldPHINodeOrSelectInst(I)) {
986       if (Result == *U)
987         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
988         // through the PHI/select as if we had RAUW'ed it.
989         enqueueUsers(I);
990       else
991         // Otherwise the operand to the PHI/select is dead, and we can replace
992         // it with undef.
993         AS.DeadOperands.push_back(U);
994
995       return;
996     }
997
998     if (!IsOffsetKnown)
999       return PI.setAborted(&I);
1000
1001     // See if we already have computed info on this node.
1002     uint64_t &Size = PHIOrSelectSizes[&I];
1003     if (!Size) {
1004       // This is a new PHI/Select, check for an unsafe use of it.
1005       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&I, Size))
1006         return PI.setAborted(UnsafeI);
1007     }
1008
1009     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
1010     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
1011     // case them here and use a separate structure to track the operands
1012     // themselves which should be replaced with undef.
1013     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
1014     // for address sanitization.
1015     if (Offset.uge(AllocSize)) {
1016       AS.DeadOperands.push_back(U);
1017       return;
1018     }
1019
1020     insertUse(I, Offset, Size);
1021   }
1022
1023   void visitPHINode(PHINode &PN) { visitPHINodeOrSelectInst(PN); }
1024
1025   void visitSelectInst(SelectInst &SI) { visitPHINodeOrSelectInst(SI); }
1026
1027   /// Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
1028   void visitInstruction(Instruction &I) { PI.setAborted(&I); }
1029 };
1030
1031 AllocaSlices::AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI)
1032     :
1033 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1034       AI(AI),
1035 #endif
1036       PointerEscapingInstr(nullptr) {
1037   SliceBuilder PB(DL, AI, *this);
1038   SliceBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
1039   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
1040     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
1041     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaSlices.
1042     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
1043                                                   : PtrI.getAbortingInst();
1044     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
1045     return;
1046   }
1047
1048   Slices.erase(
1049       llvm::remove_if(Slices, [](const Slice &S) { return S.isDead(); }),
1050       Slices.end());
1051
1052 #ifndef NDEBUG
1053   if (SROARandomShuffleSlices) {
1054     std::mt19937 MT(static_cast<unsigned>(
1055         std::chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count()));
1056     std::shuffle(Slices.begin(), Slices.end(), MT);
1057   }
1058 #endif
1059
1060   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
1061   // and the sizes to be in descending order.
1062   llvm::sort(Slices);
1063 }
1064
1065 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1066
1067 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1068                          StringRef Indent) const {
1069   printSlice(OS, I, Indent);
1070   OS << "\n";
1071   printUse(OS, I, Indent);
1072 }
1073
1074 void AllocaSlices::printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1075                               StringRef Indent) const {
1076   OS << Indent << "[" << I->beginOffset() << "," << I->endOffset() << ")"
1077      << " slice #" << (I - begin())
1078      << (I->isSplittable() ? " (splittable)" : "");
1079 }
1080
1081 void AllocaSlices::printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1082                             StringRef Indent) const {
1083   OS << Indent << "  used by: " << *I->getUse()->getUser() << "\n";
1084 }
1085
1086 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS) const {
1087   if (PointerEscapingInstr) {
1088     OS << "Can't analyze slices for alloca: " << AI << "\n"
1089        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
1090        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
1091     return;
1092   }
1093
1094   OS << "Slices of alloca: " << AI << "\n";
1095   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
1096     print(OS, I);
1097 }
1098
1099 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump(const_iterator I) const {
1100   print(dbgs(), I);
1101 }
1102 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump() const { print(dbgs()); }
1103
1104 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1105
1106 /// Walk the range of a partitioning looking for a common type to cover this
1107 /// sequence of slices.
1108 static Type *findCommonType(AllocaSlices::const_iterator B,
1109                             AllocaSlices::const_iterator E,
1110                             uint64_t EndOffset) {
1111   Type *Ty = nullptr;
1112   bool TyIsCommon = true;
1113   IntegerType *ITy = nullptr;
1114
1115   // Note that we need to look at *every* alloca slice's Use to ensure we
1116   // always get consistent results regardless of the order of slices.
1117   for (AllocaSlices::const_iterator I = B; I != E; ++I) {
1118     Use *U = I->getUse();
1119     if (isa<IntrinsicInst>(*U->getUser()))
1120       continue;
1121     if (I->beginOffset() != B->beginOffset() || I->endOffset() != EndOffset)
1122       continue;
1123
1124     Type *UserTy = nullptr;
1125     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1126       UserTy = LI->getType();
1127     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1128       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1129     }
1130
1131     if (IntegerType *UserITy = dyn_cast_or_null<IntegerType>(UserTy)) {
1132       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
1133       // this for split integer operations where we want to use the type of the
1134       // entity causing the split. Also skip if the type is not a byte width
1135       // multiple.
1136       if (UserITy->getBitWidth() % 8 != 0 ||
1137           UserITy->getBitWidth() / 8 > (EndOffset - B->beginOffset()))
1138         continue;
1139
1140       // Track the largest bitwidth integer type used in this way in case there
1141       // is no common type.
1142       if (!ITy || ITy->getBitWidth() < UserITy->getBitWidth())
1143         ITy = UserITy;
1144     }
1145
1146     // To avoid depending on the order of slices, Ty and TyIsCommon must not
1147     // depend on types skipped above.
1148     if (!UserTy || (Ty && Ty != UserTy))
1149       TyIsCommon = false; // Give up on anything but an iN type.
1150     else
1151       Ty = UserTy;
1152   }
1153
1154   return TyIsCommon ? Ty : ITy;
1155 }
1156
1157 /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1158 /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1159 /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1160 /// From this:
1161 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1162 ///   %V = load i32* %P2
1163 /// to:
1164 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1165 ///   ...
1166 ///   %V2 = load i32* %Other
1167 ///   ...
1168 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1169 ///
1170 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1171 /// to the select can be loaded unconditionally.
1172 ///
1173 /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1174 /// Transforms/Util/Local.h
1175 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN) {
1176   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1177   // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1178   // TODO: Allow recursive phi users.
1179   // TODO: Allow stores.
1180   BasicBlock *BB = PN.getParent();
1181   unsigned MaxAlign = 0;
1182   bool HaveLoad = false;
1183   for (User *U : PN.users()) {
1184     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1185     if (!LI || !LI->isSimple())
1186       return false;
1187
1188     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1189     // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1190     // a PHI.
1191     if (LI->getParent() != BB)
1192       return false;
1193
1194     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1195     // could store.
1196     for (BasicBlock::iterator BBI(PN); &*BBI != LI; ++BBI)
1197       if (BBI->mayWriteToMemory())
1198         return false;
1199
1200     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1201     HaveLoad = true;
1202   }
1203
1204   if (!HaveLoad)
1205     return false;
1206
1207   const DataLayout &DL = PN.getModule()->getDataLayout();
1208
1209   // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1210   // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1211   // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1212   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1213     Instruction *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1214     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1215
1216     // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1217     // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1218     // in the predecessor.
1219     if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1220       return false;
1221
1222     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1223     // critical.
1224     if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1225       continue;
1226
1227     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1228     // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1229     // block.
1230     if (isSafeToLoadUnconditionally(InVal, MaxAlign, DL, TI))
1231       continue;
1232
1233     return false;
1234   }
1235
1236   return true;
1237 }
1238
1239 static void speculatePHINodeLoads(PHINode &PN) {
1240   LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1241
1242   Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1243   IRBuilderTy PHIBuilder(&PN);
1244   PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1245                                         PN.getName() + ".sroa.speculated");
1246
1247   // Get the AA tags and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1248   // matter which one we get and if any differ.
1249   LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1250
1251   AAMDNodes AATags;
1252   SomeLoad->getAAMetadata(AATags);
1253   unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1254
1255   // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1256   while (!PN.use_empty()) {
1257     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1258     LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1259     LI->eraseFromParent();
1260   }
1261
1262   // Inject loads into all of the pred blocks.
1263   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InjectedLoads;
1264   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1265     BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1266     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1267
1268     // A PHI node is allowed to have multiple (duplicated) entries for the same
1269     // basic block, as long as the value is the same. So if we already injected
1270     // a load in the predecessor, then we should reuse the same load for all
1271     // duplicated entries.
1272     if (Value* V = InjectedLoads.lookup(Pred)) {
1273       NewPN->addIncoming(V, Pred);
1274       continue;
1275     }
1276
1277     Instruction *TI = Pred->getTerminator();
1278     IRBuilderTy PredBuilder(TI);
1279
1280     LoadInst *Load = PredBuilder.CreateLoad(
1281         InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." + Pred->getName()));
1282     ++NumLoadsSpeculated;
1283     Load->setAlignment(Align);
1284     if (AATags)
1285       Load->setAAMetadata(AATags);
1286     NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1287     InjectedLoads[Pred] = Load;
1288   }
1289
1290   LLVM_DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1291   PN.eraseFromParent();
1292 }
1293
1294 /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1295 /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1296 /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1297 /// From this:
1298 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1299 ///   %V = load i32* %P2
1300 /// to:
1301 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1302 ///   %V2 = load i32* %Other
1303 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1304 ///
1305 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1306 /// to the select can be loaded unconditionally.
1307 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI) {
1308   Value *TValue = SI.getTrueValue();
1309   Value *FValue = SI.getFalseValue();
1310   const DataLayout &DL = SI.getModule()->getDataLayout();
1311
1312   for (User *U : SI.users()) {
1313     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1314     if (!LI || !LI->isSimple())
1315       return false;
1316
1317     // Both operands to the select need to be dereferenceable, either
1318     // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1319     // accesses to it.
1320     if (!isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI->getAlignment(), DL, LI))
1321       return false;
1322     if (!isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI->getAlignment(), DL, LI))
1323       return false;
1324   }
1325
1326   return true;
1327 }
1328
1329 static void speculateSelectInstLoads(SelectInst &SI) {
1330   LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1331
1332   IRBuilderTy IRB(&SI);
1333   Value *TV = SI.getTrueValue();
1334   Value *FV = SI.getFalseValue();
1335   // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1336   while (!SI.use_empty()) {
1337     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI.user_back());
1338     assert(LI->isSimple() && "We only speculate simple loads");
1339
1340     IRB.SetInsertPoint(LI);
1341     LoadInst *TL =
1342         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1343     LoadInst *FL =
1344         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1345     NumLoadsSpeculated += 2;
1346
1347     // Transfer alignment and AA info if present.
1348     TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1349     FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1350
1351     AAMDNodes Tags;
1352     LI->getAAMetadata(Tags);
1353     if (Tags) {
1354       TL->setAAMetadata(Tags);
1355       FL->setAAMetadata(Tags);
1356     }
1357
1358     Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1359                                 LI->getName() + ".sroa.speculated");
1360
1361     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1362     LI->replaceAllUsesWith(V);
1363     LI->eraseFromParent();
1364   }
1365   SI.eraseFromParent();
1366 }
1367
1368 /// Build a GEP out of a base pointer and indices.
1369 ///
1370 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1371 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1372 static Value *buildGEP(IRBuilderTy &IRB, Value *BasePtr,
1373                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices, Twine NamePrefix) {
1374   if (Indices.empty())
1375     return BasePtr;
1376
1377   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1378   // in that case.
1379   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1380     return BasePtr;
1381
1382   return IRB.CreateInBoundsGEP(nullptr, BasePtr, Indices,
1383                                NamePrefix + "sroa_idx");
1384 }
1385
1386 /// Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1387 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1388 ///
1389 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1390 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1391 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1392 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1393 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1394 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1395 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1396                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1397                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1398                                     Twine NamePrefix) {
1399   if (Ty == TargetTy)
1400     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1401
1402   // Offset size to use for the indices.
1403   unsigned OffsetSize = DL.getIndexTypeSizeInBits(BasePtr->getType());
1404
1405   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1406   // type.
1407   unsigned NumLayers = 0;
1408   Type *ElementTy = Ty;
1409   do {
1410     if (ElementTy->isPointerTy())
1411       break;
1412
1413     if (ArrayType *ArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(ElementTy)) {
1414       ElementTy = ArrayTy->getElementType();
1415       Indices.push_back(IRB.getIntN(OffsetSize, 0));
1416     } else if (VectorType *VectorTy = dyn_cast<VectorType>(ElementTy)) {
1417       ElementTy = VectorTy->getElementType();
1418       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1419     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1420       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1421         break; // Nothing left to descend into.
1422       ElementTy = *STy->element_begin();
1423       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1424     } else {
1425       break;
1426     }
1427     ++NumLayers;
1428   } while (ElementTy != TargetTy);
1429   if (ElementTy != TargetTy)
1430     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1431
1432   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1433 }
1434
1435 /// Recursively compute indices for a natural GEP.
1436 ///
1437 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1438 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1439 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1440                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1441                                        Type *TargetTy,
1442                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1443                                        Twine NamePrefix) {
1444   if (Offset == 0)
1445     return getNaturalGEPWithType(IRB, DL, Ptr, Ty, TargetTy, Indices,
1446                                  NamePrefix);
1447
1448   // We can't recurse through pointer types.
1449   if (Ty->isPointerTy())
1450     return nullptr;
1451
1452   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1453   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1454   // over a vector from the IR completely.
1455   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1456     unsigned ElementSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1457     if (ElementSizeInBits % 8 != 0) {
1458       // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1459       return nullptr;
1460     }
1461     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1462     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1463     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1464       return nullptr;
1465     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1466     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1467     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, VecTy->getElementType(),
1468                                     Offset, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1469   }
1470
1471   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1472     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1473     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1474     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1475     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1476       return nullptr;
1477
1478     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1479     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1480     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1481                                     Indices, NamePrefix);
1482   }
1483
1484   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1485   if (!STy)
1486     return nullptr;
1487
1488   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1489   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1490   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1491     return nullptr;
1492   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1493   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1494   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1495   if (Offset.uge(DL.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1496     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
1497
1498   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1499   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1500                                   Indices, NamePrefix);
1501 }
1502
1503 /// Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1504 /// resulting in a particular type.
1505 ///
1506 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1507 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1508 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1509 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1510 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1511 ///
1512 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1513 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1514                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1515                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1516                                       Twine NamePrefix) {
1517   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1518
1519   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1520   // an i8.
1521   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy(Ty->getAddressSpace()) && TargetTy->isIntegerTy(8))
1522     return nullptr;
1523
1524   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1525   if (!ElementTy->isSized())
1526     return nullptr; // We can't GEP through an unsized element.
1527   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1528   if (ElementSize == 0)
1529     return nullptr; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1530   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1531
1532   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1533   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1534   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1535                                   Indices, NamePrefix);
1536 }
1537
1538 /// Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1539 /// resulting pointer has PointerTy.
1540 ///
1541 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1542 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1543 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1544 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1545 /// bitcast to the type.
1546 ///
1547 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1548 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1549 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1550 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1551 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1552 /// surrounding code.
1553 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL, Value *Ptr,
1554                              APInt Offset, Type *PointerTy, Twine NamePrefix) {
1555   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1556   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1557   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1558   Visited.insert(Ptr);
1559   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1560
1561   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1562   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1563   // fall back to it, so keep it and the base it was computed from around here.
1564   Value *OffsetPtr = nullptr;
1565   Value *OffsetBasePtr;
1566
1567   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1568   // byte offset.
1569   Value *Int8Ptr = nullptr;
1570   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1571
1572   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1573
1574   do {
1575     // First fold any existing GEPs into the offset.
1576     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1577       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1578       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
1579         break;
1580       Offset += GEPOffset;
1581       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1582       if (!Visited.insert(Ptr).second)
1583         break;
1584     }
1585
1586     // See if we can perform a natural GEP here.
1587     Indices.clear();
1588     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, DL, Ptr, Offset, TargetTy,
1589                                            Indices, NamePrefix)) {
1590       // If we have a new natural pointer at the offset, clear out any old
1591       // offset pointer we computed. Unless it is the base pointer or
1592       // a non-instruction, we built a GEP we don't need. Zap it.
1593       if (OffsetPtr && OffsetPtr != OffsetBasePtr)
1594         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr)) {
1595           assert(I->use_empty() && "Built a GEP with uses some how!");
1596           I->eraseFromParent();
1597         }
1598       OffsetPtr = P;
1599       OffsetBasePtr = Ptr;
1600       // If we also found a pointer of the right type, we're done.
1601       if (P->getType() == PointerTy)
1602         return P;
1603     }
1604
1605     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1606     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1607       Int8Ptr = Ptr;
1608       Int8PtrOffset = Offset;
1609     }
1610
1611     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1612     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1613       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1614     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1615       if (GA->isInterposable())
1616         break;
1617       Ptr = GA->getAliasee();
1618     } else {
1619       break;
1620     }
1621     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1622   } while (Visited.insert(Ptr).second);
1623
1624   if (!OffsetPtr) {
1625     if (!Int8Ptr) {
1626       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(
1627           Ptr, IRB.getInt8PtrTy(PointerTy->getPointerAddressSpace()),
1628           NamePrefix + "sroa_raw_cast");
1629       Int8PtrOffset = Offset;
1630     }
1631
1632     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0
1633                     ? Int8Ptr
1634                     : IRB.CreateInBoundsGEP(IRB.getInt8Ty(), Int8Ptr,
1635                                             IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1636                                             NamePrefix + "sroa_raw_idx");
1637   }
1638   Ptr = OffsetPtr;
1639
1640   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1641   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1642     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, NamePrefix + "sroa_cast");
1643
1644   return Ptr;
1645 }
1646
1647 /// Compute the adjusted alignment for a load or store from an offset.
1648 static unsigned getAdjustedAlignment(Instruction *I, uint64_t Offset,
1649                                      const DataLayout &DL) {
1650   unsigned Alignment;
1651   Type *Ty;
1652   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
1653     Alignment = LI->getAlignment();
1654     Ty = LI->getType();
1655   } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
1656     Alignment = SI->getAlignment();
1657     Ty = SI->getValueOperand()->getType();
1658   } else {
1659     llvm_unreachable("Only loads and stores are allowed!");
1660   }
1661
1662   if (!Alignment)
1663     Alignment = DL.getABITypeAlignment(Ty);
1664
1665   return MinAlign(Alignment, Offset);
1666 }
1667
1668 /// Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1669 ///
1670 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1671 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1672 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1673 /// underlying value, and convert that value.
1674 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1675   if (OldTy == NewTy)
1676     return true;
1677
1678   // For integer types, we can't handle any bit-width differences. This would
1679   // break both vector conversions with extension and introduce endianness
1680   // issues when in conjunction with loads and stores.
1681   if (isa<IntegerType>(OldTy) && isa<IntegerType>(NewTy)) {
1682     assert(cast<IntegerType>(OldTy)->getBitWidth() !=
1683                cast<IntegerType>(NewTy)->getBitWidth() &&
1684            "We can't have the same bitwidth for different int types");
1685     return false;
1686   }
1687
1688   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1689     return false;
1690   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1691     return false;
1692
1693   // We can convert pointers to integers and vice-versa. Same for vectors
1694   // of pointers and integers.
1695   OldTy = OldTy->getScalarType();
1696   NewTy = NewTy->getScalarType();
1697   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1698     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy()) {
1699       return cast<PointerType>(NewTy)->getPointerAddressSpace() ==
1700         cast<PointerType>(OldTy)->getPointerAddressSpace();
1701     }
1702
1703     // We can convert integers to integral pointers, but not to non-integral
1704     // pointers.
1705     if (OldTy->isIntegerTy())
1706       return !DL.isNonIntegralPointerType(NewTy);
1707
1708     // We can convert integral pointers to integers, but non-integral pointers
1709     // need to remain pointers.
1710     if (!DL.isNonIntegralPointerType(OldTy))
1711       return NewTy->isIntegerTy();
1712
1713     return false;
1714   }
1715
1716   return true;
1717 }
1718
1719 /// Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1720 /// type.
1721 ///
1722 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1723 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1724 /// two types for viability with this routine.
1725 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1726                            Type *NewTy) {
1727   Type *OldTy = V->getType();
1728   assert(canConvertValue(DL, OldTy, NewTy) && "Value not convertable to type");
1729
1730   if (OldTy == NewTy)
1731     return V;
1732
1733   assert(!(isa<IntegerType>(OldTy) && isa<IntegerType>(NewTy)) &&
1734          "Integer types must be the exact same to convert.");
1735
1736   // See if we need inttoptr for this type pair. A cast involving both scalars
1737   // and vectors requires and additional bitcast.
1738   if (OldTy->isIntOrIntVectorTy() && NewTy->isPtrOrPtrVectorTy()) {
1739     // Expand <2 x i32> to i8* --> <2 x i32> to i64 to i8*
1740     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1741       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1742                                 NewTy);
1743
1744     // Expand i128 to <2 x i8*> --> i128 to <2 x i64> to <2 x i8*>
1745     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1746       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1747                                 NewTy);
1748
1749     return IRB.CreateIntToPtr(V, NewTy);
1750   }
1751
1752   // See if we need ptrtoint for this type pair. A cast involving both scalars
1753   // and vectors requires and additional bitcast.
1754   if (OldTy->isPtrOrPtrVectorTy() && NewTy->isIntOrIntVectorTy()) {
1755     // Expand <2 x i8*> to i128 --> <2 x i8*> to <2 x i64> to i128
1756     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1757       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1758                                NewTy);
1759
1760     // Expand i8* to <2 x i32> --> i8* to i64 to <2 x i32>
1761     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1762       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1763                                NewTy);
1764
1765     return IRB.CreatePtrToInt(V, NewTy);
1766   }
1767
1768   return IRB.CreateBitCast(V, NewTy);
1769 }
1770
1771 /// Test whether the given slice use can be promoted to a vector.
1772 ///
1773 /// This function is called to test each entry in a partition which is slated
1774 /// for a single slice.
1775 static bool isVectorPromotionViableForSlice(Partition &P, const Slice &S,
1776                                             VectorType *Ty,
1777                                             uint64_t ElementSize,
1778                                             const DataLayout &DL) {
1779   // First validate the slice offsets.
1780   uint64_t BeginOffset =
1781       std::max(S.beginOffset(), P.beginOffset()) - P.beginOffset();
1782   uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1783   if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1784       BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1785     return false;
1786   uint64_t EndOffset =
1787       std::min(S.endOffset(), P.endOffset()) - P.beginOffset();
1788   uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1789   if (EndIndex * ElementSize != EndOffset || EndIndex > Ty->getNumElements())
1790     return false;
1791
1792   assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1793   uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1794   Type *SliceTy = (NumElements == 1)
1795                       ? Ty->getElementType()
1796                       : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1797
1798   Type *SplitIntTy =
1799       Type::getIntNTy(Ty->getContext(), NumElements * ElementSize * 8);
1800
1801   Use *U = S.getUse();
1802
1803   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1804     if (MI->isVolatile())
1805       return false;
1806     if (!S.isSplittable())
1807       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1808   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1809     if (!II->isLifetimeStartOrEnd())
1810       return false;
1811   } else if (U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1812     // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1813     return false;
1814   } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1815     if (LI->isVolatile())
1816       return false;
1817     Type *LTy = LI->getType();
1818     if (P.beginOffset() > S.beginOffset() || P.endOffset() < S.endOffset()) {
1819       assert(LTy->isIntegerTy());
1820       LTy = SplitIntTy;
1821     }
1822     if (!canConvertValue(DL, SliceTy, LTy))
1823       return false;
1824   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1825     if (SI->isVolatile())
1826       return false;
1827     Type *STy = SI->getValueOperand()->getType();
1828     if (P.beginOffset() > S.beginOffset() || P.endOffset() < S.endOffset()) {
1829       assert(STy->isIntegerTy());
1830       STy = SplitIntTy;
1831     }
1832     if (!canConvertValue(DL, STy, SliceTy))
1833       return false;
1834   } else {
1835     return false;
1836   }
1837
1838   return true;
1839 }
1840
1841 /// Test whether the given alloca partitioning and range of slices can be
1842 /// promoted to a vector.
1843 ///
1844 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1845 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1846 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1847 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1848 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1849 /// be promotable, so we have an early test here.
1850 static VectorType *isVectorPromotionViable(Partition &P, const DataLayout &DL) {
1851   // Collect the candidate types for vector-based promotion. Also track whether
1852   // we have different element types.
1853   SmallVector<VectorType *, 4> CandidateTys;
1854   Type *CommonEltTy = nullptr;
1855   bool HaveCommonEltTy = true;
1856   auto CheckCandidateType = [&](Type *Ty) {
1857     if (auto *VTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1858       CandidateTys.push_back(VTy);
1859       if (!CommonEltTy)
1860         CommonEltTy = VTy->getElementType();
1861       else if (CommonEltTy != VTy->getElementType())
1862         HaveCommonEltTy = false;
1863     }
1864   };
1865   // Consider any loads or stores that are the exact size of the slice.
1866   for (const Slice &S : P)
1867     if (S.beginOffset() == P.beginOffset() &&
1868         S.endOffset() == P.endOffset()) {
1869       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(S.getUse()->getUser()))
1870         CheckCandidateType(LI->getType());
1871       else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(S.getUse()->getUser()))
1872         CheckCandidateType(SI->getValueOperand()->getType());
1873     }
1874
1875   // If we didn't find a vector type, nothing to do here.
1876   if (CandidateTys.empty())
1877     return nullptr;
1878
1879   // Remove non-integer vector types if we had multiple common element types.
1880   // FIXME: It'd be nice to replace them with integer vector types, but we can't
1881   // do that until all the backends are known to produce good code for all
1882   // integer vector types.
1883   if (!HaveCommonEltTy) {
1884     CandidateTys.erase(
1885         llvm::remove_if(CandidateTys,
1886                         [](VectorType *VTy) {
1887                           return !VTy->getElementType()->isIntegerTy();
1888                         }),
1889         CandidateTys.end());
1890
1891     // If there were no integer vector types, give up.
1892     if (CandidateTys.empty())
1893       return nullptr;
1894
1895     // Rank the remaining candidate vector types. This is easy because we know
1896     // they're all integer vectors. We sort by ascending number of elements.
1897     auto RankVectorTypes = [&DL](VectorType *RHSTy, VectorType *LHSTy) {
1898       (void)DL;
1899       assert(DL.getTypeSizeInBits(RHSTy) == DL.getTypeSizeInBits(LHSTy) &&
1900              "Cannot have vector types of different sizes!");
1901       assert(RHSTy->getElementType()->isIntegerTy() &&
1902              "All non-integer types eliminated!");
1903       assert(LHSTy->getElementType()->isIntegerTy() &&
1904              "All non-integer types eliminated!");
1905       return RHSTy->getNumElements() < LHSTy->getNumElements();
1906     };
1907     llvm::sort(CandidateTys, RankVectorTypes);
1908     CandidateTys.erase(
1909         std::unique(CandidateTys.begin(), CandidateTys.end(), RankVectorTypes),
1910         CandidateTys.end());
1911   } else {
1912 // The only way to have the same element type in every vector type is to
1913 // have the same vector type. Check that and remove all but one.
1914 #ifndef NDEBUG
1915     for (VectorType *VTy : CandidateTys) {
1916       assert(VTy->getElementType() == CommonEltTy &&
1917              "Unaccounted for element type!");
1918       assert(VTy == CandidateTys[0] &&
1919              "Different vector types with the same element type!");
1920     }
1921 #endif
1922     CandidateTys.resize(1);
1923   }
1924
1925   // Try each vector type, and return the one which works.
1926   auto CheckVectorTypeForPromotion = [&](VectorType *VTy) {
1927     uint64_t ElementSize = DL.getTypeSizeInBits(VTy->getElementType());
1928
1929     // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1930     // that aren't byte sized.
1931     if (ElementSize % 8)
1932       return false;
1933     assert((DL.getTypeSizeInBits(VTy) % 8) == 0 &&
1934            "vector size not a multiple of element size?");
1935     ElementSize /= 8;
1936
1937     for (const Slice &S : P)
1938       if (!isVectorPromotionViableForSlice(P, S, VTy, ElementSize, DL))
1939         return false;
1940
1941     for (const Slice *S : P.splitSliceTails())
1942       if (!isVectorPromotionViableForSlice(P, *S, VTy, ElementSize, DL))
1943         return false;
1944
1945     return true;
1946   };
1947   for (VectorType *VTy : CandidateTys)
1948     if (CheckVectorTypeForPromotion(VTy))
1949       return VTy;
1950
1951   return nullptr;
1952 }
1953
1954 /// Test whether a slice of an alloca is valid for integer widening.
1955 ///
1956 /// This implements the necessary checking for the \c isIntegerWideningViable
1957 /// test below on a single slice of the alloca.
1958 static bool isIntegerWideningViableForSlice(const Slice &S,
1959                                             uint64_t AllocBeginOffset,
1960                                             Type *AllocaTy,
1961                                             const DataLayout &DL,
1962                                             bool &WholeAllocaOp) {
1963   uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(AllocaTy);
1964
1965   uint64_t RelBegin = S.beginOffset() - AllocBeginOffset;
1966   uint64_t RelEnd = S.endOffset() - AllocBeginOffset;
1967
1968   // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
1969   // the end of the alloca's type and into its padding.
1970   if (RelEnd > Size)
1971     return false;
1972
1973   Use *U = S.getUse();
1974
1975   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1976     if (LI->isVolatile())
1977       return false;
1978     // We can't handle loads that extend past the allocated memory.
1979     if (DL.getTypeStoreSize(LI->getType()) > Size)
1980       return false;
1981     // So far, AllocaSliceRewriter does not support widening split slice tails
1982     // in rewriteIntegerLoad.
1983     if (S.beginOffset() < AllocBeginOffset)
1984       return false;
1985     // Note that we don't count vector loads or stores as whole-alloca
1986     // operations which enable integer widening because we would prefer to use
1987     // vector widening instead.
1988     if (!isa<VectorType>(LI->getType()) && RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1989       WholeAllocaOp = true;
1990     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
1991       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1992         return false;
1993     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1994                !canConvertValue(DL, AllocaTy, LI->getType())) {
1995       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
1996       // they are promotable.
1997       return false;
1998     }
1999   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
2000     Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
2001     if (SI->isVolatile())
2002       return false;
2003     // We can't handle stores that extend past the allocated memory.
2004     if (DL.getTypeStoreSize(ValueTy) > Size)
2005       return false;
2006     // So far, AllocaSliceRewriter does not support widening split slice tails
2007     // in rewriteIntegerStore.
2008     if (S.beginOffset() < AllocBeginOffset)
2009       return false;
2010     // Note that we don't count vector loads or stores as whole-alloca
2011     // operations which enable integer widening because we would prefer to use
2012     // vector widening instead.
2013     if (!isa<VectorType>(ValueTy) && RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2014       WholeAllocaOp = true;
2015     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
2016       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
2017         return false;
2018     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2019                !canConvertValue(DL, ValueTy, AllocaTy)) {
2020       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
2021       // they are promotable.
2022       return false;
2023     }
2024   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
2025     if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
2026       return false;
2027     if (!S.isSplittable())
2028       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
2029   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
2030     if (!II->isLifetimeStartOrEnd())
2031       return false;
2032   } else {
2033     return false;
2034   }
2035
2036   return true;
2037 }
2038
2039 /// Test whether the given alloca partition's integer operations can be
2040 /// widened to promotable ones.
2041 ///
2042 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
2043 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
2044 /// promote the resulting alloca.
2045 static bool isIntegerWideningViable(Partition &P, Type *AllocaTy,
2046                                     const DataLayout &DL) {
2047   uint64_t SizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
2048   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
2049   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
2050     return false;
2051
2052   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
2053   if (SizeInBits != DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
2054     return false;
2055
2056   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
2057   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
2058   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
2059   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
2060   if (!canConvertValue(DL, AllocaTy, IntTy) ||
2061       !canConvertValue(DL, IntTy, AllocaTy))
2062     return false;
2063
2064   // While examining uses, we ensure that the alloca has a covering load or
2065   // store. We don't want to widen the integer operations only to fail to
2066   // promote due to some other unsplittable entry (which we may make splittable
2067   // later). However, if there are only splittable uses, go ahead and assume
2068   // that we cover the alloca.
2069   // FIXME: We shouldn't consider split slices that happen to start in the
2070   // partition here...
2071   bool WholeAllocaOp =
2072       P.begin() != P.end() ? false : DL.isLegalInteger(SizeInBits);
2073
2074   for (const Slice &S : P)
2075     if (!isIntegerWideningViableForSlice(S, P.beginOffset(), AllocaTy, DL,
2076                                          WholeAllocaOp))
2077       return false;
2078
2079   for (const Slice *S : P.splitSliceTails())
2080     if (!isIntegerWideningViableForSlice(*S, P.beginOffset(), AllocaTy, DL,
2081                                          WholeAllocaOp))
2082       return false;
2083
2084   return WholeAllocaOp;
2085 }
2086
2087 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
2088                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
2089                              const Twine &Name) {
2090   LLVM_DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
2091   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2092   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2093          "Element extends past full value");
2094   uint64_t ShAmt = 8 * Offset;
2095   if (DL.isBigEndian())
2096     ShAmt = 8 * (DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2097   if (ShAmt) {
2098     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
2099     LLVM_DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
2100   }
2101   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2102          "Cannot extract to a larger integer!");
2103   if (Ty != IntTy) {
2104     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
2105     LLVM_DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
2106   }
2107   return V;
2108 }
2109
2110 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *Old,
2111                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
2112   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
2113   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
2114   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2115          "Cannot insert a larger integer!");
2116   LLVM_DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
2117   if (Ty != IntTy) {
2118     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
2119     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
2120   }
2121   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2122          "Element store outside of alloca store");
2123   uint64_t ShAmt = 8 * Offset;
2124   if (DL.isBigEndian())
2125     ShAmt = 8 * (DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2126   if (ShAmt) {
2127     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
2128     LLVM_DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
2129   }
2130
2131   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
2132     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
2133     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
2134     LLVM_DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
2135     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
2136     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
2137   }
2138   return V;
2139 }
2140
2141 static Value *extractVector(IRBuilderTy &IRB, Value *V, unsigned BeginIndex,
2142                             unsigned EndIndex, const Twine &Name) {
2143   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
2144   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2145   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2146
2147   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
2148     return V;
2149
2150   if (NumElements == 1) {
2151     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
2152                                  Name + ".extract");
2153     LLVM_DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
2154     return V;
2155   }
2156
2157   SmallVector<Constant *, 8> Mask;
2158   Mask.reserve(NumElements);
2159   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
2160     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
2161   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
2162                               ConstantVector::get(Mask), Name + ".extract");
2163   LLVM_DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
2164   return V;
2165 }
2166
2167 static Value *insertVector(IRBuilderTy &IRB, Value *Old, Value *V,
2168                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
2169   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
2170   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
2171
2172   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
2173   if (!Ty) {
2174     // Single element to insert.
2175     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
2176                                 Name + ".insert");
2177     LLVM_DEBUG(dbgs() << "     insert: " << *V << "\n");
2178     return V;
2179   }
2180
2181   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
2182          "Too many elements!");
2183   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
2184     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
2185     return V;
2186   }
2187   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
2188
2189   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
2190   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
2191   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
2192   // incoming vector.
2193   SmallVector<Constant *, 8> Mask;
2194   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
2195   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
2196     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
2197       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
2198     else
2199       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
2200   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
2201                               ConstantVector::get(Mask), Name + ".expand");
2202   LLVM_DEBUG(dbgs() << "    shuffle: " << *V << "\n");
2203
2204   Mask.clear();
2205   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
2206     Mask.push_back(IRB.getInt1(i >= BeginIndex && i < EndIndex));
2207
2208   V = IRB.CreateSelect(ConstantVector::get(Mask), V, Old, Name + "blend");
2209
2210   LLVM_DEBUG(dbgs() << "    blend: " << *V << "\n");
2211   return V;
2212 }
2213
2214 /// Visitor to rewrite instructions using p particular slice of an alloca
2215 /// to use a new alloca.
2216 ///
2217 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
2218 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
2219 /// lives here.
2220 class llvm::sroa::AllocaSliceRewriter
2221     : public InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> {
2222   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2223   friend class InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
2224
2225   using Base = InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
2226
2227   const DataLayout &DL;
2228   AllocaSlices &AS;
2229   SROA &Pass;
2230   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2231   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2232   Type *NewAllocaTy;
2233
2234   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2235   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
2236   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
2237   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2238   IntegerType *IntTy;
2239
2240   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2241   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2242   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
2243   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2244   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2245   //     element.
2246   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2247   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2248   //     which are promotable via mem2reg.
2249   VectorType *VecTy;
2250   Type *ElementTy;
2251   uint64_t ElementSize;
2252
2253   // The original offset of the slice currently being rewritten relative to
2254   // the original alloca.
2255   uint64_t BeginOffset = 0;
2256   uint64_t EndOffset = 0;
2257
2258   // The new offsets of the slice currently being rewritten relative to the
2259   // original alloca.
2260   uint64_t NewBeginOffset, NewEndOffset;
2261
2262   uint64_t SliceSize;
2263   bool IsSplittable = false;
2264   bool IsSplit = false;
2265   Use *OldUse = nullptr;
2266   Instruction *OldPtr = nullptr;
2267
2268   // Track post-rewrite users which are PHI nodes and Selects.
2269   SmallSetVector<PHINode *, 8> &PHIUsers;
2270   SmallSetVector<SelectInst *, 8> &SelectUsers;
2271
2272   // Utility IR builder, whose name prefix is setup for each visited use, and
2273   // the insertion point is set to point to the user.
2274   IRBuilderTy IRB;
2275
2276 public:
2277   AllocaSliceRewriter(const DataLayout &DL, AllocaSlices &AS, SROA &Pass,
2278                       AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2279                       uint64_t NewAllocaBeginOffset,
2280                       uint64_t NewAllocaEndOffset, bool IsIntegerPromotable,
2281                       VectorType *PromotableVecTy,
2282                       SmallSetVector<PHINode *, 8> &PHIUsers,
2283                       SmallSetVector<SelectInst *, 8> &SelectUsers)
2284       : DL(DL), AS(AS), Pass(Pass), OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2285         NewAllocaBeginOffset(NewAllocaBeginOffset),
2286         NewAllocaEndOffset(NewAllocaEndOffset),
2287         NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
2288         IntTy(IsIntegerPromotable
2289                   ? Type::getIntNTy(
2290                         NewAI.getContext(),
2291                         DL.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()))
2292                   : nullptr),
2293         VecTy(PromotableVecTy),
2294         ElementTy(VecTy ? VecTy->getElementType() : nullptr),
2295         ElementSize(VecTy ? DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8 : 0),
2296         PHIUsers(PHIUsers), SelectUsers(SelectUsers),
2297         IRB(NewAI.getContext(), ConstantFolder()) {
2298     if (VecTy) {
2299       assert((DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) % 8) == 0 &&
2300              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2301       ++NumVectorized;
2302     }
2303     assert((!IntTy && !VecTy) || (IntTy && !VecTy) || (!IntTy && VecTy));
2304   }
2305
2306   bool visit(AllocaSlices::const_iterator I) {
2307     bool CanSROA = true;
2308     BeginOffset = I->beginOffset();
2309     EndOffset = I->endOffset();
2310     IsSplittable = I->isSplittable();
2311     IsSplit =
2312         BeginOffset < NewAllocaBeginOffset || EndOffset > NewAllocaEndOffset;
2313     LLVM_DEBUG(dbgs() << "  rewriting " << (IsSplit ? "split " : ""));
2314     LLVM_DEBUG(AS.printSlice(dbgs(), I, ""));
2315     LLVM_DEBUG(dbgs() << "\n");
2316
2317     // Compute the intersecting offset range.
2318     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2319     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2320     NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2321     NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2322
2323     SliceSize = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2324
2325     OldUse = I->getUse();
2326     OldPtr = cast<Instruction>(OldUse->get());
2327
2328     Instruction *OldUserI = cast<Instruction>(OldUse->getUser());
2329     IRB.SetInsertPoint(OldUserI);
2330     IRB.SetCurrentDebugLocation(OldUserI->getDebugLoc());
2331     IRB.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) + ".");
2332
2333     CanSROA &= visit(cast<Instruction>(OldUse->getUser()));
2334     if (VecTy || IntTy)
2335       assert(CanSROA);
2336     return CanSROA;
2337   }
2338
2339 private:
2340   // Make sure the other visit overloads are visible.
2341   using Base::visit;
2342
2343   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2344   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2345     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2346     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2347   }
2348
2349   Value *getNewAllocaSlicePtr(IRBuilderTy &IRB, Type *PointerTy) {
2350     // Note that the offset computation can use BeginOffset or NewBeginOffset
2351     // interchangeably for unsplit slices.
2352     assert(IsSplit || BeginOffset == NewBeginOffset);
2353     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2354
2355 #ifndef NDEBUG
2356     StringRef OldName = OldPtr->getName();
2357     // Skip through the last '.sroa.' component of the name.
2358     size_t LastSROAPrefix = OldName.rfind(".sroa.");
2359     if (LastSROAPrefix != StringRef::npos) {
2360       OldName = OldName.substr(LastSROAPrefix + strlen(".sroa."));
2361       // Look for an SROA slice index.
2362       size_t IndexEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2363       if (IndexEnd != StringRef::npos && OldName[IndexEnd] == '.') {
2364         // Strip the index and look for the offset.
2365         OldName = OldName.substr(IndexEnd + 1);
2366         size_t OffsetEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2367         if (OffsetEnd != StringRef::npos && OldName[OffsetEnd] == '.')
2368           // Strip the offset.
2369           OldName = OldName.substr(OffsetEnd + 1);
2370       }
2371     }
2372     // Strip any SROA suffixes as well.
2373     OldName = OldName.substr(0, OldName.find(".sroa_"));
2374 #endif
2375
2376     return getAdjustedPtr(IRB, DL, &NewAI,
2377                           APInt(DL.getIndexTypeSizeInBits(PointerTy), Offset),
2378                           PointerTy,
2379 #ifndef NDEBUG
2380                           Twine(OldName) + "."
2381 #else
2382                           Twine()
2383 #endif
2384                           );
2385   }
2386
2387   /// Compute suitable alignment to access this slice of the *new*
2388   /// alloca.
2389   ///
2390   /// You can optionally pass a type to this routine and if that type's ABI
2391   /// alignment is itself suitable, this will return zero.
2392   unsigned getSliceAlign(Type *Ty = nullptr) {
2393     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2394     if (!NewAIAlign)
2395       NewAIAlign = DL.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2396     unsigned Align =
2397         MinAlign(NewAIAlign, NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2398     return (Ty && Align == DL.getABITypeAlignment(Ty)) ? 0 : Align;
2399   }
2400
2401   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
2402     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2403     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2404     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2405     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2406     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2407     return Index;
2408   }
2409
2410   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2411     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2412     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2413       Pass.DeadInsts.insert(I);
2414   }
2415
2416   Value *rewriteVectorizedLoadInst() {
2417     unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2418     unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2419     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2420
2421     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
2422     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2423   }
2424
2425   Value *rewriteIntegerLoad(LoadInst &LI) {
2426     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2427     assert(!LI.isVolatile());
2428     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
2429     V = convertValue(DL, IRB, V, IntTy);
2430     assert(NewBeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2431     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2432     if (Offset > 0 || NewEndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2433       IntegerType *ExtractTy = Type::getIntNTy(LI.getContext(), SliceSize * 8);
2434       V = extractInteger(DL, IRB, V, ExtractTy, Offset, "extract");
2435     }
2436     // It is possible that the extracted type is not the load type. This
2437     // happens if there is a load past the end of the alloca, and as
2438     // a consequence the slice is narrower but still a candidate for integer
2439     // lowering. To handle this case, we just zero extend the extracted
2440     // integer.
2441     assert(cast<IntegerType>(LI.getType())->getBitWidth() >= SliceSize * 8 &&
2442            "Can only handle an extract for an overly wide load");
2443     if (cast<IntegerType>(LI.getType())->getBitWidth() > SliceSize * 8)
2444       V = IRB.CreateZExt(V, LI.getType());
2445     return V;
2446   }
2447
2448   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2449     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2450     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2451     assert(OldOp == OldPtr);
2452
2453     AAMDNodes AATags;
2454     LI.getAAMetadata(AATags);
2455
2456     unsigned AS = LI.getPointerAddressSpace();
2457
2458     Type *TargetTy = IsSplit ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), SliceSize * 8)
2459                              : LI.getType();
2460     const bool IsLoadPastEnd = DL.getTypeStoreSize(TargetTy) > SliceSize;
2461     bool IsPtrAdjusted = false;
2462     Value *V;
2463     if (VecTy) {
2464       V = rewriteVectorizedLoadInst();
2465     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2466       V = rewriteIntegerLoad(LI);
2467     } else if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2468                NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2469                (canConvertValue(DL, NewAllocaTy, TargetTy) ||
2470                 (IsLoadPastEnd && NewAllocaTy->isIntegerTy() &&
2471                  TargetTy->isIntegerTy()))) {
2472       LoadInst *NewLI = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2473                                               LI.isVolatile(), LI.getName());
2474       if (AATags)
2475         NewLI->setAAMetadata(AATags);
2476       if (LI.isVolatile())
2477         NewLI->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSyncScopeID());
2478
2479       // Any !nonnull metadata or !range metadata on the old load is also valid
2480       // on the new load. This is even true in some cases even when the loads
2481       // are different types, for example by mapping !nonnull metadata to
2482       // !range metadata by modeling the null pointer constant converted to the
2483       // integer type.
2484       // FIXME: Add support for range metadata here. Currently the utilities
2485       // for this don't propagate range metadata in trivial cases from one
2486       // integer load to another, don't handle non-addrspace-0 null pointers
2487       // correctly, and don't have any support for mapping ranges as the
2488       // integer type becomes winder or narrower.
2489       if (MDNode *N = LI.getMetadata(LLVMContext::MD_nonnull))
2490         copyNonnullMetadata(LI, N, *NewLI);
2491
2492       // Try to preserve nonnull metadata
2493       V = NewLI;
2494
2495       // If this is an integer load past the end of the slice (which means the
2496       // bytes outside the slice are undef or this load is dead) just forcibly
2497       // fix the integer size with correct handling of endianness.
2498       if (auto *AITy = dyn_cast<IntegerType>(NewAllocaTy))
2499         if (auto *TITy = dyn_cast<IntegerType>(TargetTy))
2500           if (AITy->getBitWidth() < TITy->getBitWidth()) {
2501             V = IRB.CreateZExt(V, TITy, "load.ext");
2502             if (DL.isBigEndian())
2503               V = IRB.CreateShl(V, TITy->getBitWidth() - AITy->getBitWidth(),
2504                                 "endian_shift");
2505           }
2506     } else {
2507       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo(AS);
2508       LoadInst *NewLI = IRB.CreateAlignedLoad(getNewAllocaSlicePtr(IRB, LTy),
2509                                               getSliceAlign(TargetTy),
2510                                               LI.isVolatile(), LI.getName());
2511       if (AATags)
2512         NewLI->setAAMetadata(AATags);
2513       if (LI.isVolatile())
2514         NewLI->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSyncScopeID());
2515
2516       V = NewLI;
2517       IsPtrAdjusted = true;
2518     }
2519     V = convertValue(DL, IRB, V, TargetTy);
2520
2521     if (IsSplit) {
2522       assert(!LI.isVolatile());
2523       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2524              "Only integer type loads and stores are split");
2525       assert(SliceSize < DL.getTypeStoreSize(LI.getType()) &&
2526              "Split load isn't smaller than original load");
2527       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2528                  DL.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2529              "Non-byte-multiple bit width");
2530       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2531       IRB.SetInsertPoint(&*std::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2532       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2533       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2534       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2535       // LI only used for this computation.
2536       Value *Placeholder =
2537           new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo(AS)));
2538       V = insertInteger(DL, IRB, Placeholder, V, NewBeginOffset - BeginOffset,
2539                         "insert");
2540       LI.replaceAllUsesWith(V);
2541       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2542       Placeholder->deleteValue();
2543     } else {
2544       LI.replaceAllUsesWith(V);
2545     }
2546
2547     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2548     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2549     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2550     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2551   }
2552
2553   bool rewriteVectorizedStoreInst(Value *V, StoreInst &SI, Value *OldOp,
2554                                   AAMDNodes AATags) {
2555     if (V->getType() != VecTy) {
2556       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2557       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2558       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2559       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2560       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2561       Type *SliceTy = (NumElements == 1)
2562                           ? ElementTy
2563                           : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2564       if (V->getType() != SliceTy)
2565         V = convertValue(DL, IRB, V, SliceTy);
2566
2567       // Mix in the existing elements.
2568       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
2569       V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, "vec");
2570     }
2571     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2572     if (AATags)
2573       Store->setAAMetadata(AATags);
2574     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2575
2576     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2577     return true;
2578   }
2579
2580   bool rewriteIntegerStore(Value *V, StoreInst &SI, AAMDNodes AATags) {
2581     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2582     assert(!SI.isVolatile());
2583     if (DL.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2584       Value *Old =
2585           IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
2586       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2587       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2588       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2589       V = insertInteger(DL, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset, "insert");
2590     }
2591     V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2592     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2593     Store->copyMetadata(SI, {LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access,
2594                              LLVMContext::MD_access_group});
2595     if (AATags)
2596       Store->setAAMetadata(AATags);
2597     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2598     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2599     return true;
2600   }
2601
2602   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2603     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2604     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2605     assert(OldOp == OldPtr);
2606
2607     AAMDNodes AATags;
2608     SI.getAAMetadata(AATags);
2609
2610     Value *V = SI.getValueOperand();
2611
2612     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2613     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2614     if (V->getType()->isPointerTy())
2615       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2616         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2617
2618     if (SliceSize < DL.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2619       assert(!SI.isVolatile());
2620       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2621              "Only integer type loads and stores are split");
2622       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2623                  DL.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2624              "Non-byte-multiple bit width");
2625       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), SliceSize * 8);
2626       V = extractInteger(DL, IRB, V, NarrowTy, NewBeginOffset - BeginOffset,
2627                          "extract");
2628     }
2629
2630     if (VecTy)
2631       return rewriteVectorizedStoreInst(V, SI, OldOp, AATags);
2632     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2633       return rewriteIntegerStore(V, SI, AATags);
2634
2635     const bool IsStorePastEnd = DL.getTypeStoreSize(V->getType()) > SliceSize;
2636     StoreInst *NewSI;
2637     if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2638         NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2639         (canConvertValue(DL, V->getType(), NewAllocaTy) ||
2640          (IsStorePastEnd && NewAllocaTy->isIntegerTy() &&
2641           V->getType()->isIntegerTy()))) {
2642       // If this is an integer store past the end of slice (and thus the bytes
2643       // past that point are irrelevant or this is unreachable), truncate the
2644       // value prior to storing.
2645       if (auto *VITy = dyn_cast<IntegerType>(V->getType()))
2646         if (auto *AITy = dyn_cast<IntegerType>(NewAllocaTy))
2647           if (VITy->getBitWidth() > AITy->getBitWidth()) {
2648             if (DL.isBigEndian())
2649               V = IRB.CreateLShr(V, VITy->getBitWidth() - AITy->getBitWidth(),
2650                                  "endian_shift");
2651             V = IRB.CreateTrunc(V, AITy, "load.trunc");
2652           }
2653
2654       V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2655       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2656                                      SI.isVolatile());
2657     } else {
2658       unsigned AS = SI.getPointerAddressSpace();
2659       Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, V->getType()->getPointerTo(AS));
2660       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, NewPtr, getSliceAlign(V->getType()),
2661                                      SI.isVolatile());
2662     }
2663     NewSI->copyMetadata(SI, {LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access,
2664                              LLVMContext::MD_access_group});
2665     if (AATags)
2666       NewSI->setAAMetadata(AATags);
2667     if (SI.isVolatile())
2668       NewSI->setAtomic(SI.getOrdering(), SI.getSyncScopeID());
2669     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2670     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2671
2672     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2673     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2674   }
2675
2676   /// Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2677   /// number of bytes.
2678   ///
2679   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2680   /// call this routine.
2681   /// FIXME: Heed the advice above.
2682   ///
2683   /// \param V The i8 value to splat.
2684   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2685   Value *getIntegerSplat(Value *V, unsigned Size) {
2686     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2687     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2688     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2689     if (Size == 1)
2690       return V;
2691
2692     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size * 8);
2693     V = IRB.CreateMul(
2694         IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, "zext"),
2695         ConstantExpr::getUDiv(
2696             Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2697             ConstantExpr::getZExt(Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2698                                   SplatIntTy)),
2699         "isplat");
2700     return V;
2701   }
2702
2703   /// Compute a vector splat for a given element value.
2704   Value *getVectorSplat(Value *V, unsigned NumElements) {
2705     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, "vsplat");
2706     LLVM_DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2707     return V;
2708   }
2709
2710   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2711     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2712     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2713
2714     AAMDNodes AATags;
2715     II.getAAMetadata(AATags);
2716
2717     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2718     // pointer to the new alloca.
2719     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2720       assert(!IsSplit);
2721       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2722       II.setDest(getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()));
2723       II.setDestAlignment(getSliceAlign());
2724
2725       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2726       return false;
2727     }
2728
2729     // Record this instruction for deletion.
2730     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2731
2732     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2733     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2734
2735     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2736     // a single value type, just emit a memset.
2737     if (!VecTy && !IntTy &&
2738         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2739          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(AllocaTy) ||
2740          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2741          !DL.isLegalInteger(DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)) ||
2742          DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) % 8 != 0)) {
2743       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2744       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2745       CallInst *New = IRB.CreateMemSet(
2746           getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()), II.getValue(), Size,
2747           getSliceAlign(), II.isVolatile());
2748       if (AATags)
2749         New->setAAMetadata(AATags);
2750       LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2751       return false;
2752     }
2753
2754     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2755     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2756     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2757     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2758     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2759     Value *V;
2760
2761     if (VecTy) {
2762       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2763       assert(ElementTy == ScalarTy);
2764
2765       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2766       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2767       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2768       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2769       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2770
2771       Value *Splat =
2772           getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8);
2773       Splat = convertValue(DL, IRB, Splat, ElementTy);
2774       if (NumElements > 1)
2775         Splat = getVectorSplat(Splat, NumElements);
2776
2777       Value *Old =
2778           IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
2779       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, "vec");
2780     } else if (IntTy) {
2781       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2782       // set integer.
2783       assert(!II.isVolatile());
2784
2785       uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2786       V = getIntegerSplat(II.getValue(), Size);
2787
2788       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2789                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2790         Value *Old =
2791             IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
2792         Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2793         uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2794         V = insertInteger(DL, IRB, Old, V, Offset, "insert");
2795       } else {
2796         assert(V->getType() == IntTy &&
2797                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2798       }
2799       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2800     } else {
2801       // Established these invariants above.
2802       assert(NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2803       assert(NewEndOffset == NewAllocaEndOffset);
2804
2805       V = getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) / 8);
2806       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2807         V = getVectorSplat(V, AllocaVecTy->getNumElements());
2808
2809       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2810     }
2811
2812     StoreInst *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2813                                             II.isVolatile());
2814     if (AATags)
2815       New->setAAMetadata(AATags);
2816     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2817     return !II.isVolatile();
2818   }
2819
2820   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2821     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2822     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2823
2824     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2825
2826     AAMDNodes AATags;
2827     II.getAAMetadata(AATags);
2828
2829     bool IsDest = &II.getRawDestUse() == OldUse;
2830     assert((IsDest && II.getRawDest() == OldPtr) ||
2831            (!IsDest && II.getRawSource() == OldPtr));
2832
2833     unsigned SliceAlign = getSliceAlign();
2834
2835     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2836     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2837     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2838     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2839     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2840     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2841     // update both source and dest of a single call.
2842     if (!IsSplittable) {
2843       Value *AdjustedPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2844       if (IsDest) {
2845         II.setDest(AdjustedPtr);
2846         II.setDestAlignment(SliceAlign);
2847       }
2848       else {
2849         II.setSource(AdjustedPtr);
2850         II.setSourceAlignment(SliceAlign);
2851       }
2852
2853       LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2854       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2855       return false;
2856     }
2857     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2858     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2859     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2860     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2861     // downsides to splitting and transforming the operations.
2862
2863     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2864     // a single value type, just emit a memcpy.
2865     bool EmitMemCpy =
2866         !VecTy && !IntTy &&
2867         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2868          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(NewAI.getAllocatedType()) ||
2869          !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2870
2871     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2872     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2873     // a no-op.
2874     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2875       // Ensure the start lines up.
2876       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2877
2878       // Rewrite the size as needed.
2879       if (NewEndOffset != EndOffset)
2880         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2881                                       NewEndOffset - NewBeginOffset));
2882       return false;
2883     }
2884     // Record this instruction for deletion.
2885     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2886
2887     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2888     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2889     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2890     if (AllocaInst *AI =
2891             dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets())) {
2892       assert(AI != &OldAI && AI != &NewAI &&
2893              "Splittable transfers cannot reach the same alloca on both ends.");
2894       Pass.Worklist.insert(AI);
2895     }
2896
2897     Type *OtherPtrTy = OtherPtr->getType();
2898     unsigned OtherAS = OtherPtrTy->getPointerAddressSpace();
2899
2900     // Compute the relative offset for the other pointer within the transfer.
2901     unsigned OffsetWidth = DL.getIndexSizeInBits(OtherAS);
2902     APInt OtherOffset(OffsetWidth, NewBeginOffset - BeginOffset);
2903     unsigned OtherAlign =
2904       IsDest ? II.getSourceAlignment() : II.getDestAlignment();
2905     OtherAlign =  MinAlign(OtherAlign ? OtherAlign : 1,
2906                            OtherOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue());
2907
2908     if (EmitMemCpy) {
2909       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2910       // a single, simple GEP in most cases.
2911       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2912                                 OtherPtr->getName() + ".");
2913
2914       Value *OurPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2915       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2916       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2917
2918       Value *DestPtr, *SrcPtr;
2919       unsigned DestAlign, SrcAlign;
2920       // Note: IsDest is true iff we're copying into the new alloca slice
2921       if (IsDest) {
2922         DestPtr = OurPtr;
2923         DestAlign = SliceAlign;
2924         SrcPtr = OtherPtr;
2925         SrcAlign = OtherAlign;
2926       } else {
2927         DestPtr = OtherPtr;
2928         DestAlign = OtherAlign;
2929         SrcPtr = OurPtr;
2930         SrcAlign = SliceAlign;
2931       }
2932       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(DestPtr, DestAlign, SrcPtr, SrcAlign,
2933                                        Size, II.isVolatile());
2934       if (AATags)
2935         New->setAAMetadata(AATags);
2936       LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2937       return false;
2938     }
2939
2940     bool IsWholeAlloca = NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2941                          NewEndOffset == NewAllocaEndOffset;
2942     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2943     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(NewBeginOffset) : 0;
2944     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(NewEndOffset) : 0;
2945     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2946     IntegerType *SubIntTy =
2947         IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size * 8) : nullptr;
2948
2949     // Reset the other pointer type to match the register type we're going to
2950     // use, but using the address space of the original other pointer.
2951     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
2952       if (NumElements == 1)
2953         OtherPtrTy = VecTy->getElementType();
2954       else
2955         OtherPtrTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
2956
2957       OtherPtrTy = OtherPtrTy->getPointerTo(OtherAS);
2958     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
2959       OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo(OtherAS);
2960     } else {
2961       OtherPtrTy = NewAllocaTy->getPointerTo(OtherAS);
2962     }
2963
2964     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2965                                    OtherPtr->getName() + ".");
2966     unsigned SrcAlign = OtherAlign;
2967     Value *DstPtr = &NewAI;
2968     unsigned DstAlign = SliceAlign;
2969     if (!IsDest) {
2970       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2971       std::swap(SrcAlign, DstAlign);
2972     }
2973
2974     Value *Src;
2975     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2976       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
2977       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2978     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2979       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
2980       Src = convertValue(DL, IRB, Src, IntTy);
2981       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2982       Src = extractInteger(DL, IRB, Src, SubIntTy, Offset, "extract");
2983     } else {
2984       LoadInst *Load = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, SrcAlign, II.isVolatile(),
2985                                              "copyload");
2986       if (AATags)
2987         Load->setAAMetadata(AATags);
2988       Src = Load;
2989     }
2990
2991     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2992       Value *Old =
2993           IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
2994       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, "vec");
2995     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2996       Value *Old =
2997           IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
2998       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2999       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
3000       Src = insertInteger(DL, IRB, Old, Src, Offset, "insert");
3001       Src = convertValue(DL, IRB, Src, NewAllocaTy);
3002     }
3003
3004     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
3005         IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, DstAlign, II.isVolatile()));
3006     if (AATags)
3007       Store->setAAMetadata(AATags);
3008     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
3009     return !II.isVolatile();
3010   }
3011
3012   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
3013     assert(II.isLifetimeStartOrEnd());
3014     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
3015     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
3016
3017     // Record this instruction for deletion.
3018     Pass.DeadInsts.insert(&II);
3019
3020     // Lifetime intrinsics are only promotable if they cover the whole alloca.
3021     // Therefore, we drop lifetime intrinsics which don't cover the whole
3022     // alloca.
3023     // (In theory, intrinsics which partially cover an alloca could be
3024     // promoted, but PromoteMemToReg doesn't handle that case.)
3025     // FIXME: Check whether the alloca is promotable before dropping the
3026     // lifetime intrinsics?
3027     if (NewBeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
3028         NewEndOffset != NewAllocaEndOffset)
3029       return true;
3030
3031     ConstantInt *Size =
3032         ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
3033                          NewEndOffset - NewBeginOffset);
3034     // Lifetime intrinsics always expect an i8* so directly get such a pointer
3035     // for the new alloca slice.
3036     Type *PointerTy = IRB.getInt8PtrTy(OldPtr->getType()->getPointerAddressSpace());
3037     Value *Ptr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, PointerTy);
3038     Value *New;
3039     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
3040       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
3041     else
3042       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
3043
3044     (void)New;
3045     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
3046
3047     return true;
3048   }
3049
3050   void fixLoadStoreAlign(Instruction &Root) {
3051     // This algorithm implements the same visitor loop as
3052     // hasUnsafePHIOrSelectUse, and fixes the alignment of each load
3053     // or store found.
3054     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
3055     SmallVector<Instruction *, 4> Uses;
3056     Visited.insert(&Root);
3057     Uses.push_back(&Root);
3058     do {
3059       Instruction *I = Uses.pop_back_val();
3060
3061       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3062         unsigned LoadAlign = LI->getAlignment();
3063         if (!LoadAlign)
3064           LoadAlign = DL.getABITypeAlignment(LI->getType());
3065         LI->setAlignment(std::min(LoadAlign, getSliceAlign()));
3066         continue;
3067       }
3068       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
3069         unsigned StoreAlign = SI->getAlignment();
3070         if (!StoreAlign) {
3071           Value *Op = SI->getOperand(0);
3072           StoreAlign = DL.getABITypeAlignment(Op->getType());
3073         }
3074         SI->setAlignment(std::min(StoreAlign, getSliceAlign()));
3075         continue;
3076       }
3077
3078       assert(isa<BitCastInst>(I) || isa<PHINode>(I) ||
3079              isa<SelectInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I));
3080       for (User *U : I->users())
3081         if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)).second)
3082           Uses.push_back(cast<Instruction>(U));
3083     } while (!Uses.empty());
3084   }
3085
3086   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
3087     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
3088     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "PHIs are unsplittable");
3089     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "PHIs are unsplittable");
3090
3091     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
3092     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
3093     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
3094     // dominate the PHI.
3095     IRBuilderTy PtrBuilder(IRB);
3096     if (isa<PHINode>(OldPtr))
3097       PtrBuilder.SetInsertPoint(&*OldPtr->getParent()->getFirstInsertionPt());
3098     else
3099       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr);
3100     PtrBuilder.SetCurrentDebugLocation(OldPtr->getDebugLoc());
3101
3102     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
3103     // Replace the operands which were using the old pointer.
3104     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
3105
3106     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
3107     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
3108
3109     // Fix the alignment of any loads or stores using this PHI node.
3110     fixLoadStoreAlign(PN);
3111
3112     // PHIs can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
3113     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
3114     // fully-rewritten alloca.
3115     PHIUsers.insert(&PN);
3116     return true;
3117   }
3118
3119   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
3120     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
3121     assert((SI.getTrueValue() == OldPtr || SI.getFalseValue() == OldPtr) &&
3122            "Pointer isn't an operand!");
3123     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Selects are unsplittable");
3124     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "Selects are unsplittable");
3125
3126     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
3127     // Replace the operands which were using the old pointer.
3128     if (SI.getOperand(1) == OldPtr)
3129       SI.setOperand(1, NewPtr);
3130     if (SI.getOperand(2) == OldPtr)
3131       SI.setOperand(2, NewPtr);
3132
3133     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
3134     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
3135
3136     // Fix the alignment of any loads or stores using this select.
3137     fixLoadStoreAlign(SI);
3138
3139     // Selects can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
3140     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
3141     // fully-rewritten alloca.
3142     SelectUsers.insert(&SI);
3143     return true;
3144   }
3145 };
3146
3147 namespace {
3148
3149 /// Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
3150 ///
3151 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
3152 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
3153 /// with scalar loads and stores.
3154 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
3155   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
3156   friend class InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
3157
3158   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
3159   SmallVector<Use *, 8> Queue;
3160
3161   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
3162   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
3163
3164   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
3165   /// value (as opposed to the user).
3166   Use *U;
3167
3168   /// Used to calculate offsets, and hence alignment, of subobjects.
3169   const DataLayout &DL;
3170
3171 public:
3172   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
3173
3174   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
3175   /// it.
3176   bool rewrite(Instruction &I) {
3177     LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
3178     enqueueUsers(I);
3179     bool Changed = false;
3180     while (!Queue.empty()) {
3181       U = Queue.pop_back_val();
3182       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
3183     }
3184     return Changed;
3185   }
3186
3187 private:
3188   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
3189   /// This uses a set to de-duplicate users.
3190   void enqueueUsers(Instruction &I) {
3191     for (Use &U : I.uses())
3192       if (Visited.insert(U.getUser()).second)
3193         Queue.push_back(&U);
3194   }
3195
3196   // Conservative default is to not rewrite anything.
3197   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
3198
3199   /// Generic recursive split emission class.
3200   template <typename Derived> class OpSplitter {
3201   protected:
3202     /// The builder used to form new instructions.
3203     IRBuilderTy IRB;
3204
3205     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
3206     /// appropriate value within the aggregate.
3207     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
3208
3209     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
3210     /// within the aggregate.
3211     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
3212
3213     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
3214     /// split operations.
3215     Value *Ptr;
3216
3217     /// The base pointee type being GEPed into.
3218     Type *BaseTy;
3219
3220     /// Known alignment of the base pointer.
3221     unsigned BaseAlign;
3222
3223     /// To calculate offset of each component so we can correctly deduce
3224     /// alignments.
3225     const DataLayout &DL;
3226
3227     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
3228     /// single zero GEP index.
3229     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr, Type *BaseTy,
3230                unsigned BaseAlign, const DataLayout &DL)
3231         : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr),
3232           BaseTy(BaseTy), BaseAlign(BaseAlign), DL(DL) {}
3233
3234   public:
3235     /// Generic recursive split emission routine.
3236     ///
3237     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
3238     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
3239     /// and emits that single value operation via the template argument.
3240     ///
3241     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
3242     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
3243     /// formatted differently (GEPs need actual values).
3244     ///
3245     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
3246     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
3247     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
3248     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3249       if (Ty->isSingleValueType()) {
3250         unsigned Offset = DL.getIndexedOffsetInType(BaseTy, GEPIndices);
3251         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(
3252             Ty, Agg, MinAlign(BaseAlign, Offset), Name);
3253       }
3254
3255       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3256         unsigned OldSize = Indices.size();
3257         (void)OldSize;
3258         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
3259              ++Idx) {
3260           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3261           Indices.push_back(Idx);
3262           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3263           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3264           GEPIndices.pop_back();
3265           Indices.pop_back();
3266         }
3267         return;
3268       }
3269
3270       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3271         unsigned OldSize = Indices.size();
3272         (void)OldSize;
3273         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
3274              ++Idx) {
3275           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3276           Indices.push_back(Idx);
3277           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3278           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3279           GEPIndices.pop_back();
3280           Indices.pop_back();
3281         }
3282         return;
3283       }
3284
3285       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
3286     }
3287   };
3288
3289   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
3290     AAMDNodes AATags;
3291
3292     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr, Type *BaseTy,
3293                    AAMDNodes AATags, unsigned BaseAlign, const DataLayout &DL)
3294         : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr, BaseTy, BaseAlign,
3295                                      DL), AATags(AATags) {}
3296
3297     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
3298     /// recursive emission to actually load values.
3299     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, unsigned Align, const Twine &Name) {
3300       assert(Ty->isSingleValueType());
3301       // Load the single value and insert it using the indices.
3302       Value *GEP =
3303           IRB.CreateInBoundsGEP(nullptr, Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
3304       LoadInst *Load = IRB.CreateAlignedLoad(GEP, Align, Name + ".load");
3305       if (AATags)
3306         Load->setAAMetadata(AATags);
3307       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
3308       LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
3309     }
3310   };
3311
3312   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
3313     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
3314     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
3315       return false;
3316
3317     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
3318     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
3319     AAMDNodes AATags;
3320     LI.getAAMetadata(AATags);
3321     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U, LI.getType(), AATags,
3322                             getAdjustedAlignment(&LI, 0, DL), DL);
3323     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
3324     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
3325     LI.replaceAllUsesWith(V);
3326     LI.eraseFromParent();
3327     return true;
3328   }
3329
3330   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
3331     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr, Type *BaseTy,
3332                     AAMDNodes AATags, unsigned BaseAlign, const DataLayout &DL)
3333         : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr, BaseTy, BaseAlign,
3334                                       DL),
3335           AATags(AATags) {}
3336     AAMDNodes AATags;
3337     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
3338     /// recursive emission to actually produce stores.
3339     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, unsigned Align, const Twine &Name) {
3340       assert(Ty->isSingleValueType());
3341       // Extract the single value and store it using the indices.
3342       //
3343       // The gep and extractvalue values are factored out of the CreateStore
3344       // call to make the output independent of the argument evaluation order.
3345       Value *ExtractValue =
3346           IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract");
3347       Value *InBoundsGEP =
3348           IRB.CreateInBoundsGEP(nullptr, Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
3349       StoreInst *Store =
3350           IRB.CreateAlignedStore(ExtractValue, InBoundsGEP, Align);
3351       if (AATags)
3352         Store->setAAMetadata(AATags);
3353       LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
3354     }
3355   };
3356
3357   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
3358     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
3359       return false;
3360     Value *V = SI.getValueOperand();
3361     if (V->getType()->isSingleValueType())
3362       return false;
3363
3364     // We have an aggregate being stored, split it apart.
3365     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
3366     AAMDNodes AATags;
3367     SI.getAAMetadata(AATags);
3368     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U, V->getType(), AATags,
3369                              getAdjustedAlignment(&SI, 0, DL), DL);
3370     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
3371     SI.eraseFromParent();
3372     return true;
3373   }
3374
3375   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
3376     enqueueUsers(BC);
3377     return false;
3378   }
3379
3380   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
3381     enqueueUsers(GEPI);
3382     return false;
3383   }
3384
3385   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
3386     enqueueUsers(PN);
3387     return false;
3388   }
3389
3390   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
3391     enqueueUsers(SI);
3392     return false;
3393   }
3394 };
3395
3396 } // end anonymous namespace
3397
3398 /// Strip aggregate type wrapping.
3399 ///
3400 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
3401 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
3402 /// size or the allocated size.
3403 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
3404   if (Ty->isSingleValueType())
3405     return Ty;
3406
3407   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
3408   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
3409
3410   Type *InnerTy;
3411   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3412     InnerTy = ArrTy->getElementType();
3413   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3414     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3415     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
3416     InnerTy = STy->getElementType(Index);
3417   } else {
3418     return Ty;
3419   }
3420
3421   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
3422       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
3423     return Ty;
3424
3425   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
3426 }
3427
3428 /// Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
3429 /// offset and size.
3430 ///
3431 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
3432 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
3433 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
3434 /// and the same for structs.
3435 ///
3436 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
3437 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
3438 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
3439 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
3440 /// return a type if necessary.
3441 static Type *getTypePartition(const DataLayout &DL, Type *Ty, uint64_t Offset,
3442                               uint64_t Size) {
3443   if (Offset == 0 && DL.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
3444     return stripAggregateTypeWrapping(DL, Ty);
3445   if (Offset > DL.getTypeAllocSize(Ty) ||
3446       (DL.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
3447     return nullptr;
3448
3449   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
3450     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
3451     uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3452     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
3453     if (NumSkippedElements >= SeqTy->getNumElements())
3454       return nullptr;
3455     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3456
3457     // First check if we need to recurse.
3458     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3459       // Bail if the partition ends in a different array element.
3460       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3461         return nullptr;
3462       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3463       return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3464     }
3465     assert(Offset == 0);
3466
3467     if (Size == ElementSize)
3468       return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3469     assert(Size > ElementSize);
3470     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3471     if (NumElements * ElementSize != Size)
3472       return nullptr;
3473     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3474   }
3475
3476   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3477   if (!STy)
3478     return nullptr;
3479
3480   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3481   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3482     return nullptr;
3483   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3484   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3485     return nullptr;
3486
3487   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3488   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3489
3490   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3491   uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3492   if (Offset >= ElementSize)
3493     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
3494
3495   // See if any partition must be contained by the element.
3496   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3497     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3498       return nullptr;
3499     return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3500   }
3501   assert(Offset == 0);
3502
3503   if (Size == ElementSize)
3504     return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3505
3506   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3507                                EE = STy->element_end();
3508   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3509     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3510     if (Index == EndIndex)
3511       return nullptr; // Within a single element and its padding.
3512
3513     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3514     // expected size.
3515     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3516     // sub-struct to find a natural end point.
3517     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3518       return nullptr;
3519
3520     assert(Index < EndIndex);
3521     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3522   }
3523
3524   // Try to build up a sub-structure.
3525   StructType *SubTy =
3526       StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE), STy->isPacked());
3527   const StructLayout *SubSL = DL.getStructLayout(SubTy);
3528   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3529     return nullptr; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3530
3531   return SubTy;
3532 }
3533
3534 /// Pre-split loads and stores to simplify rewriting.
3535 ///
3536 /// We want to break up the splittable load+store pairs as much as
3537 /// possible. This is important to do as a preprocessing step, as once we
3538 /// start rewriting the accesses to partitions of the alloca we lose the
3539 /// necessary information to correctly split apart paired loads and stores
3540 /// which both point into this alloca. The case to consider is something like
3541 /// the following:
3542 ///
3543 ///   %a = alloca [12 x i8]
3544 ///   %gep1 = getelementptr [12 x i8]* %a, i32 0, i32 0
3545 ///   %gep2 = getelementptr [12 x i8]* %a, i32 0, i32 4
3546 ///   %gep3 = getelementptr [12 x i8]* %a, i32 0, i32 8
3547 ///   %iptr1 = bitcast i8* %gep1 to i64*
3548 ///   %iptr2 = bitcast i8* %gep2 to i64*
3549 ///   %fptr1 = bitcast i8* %gep1 to float*
3550 ///   %fptr2 = bitcast i8* %gep2 to float*
3551 ///   %fptr3 = bitcast i8* %gep3 to float*
3552 ///   store float 0.0, float* %fptr1
3553 ///   store float 1.0, float* %fptr2
3554 ///   %v = load i64* %iptr1
3555 ///   store i64 %v, i64* %iptr2
3556 ///   %f1 = load float* %fptr2
3557 ///   %f2 = load float* %fptr3
3558 ///
3559 /// Here we want to form 3 partitions of the alloca, each 4 bytes large, and
3560 /// promote everything so we recover the 2 SSA values that should have been
3561 /// there all along.
3562 ///
3563 /// \returns true if any changes are made.
3564 bool SROA::presplitLoadsAndStores(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS) {
3565   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Pre-splitting loads and stores\n");
3566
3567   // Track the loads and stores which are candidates for pre-splitting here, in
3568   // the order they first appear during the partition scan. These give stable
3569   // iteration order and a basis for tracking which loads and stores we
3570   // actually split.
3571   SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
3572   SmallVector<StoreInst *, 4> Stores;
3573
3574   // We need to accumulate the splits required of each load or store where we
3575   // can find them via a direct lookup. This is important to cross-check loads
3576   // and stores against each other. We also track the slice so that we can kill
3577   // all the slices that end up split.
3578   struct SplitOffsets {
3579     Slice *S;
3580     std::vector<uint64_t> Splits;
3581   };
3582   SmallDenseMap<Instruction *, SplitOffsets, 8> SplitOffsetsMap;
3583
3584   // Track loads out of this alloca which cannot, for any reason, be pre-split.
3585   // This is important as we also cannot pre-split stores of those loads!
3586   // FIXME: This is all pretty gross. It means that we can be more aggressive
3587   // in pre-splitting when the load feeding the store happens to come from
3588   // a separate alloca. Put another way, the effectiveness of SROA would be
3589   // decreased by a frontend which just concatenated all of its local allocas
3590   // into one big flat alloca. But defeating such patterns is exactly the job
3591   // SROA is tasked with! Sadly, to not have this discrepancy we would have
3592   // change store pre-splitting to actually force pre-splitting of the load
3593   // that feeds it *and all stores*. That makes pre-splitting much harder, but
3594   // maybe it would make it more principled?
3595   SmallPtrSet<LoadInst *, 8> UnsplittableLoads;
3596
3597   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Searching for candidate loads and stores\n");
3598   for (auto &P : AS.partitions()) {
3599     for (Slice &S : P) {
3600       Instruction *I = cast<Instruction>(S.getUse()->getUser());
3601       if (!S.isSplittable() || S.endOffset() <= P.endOffset()) {
3602         // If this is a load we have to track that it can't participate in any
3603         // pre-splitting. If this is a store of a load we have to track that
3604         // that load also can't participate in any pre-splitting.
3605         if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
3606           UnsplittableLoads.insert(LI);
3607         else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
3608           if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(SI->getValueOperand()))
3609             UnsplittableLoads.insert(LI);
3610         continue;
3611       }
3612       assert(P.endOffset() > S.beginOffset() &&
3613              "Empty or backwards partition!");
3614
3615       // Determine if this is a pre-splittable slice.
3616       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3617         assert(!LI->isVolatile() && "Cannot split volatile loads!");
3618
3619         // The load must be used exclusively to store into other pointers for
3620         // us to be able to arbitrarily pre-split it. The stores must also be
3621         // simple to avoid changing semantics.
3622         auto IsLoadSimplyStored = [](LoadInst *LI) {
3623           for (User *LU : LI->users()) {
3624             auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(LU);
3625             if (!SI || !SI->isSimple())
3626               return false;
3627           }
3628           return true;
3629         };
3630         if (!IsLoadSimplyStored(LI)) {
3631           UnsplittableLoads.insert(LI);
3632           continue;
3633         }
3634
3635         Loads.push_back(LI);
3636       } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
3637         if (S.getUse() != &SI->getOperandUse(SI->getPointerOperandIndex()))
3638           // Skip stores *of* pointers. FIXME: This shouldn't even be possible!
3639           continue;
3640         auto *StoredLoad = dyn_cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3641         if (!StoredLoad || !StoredLoad->isSimple())
3642           continue;
3643         assert(!SI->isVolatile() && "Cannot split volatile stores!");
3644
3645         Stores.push_back(SI);
3646       } else {
3647         // Other uses cannot be pre-split.
3648         continue;
3649       }
3650
3651       // Record the initial split.
3652       LLVM_DEBUG(dbgs() << "    Candidate: " << *I << "\n");
3653       auto &Offsets = SplitOffsetsMap[I];
3654       assert(Offsets.Splits.empty() &&
3655              "Should not have splits the first time we see an instruction!");
3656       Offsets.S = &S;
3657       Offsets.Splits.push_back(P.endOffset() - S.beginOffset());
3658     }
3659
3660     // Now scan the already split slices, and add a split for any of them which
3661     // we're going to pre-split.
3662     for (Slice *S : P.splitSliceTails()) {
3663       auto SplitOffsetsMapI =
3664           SplitOffsetsMap.find(cast<Instruction>(S->getUse()->getUser()));
3665       if (SplitOffsetsMapI == SplitOffsetsMap.end())
3666         continue;
3667       auto &Offsets = SplitOffsetsMapI->second;
3668
3669       assert(Offsets.S == S && "Found a mismatched slice!");
3670       assert(!Offsets.Splits.empty() &&
3671              "Cannot have an empty set of splits on the second partition!");
3672       assert(Offsets.Splits.back() ==
3673                  P.beginOffset() - Offsets.S->beginOffset() &&
3674              "Previous split does not end where this one begins!");
3675
3676       // Record each split. The last partition's end isn't needed as the size
3677       // of the slice dictates that.
3678       if (S->endOffset() > P.endOffset())
3679         Offsets.Splits.push_back(P.endOffset() - Offsets.S->beginOffset());
3680     }
3681   }
3682
3683   // We may have split loads where some of their stores are split stores. For
3684   // such loads and stores, we can only pre-split them if their splits exactly
3685   // match relative to their starting offset. We have to verify this prior to
3686   // any rewriting.
3687   Stores.erase(
3688       llvm::remove_if(Stores,
3689                       [&UnsplittableLoads, &SplitOffsetsMap](StoreInst *SI) {
3690                         // Lookup the load we are storing in our map of split
3691                         // offsets.
3692                         auto *LI = cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3693                         // If it was completely unsplittable, then we're done,
3694                         // and this store can't be pre-split.
3695                         if (UnsplittableLoads.count(LI))
3696                           return true;
3697
3698                         auto LoadOffsetsI = SplitOffsetsMap.find(LI);
3699                         if (LoadOffsetsI == SplitOffsetsMap.end())
3700                           return false; // Unrelated loads are definitely safe.
3701                         auto &LoadOffsets = LoadOffsetsI->second;
3702
3703                         // Now lookup the store's offsets.
3704                         auto &StoreOffsets = SplitOffsetsMap[SI];
3705
3706                         // If the relative offsets of each split in the load and
3707                         // store match exactly, then we can split them and we
3708                         // don't need to remove them here.
3709                         if (LoadOffsets.Splits == StoreOffsets.Splits)
3710                           return false;
3711
3712                         LLVM_DEBUG(
3713                             dbgs()
3714                             << "    Mismatched splits for load and store:\n"
3715                             << "      " << *LI << "\n"
3716                             << "      " << *SI << "\n");
3717
3718                         // We've found a store and load that we need to split
3719                         // with mismatched relative splits. Just give up on them
3720                         // and remove both instructions from our list of
3721                         // candidates.
3722                         UnsplittableLoads.insert(LI);
3723                         return true;
3724                       }),
3725       Stores.end());
3726   // Now we have to go *back* through all the stores, because a later store may
3727   // have caused an earlier store's load to become unsplittable and if it is
3728   // unsplittable for the later store, then we can't rely on it being split in
3729   // the earlier store either.
3730   Stores.erase(llvm::remove_if(Stores,
3731                                [&UnsplittableLoads](StoreInst *SI) {
3732                                  auto *LI =
3733                                      cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3734                                  return UnsplittableLoads.count(LI);
3735                                }),
3736                Stores.end());
3737   // Once we've established all the loads that can't be split for some reason,
3738   // filter any that made it into our list out.
3739   Loads.erase(llvm::remove_if(Loads,
3740                               [&UnsplittableLoads](LoadInst *LI) {
3741                                 return UnsplittableLoads.count(LI);
3742                               }),
3743               Loads.end());
3744
3745   // If no loads or stores are left, there is no pre-splitting to be done for
3746   // this alloca.
3747   if (Loads.empty() && Stores.empty())
3748     return false;
3749
3750   // From here on, we can't fail and will be building new accesses, so rig up
3751   // an IR builder.
3752   IRBuilderTy IRB(&AI);
3753
3754   // Collect the new slices which we will merge into the alloca slices.
3755   SmallVector<Slice, 4> NewSlices;
3756
3757   // Track any allocas we end up splitting loads and stores for so we iterate
3758   // on them.
3759   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> ResplitPromotableAllocas;
3760
3761   // At this point, we have collected all of the loads and stores we can
3762   // pre-split, and the specific splits needed for them. We actually do the
3763   // splitting in a specific order in order to handle when one of the loads in
3764   // the value operand to one of the stores.
3765   //
3766   // First, we rewrite all of the split loads, and just accumulate each split
3767   // load in a parallel structure. We also build the slices for them and append
3768   // them to the alloca slices.
3769   SmallDenseMap<LoadInst *, std::vector<LoadInst *>, 1> SplitLoadsMap;
3770   std::vector<LoadInst *> SplitLoads;
3771   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
3772   for (LoadInst *LI : Loads) {
3773     SplitLoads.clear();
3774
3775     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(LI->getType());
3776     uint64_t LoadSize = Ty->getBitWidth() / 8;
3777     assert(LoadSize > 0 && "Cannot have a zero-sized integer load!");
3778
3779     auto &Offsets = SplitOffsetsMap[LI];
3780     assert(LoadSize == Offsets.S->endOffset() - Offsets.S->beginOffset() &&
3781            "Slice size should always match load size exactly!");
3782     uint64_t BaseOffset = Offsets.S->beginOffset();
3783     assert(BaseOffset + LoadSize > BaseOffset &&
3784            "Cannot represent alloca access size using 64-bit integers!");
3785
3786     Instruction *BasePtr = cast<Instruction>(LI->getPointerOperand());
3787     IRB.SetInsertPoint(LI);
3788
3789     LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Splitting load: " << *LI << "\n");
3790
3791     uint64_t PartOffset = 0, PartSize = Offsets.Splits.front();
3792     int Idx = 0, Size = Offsets.Splits.size();
3793     for (;;) {
3794       auto *PartTy = Type::getIntNTy(Ty->getContext(), PartSize * 8);
3795       auto AS = LI->getPointerAddressSpace();
3796       auto *PartPtrTy = PartTy->getPointerTo(AS);
3797       LoadInst *PLoad = IRB.CreateAlignedLoad(
3798           getAdjustedPtr(IRB, DL, BasePtr,
3799                          APInt(DL.getIndexSizeInBits(AS), PartOffset),
3800                          PartPtrTy, BasePtr->getName() + "."),
3801           getAdjustedAlignment(LI, PartOffset, DL), /*IsVolatile*/ false,
3802           LI->getName());
3803       PLoad->copyMetadata(*LI, {LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access,
3804                                 LLVMContext::MD_access_group});
3805
3806       // Append this load onto the list of split loads so we can find it later
3807       // to rewrite the stores.
3808       SplitLoads.push_back(PLoad);
3809
3810       // Now build a new slice for the alloca.
3811       NewSlices.push_back(
3812           Slice(BaseOffset + PartOffset, BaseOffset + PartOffset + PartSize,
3813                 &PLoad->getOperandUse(PLoad->getPointerOperandIndex()),
3814                 /*IsSplittable*/ false));
3815       LLVM_DEBUG(dbgs() << "    new slice [" << NewSlices.back().beginOffset()
3816                         << ", " << NewSlices.back().endOffset()
3817                         << "): " << *PLoad << "\n");
3818
3819       // See if we've handled all the splits.
3820       if (Idx >= Size)
3821         break;
3822
3823       // Setup the next partition.
3824       PartOffset = Offsets.Splits[Idx];
3825       ++Idx;
3826       PartSize = (Idx < Size ? Offsets.Splits[Idx] : LoadSize) - PartOffset;
3827     }
3828
3829     // Now that we have the split loads, do the slow walk over all uses of the
3830     // load and rewrite them as split stores, or save the split loads to use
3831     // below if the store is going to be split there anyways.
3832     bool DeferredStores = false;
3833     for (User *LU : LI->users()) {
3834       StoreInst *SI = cast<StoreInst>(LU);
3835       if (!Stores.empty() && SplitOffsetsMap.count(SI)) {
3836         DeferredStores = true;
3837         LLVM_DEBUG(dbgs() << "    Deferred splitting of store: " << *SI
3838                           << "\n");
3839         continue;
3840       }
3841
3842       Value *StoreBasePtr = SI->getPointerOperand();
3843       IRB.SetInsertPoint(SI);
3844
3845       LLVM_DEBUG(dbgs() << "    Splitting store of load: " << *SI << "\n");
3846
3847       for (int Idx = 0, Size = SplitLoads.size(); Idx < Size; ++Idx) {
3848         LoadInst *PLoad = SplitLoads[Idx];
3849         uint64_t PartOffset = Idx == 0 ? 0 : Offsets.Splits[Idx - 1];
3850         auto *PartPtrTy =
3851             PLoad->getType()->getPointerTo(SI->getPointerAddressSpace());
3852
3853         auto AS = SI->getPointerAddressSpace();
3854         StoreInst *PStore = IRB.CreateAlignedStore(
3855             PLoad,
3856             getAdjustedPtr(IRB, DL, StoreBasePtr,
3857                            APInt(DL.getIndexSizeInBits(AS), PartOffset),
3858                            PartPtrTy, StoreBasePtr->getName() + "."),
3859             getAdjustedAlignment(SI, PartOffset, DL), /*IsVolatile*/ false);
3860         PStore->copyMetadata(*LI, {LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access,
3861                                    LLVMContext::MD_access_group});
3862         LLVM_DEBUG(dbgs() << "      +" << PartOffset << ":" << *PStore << "\n");
3863       }
3864
3865       // We want to immediately iterate on any allocas impacted by splitting
3866       // this store, and we have to track any promotable alloca (indicated by
3867       // a direct store) as needing to be resplit because it is no longer
3868       // promotable.
3869       if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(StoreBasePtr)) {
3870         ResplitPromotableAllocas.insert(OtherAI);
3871         Worklist.insert(OtherAI);
3872       } else if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(
3873                      StoreBasePtr->stripInBoundsOffsets())) {
3874         Worklist.insert(OtherAI);
3875       }
3876
3877       // Mark the original store as dead.
3878       DeadInsts.insert(SI);
3879     }
3880
3881     // Save the split loads if there are deferred stores among the users.
3882     if (DeferredStores)
3883       SplitLoadsMap.insert(std::make_pair(LI, std::move(SplitLoads)));
3884
3885     // Mark the original load as dead and kill the original slice.
3886     DeadInsts.insert(LI);
3887     Offsets.S->kill();
3888   }
3889
3890   // Second, we rewrite all of the split stores. At this point, we know that
3891   // all loads from this alloca have been split already. For stores of such
3892   // loads, we can simply look up the pre-existing split loads. For stores of
3893   // other loads, we split those loads first and then write split stores of
3894   // them.
3895   for (StoreInst *SI : Stores) {
3896     auto *LI = cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3897     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(LI->getType());
3898     uint64_t StoreSize = Ty->getBitWidth() / 8;
3899     assert(StoreSize > 0 && "Cannot have a zero-sized integer store!");
3900
3901     auto &Offsets = SplitOffsetsMap[SI];
3902     assert(StoreSize == Offsets.S->endOffset() - Offsets.S->beginOffset() &&
3903            "Slice size should always match load size exactly!");
3904     uint64_t BaseOffset = Offsets.S->beginOffset();
3905     assert(BaseOffset + StoreSize > BaseOffset &&
3906            "Cannot represent alloca access size using 64-bit integers!");
3907
3908     Value *LoadBasePtr = LI->getPointerOperand();
3909     Instruction *StoreBasePtr = cast<Instruction>(SI->getPointerOperand());
3910
3911     LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Splitting store: " << *SI << "\n");
3912
3913     // Check whether we have an already split load.
3914     auto SplitLoadsMapI = SplitLoadsMap.find(LI);
3915     std::vector<LoadInst *> *SplitLoads = nullptr;
3916     if (SplitLoadsMapI != SplitLoadsMap.end()) {
3917       SplitLoads = &SplitLoadsMapI->second;
3918       assert(SplitLoads->size() == Offsets.Splits.size() + 1 &&
3919              "Too few split loads for the number of splits in the store!");
3920     } else {
3921       LLVM_DEBUG(dbgs() << "          of load: " << *LI << "\n");
3922     }
3923
3924     uint64_t PartOffset = 0, PartSize = Offsets.Splits.front();
3925     int Idx = 0, Size = Offsets.Splits.size();
3926     for (;;) {
3927       auto *PartTy = Type::getIntNTy(Ty->getContext(), PartSize * 8);
3928       auto *LoadPartPtrTy = PartTy->getPointerTo(LI->getPointerAddressSpace());
3929       auto *StorePartPtrTy = PartTy->getPointerTo(SI->getPointerAddressSpace());
3930
3931       // Either lookup a split load or create one.
3932       LoadInst *PLoad;
3933       if (SplitLoads) {
3934         PLoad = (*SplitLoads)[Idx];
3935       } else {
3936         IRB.SetInsertPoint(LI);
3937         auto AS = LI->getPointerAddressSpace();
3938         PLoad = IRB.CreateAlignedLoad(
3939             getAdjustedPtr(IRB, DL, LoadBasePtr,
3940                            APInt(DL.getIndexSizeInBits(AS), PartOffset),
3941                            LoadPartPtrTy, LoadBasePtr->getName() + "."),
3942             getAdjustedAlignment(LI, PartOffset, DL), /*IsVolatile*/ false,
3943             LI->getName());
3944       }
3945
3946       // And store this partition.
3947       IRB.SetInsertPoint(SI);
3948       auto AS = SI->getPointerAddressSpace();
3949       StoreInst *PStore = IRB.CreateAlignedStore(
3950           PLoad,
3951           getAdjustedPtr(IRB, DL, StoreBasePtr,
3952                          APInt(DL.getIndexSizeInBits(AS), PartOffset),
3953                          StorePartPtrTy, StoreBasePtr->getName() + "."),
3954           getAdjustedAlignment(SI, PartOffset, DL), /*IsVolatile*/ false);
3955
3956       // Now build a new slice for the alloca.
3957       NewSlices.push_back(
3958           Slice(BaseOffset + PartOffset, BaseOffset + PartOffset + PartSize,
3959                 &PStore->getOperandUse(PStore->getPointerOperandIndex()),
3960                 /*IsSplittable*/ false));
3961       LLVM_DEBUG(dbgs() << "    new slice [" << NewSlices.back().beginOffset()
3962                         << ", " << NewSlices.back().endOffset()
3963                         << "): " << *PStore << "\n");
3964       if (!SplitLoads) {
3965         LLVM_DEBUG(dbgs() << "      of split load: " << *PLoad << "\n");
3966       }
3967
3968       // See if we've finished all the splits.
3969       if (Idx >= Size)
3970         break;
3971
3972       // Setup the next partition.
3973       PartOffset = Offsets.Splits[Idx];
3974       ++Idx;
3975       PartSize = (Idx < Size ? Offsets.Splits[Idx] : StoreSize) - PartOffset;
3976     }
3977
3978     // We want to immediately iterate on any allocas impacted by splitting
3979     // this load, which is only relevant if it isn't a load of this alloca and
3980     // thus we didn't already split the loads above. We also have to keep track
3981     // of any promotable allocas we split loads on as they can no longer be
3982     // promoted.
3983     if (!SplitLoads) {
3984       if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(LoadBasePtr)) {
3985         assert(OtherAI != &AI && "We can't re-split our own alloca!");
3986         ResplitPromotableAllocas.insert(OtherAI);
3987         Worklist.insert(OtherAI);
3988       } else if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(
3989                      LoadBasePtr->stripInBoundsOffsets())) {
3990         assert(OtherAI != &AI && "We can't re-split our own alloca!");
3991         Worklist.insert(OtherAI);
3992       }
3993     }
3994
3995     // Mark the original store as dead now that we've split it up and kill its
3996     // slice. Note that we leave the original load in place unless this store
3997     // was its only use. It may in turn be split up if it is an alloca load
3998     // for some other alloca, but it may be a normal load. This may introduce
3999     // redundant loads, but where those can be merged the rest of the optimizer
4000     // should handle the merging, and this uncovers SSA splits which is more
4001     // important. In practice, the original loads will almost always be fully
4002     // split and removed eventually, and the splits will be merged by any
4003     // trivial CSE, including instcombine.
4004     if (LI->hasOneUse()) {
4005       assert(*LI->user_begin() == SI && "Single use isn't this store!");
4006       DeadInsts.insert(LI);
4007     }
4008     DeadInsts.insert(SI);
4009     Offsets.S->kill();
4010   }
4011
4012   // Remove the killed slices that have ben pre-split.
4013   AS.erase(llvm::remove_if(AS, [](const Slice &S) { return S.isDead(); }),
4014            AS.end());
4015
4016   // Insert our new slices. This will sort and merge them into the sorted
4017   // sequence.
4018   AS.insert(NewSlices);
4019
4020   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Pre-split slices:\n");
4021 #ifndef NDEBUG
4022   for (auto I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
4023     LLVM_DEBUG(AS.print(dbgs(), I, "    "));
4024 #endif
4025
4026   // Finally, don't try to promote any allocas that new require re-splitting.
4027   // They have already been added to the worklist above.
4028   PromotableAllocas.erase(
4029       llvm::remove_if(
4030           PromotableAllocas,
4031           [&](AllocaInst *AI) { return ResplitPromotableAllocas.count(AI); }),
4032       PromotableAllocas.end());
4033
4034   return true;
4035 }
4036
4037 /// Rewrite an alloca partition's users.
4038 ///
4039 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
4040 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
4041 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
4042 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
4043 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
4044 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
4045 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
4046 /// promoted.
4047 AllocaInst *SROA::rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS,
4048                                    Partition &P) {
4049   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
4050   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
4051   // or an i8 array of an appropriate size.
4052   Type *SliceTy = nullptr;
4053   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
4054   if (Type *CommonUseTy = findCommonType(P.begin(), P.end(), P.endOffset()))
4055     if (DL.getTypeAllocSize(CommonUseTy) >= P.size())
4056       SliceTy = CommonUseTy;
4057   if (!SliceTy)
4058     if (Type *TypePartitionTy = getTypePartition(DL, AI.getAllocatedType(),
4059                                                  P.beginOffset(), P.size()))
4060       SliceTy = TypePartitionTy;
4061   if ((!SliceTy || (SliceTy->isArrayTy() &&
4062                     SliceTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
4063       DL.isLegalInteger(P.size() * 8))
4064     SliceTy = Type::getIntNTy(*C, P.size() * 8);
4065   if (!SliceTy)
4066     SliceTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), P.size());
4067   assert(DL.getTypeAllocSize(SliceTy) >= P.size());
4068
4069   bool IsIntegerPromotable = isIntegerWideningViable(P, SliceTy, DL);
4070
4071   VectorType *VecTy =
4072       IsIntegerPromotable ? nullptr : isVectorPromotionViable(P, DL);
4073   if (VecTy)
4074     SliceTy = VecTy;
4075
4076   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
4077   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
4078   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
4079   // perform phi and select speculation.
4080   // P.beginOffset() can be non-zero even with the same type in a case with
4081   // out-of-bounds access (e.g. @PR35657 function in SROA/basictest.ll).
4082   AllocaInst *NewAI;
4083   if (SliceTy == AI.getAllocatedType() && P.beginOffset() == 0) {
4084     NewAI = &AI;
4085     // FIXME: We should be able to bail at this point with "nothing changed".
4086     // FIXME: We might want to defer PHI speculation until after here.
4087     // FIXME: return nullptr;
4088   } else {
4089     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
4090     if (!Alignment) {
4091       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
4092       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
4093       // type.
4094       Alignment = DL.getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
4095     }
4096     Alignment = MinAlign(Alignment, P.beginOffset());
4097     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
4098     // the alloca's alignment unconstrained.
4099     if (Alignment <= DL.getABITypeAlignment(SliceTy))
4100       Alignment = 0;
4101     NewAI = new AllocaInst(
4102       SliceTy, AI.getType()->getAddressSpace(), nullptr, Alignment,
4103         AI.getName() + ".sroa." + Twine(P.begin() - AS.begin()), &AI);
4104     // Copy the old AI debug location over to the new one.
4105     NewAI->setDebugLoc(AI.getDebugLoc());
4106     ++NumNewAllocas;
4107   }
4108
4109   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
4110                     << "[" << P.beginOffset() << "," << P.endOffset()
4111                     << ") to: " << *NewAI << "\n");
4112
4113   // Track the high watermark on the worklist as it is only relevant for
4114   // promoted allocas. We will reset it to this point if the alloca is not in
4115   // fact scheduled for promotion.
4116   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
4117   unsigned NumUses = 0;
4118   SmallSetVector<PHINode *, 8> PHIUsers;
4119   SmallSetVector<SelectInst *, 8> SelectUsers;
4120
4121   AllocaSliceRewriter Rewriter(DL, AS, *this, AI, *NewAI, P.beginOffset(),
4122                                P.endOffset(), IsIntegerPromotable, VecTy,
4123                                PHIUsers, SelectUsers);
4124   bool Promotable = true;
4125   for (Slice *S : P.splitSliceTails()) {
4126     Promotable &= Rewriter.visit(S);
4127     ++NumUses;
4128   }
4129   for (Slice &S : P) {
4130     Promotable &= Rewriter.visit(&S);
4131     ++NumUses;
4132   }
4133
4134   NumAllocaPartitionUses += NumUses;
4135   MaxUsesPerAllocaPartition.updateMax(NumUses);
4136
4137   // Now that we've processed all the slices in the new partition, check if any
4138   // PHIs or Selects would block promotion.
4139   for (PHINode *PHI : PHIUsers)
4140     if (!isSafePHIToSpeculate(*PHI)) {
4141       Promotable = false;
4142       PHIUsers.clear();
4143       SelectUsers.clear();
4144       break;
4145     }
4146
4147   for (SelectInst *Sel : SelectUsers)
4148     if (!isSafeSelectToSpeculate(*Sel)) {
4149       Promotable = false;
4150       PHIUsers.clear();
4151       SelectUsers.clear();
4152       break;
4153     }
4154
4155   if (Promotable) {
4156     if (PHIUsers.empty() && SelectUsers.empty()) {
4157       // Promote the alloca.
4158       PromotableAllocas.push_back(NewAI);
4159     } else {
4160       // If we have either PHIs or Selects to speculate, add them to those
4161       // worklists and re-queue the new alloca so that we promote in on the
4162       // next iteration.
4163       for (PHINode *PHIUser : PHIUsers)
4164         SpeculatablePHIs.insert(PHIUser);
4165       for (SelectInst *SelectUser : SelectUsers)
4166         SpeculatableSelects.insert(SelectUser);
4167       Worklist.insert(NewAI);
4168     }
4169   } else {
4170     // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
4171     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
4172       PostPromotionWorklist.pop_back();
4173
4174     // We couldn't promote and we didn't create a new partition, nothing
4175     // happened.
4176     if (NewAI == &AI)
4177       return nullptr;
4178
4179     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
4180     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
4181     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
4182     Worklist.insert(NewAI);
4183   }
4184
4185   return NewAI;
4186 }
4187
4188 /// Walks the slices of an alloca and form partitions based on them,
4189 /// rewriting each of their uses.
4190 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS) {
4191   if (AS.begin() == AS.end())
4192     return false;
4193
4194   unsigned NumPartitions = 0;
4195   bool Changed = false;
4196   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
4197
4198   // First try to pre-split loads and stores.
4199   Changed |= presplitLoadsAndStores(AI, AS);
4200
4201   // Now that we have identified any pre-splitting opportunities,
4202   // mark loads and stores unsplittable except for the following case.
4203   // We leave a slice splittable if all other slices are disjoint or fully
4204   // included in the slice, such as whole-alloca loads and stores.
4205   // If we fail to split these during pre-splitting, we want to force them
4206   // to be rewritten into a partition.
4207   bool IsSorted = true;
4208
4209   uint64_t AllocaSize = DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType());
4210   const uint64_t MaxBitVectorSize = 1024;
4211   if (AllocaSize <= MaxBitVectorSize) {
4212     // If a byte boundary is included in any load or store, a slice starting or
4213     // ending at the boundary is not splittable.
4214     SmallBitVector SplittableOffset(AllocaSize + 1, true);
4215     for (Slice &S : AS)
4216       for (unsigned O = S.beginOffset() + 1;
4217            O < S.endOffset() && O < AllocaSize; O++)
4218         SplittableOffset.reset(O);
4219
4220     for (Slice &S : AS) {
4221       if (!S.isSplittable())
4222         continue;
4223
4224       if ((S.beginOffset() > AllocaSize || SplittableOffset[S.beginOffset()]) &&
4225           (S.endOffset() > AllocaSize || SplittableOffset[S.endOffset()]))
4226         continue;
4227
4228       if (isa<LoadInst>(S.getUse()->getUser()) ||
4229           isa<StoreInst>(S.getUse()->getUser())) {
4230         S.makeUnsplittable();
4231         IsSorted = false;
4232       }
4233     }
4234   }
4235   else {
4236     // We only allow whole-alloca splittable loads and stores
4237     // for a large alloca to avoid creating too large BitVector.
4238     for (Slice &S : AS) {
4239       if (!S.isSplittable())
4240         continue;
4241
4242       if (S.beginOffset() == 0 && S.endOffset() >= AllocaSize)
4243         continue;
4244
4245       if (isa<LoadInst>(S.getUse()->getUser()) ||
4246           isa<StoreInst>(S.getUse()->getUser())) {
4247         S.makeUnsplittable();
4248         IsSorted = false;
4249       }
4250     }
4251   }
4252
4253   if (!IsSorted)
4254     llvm::sort(AS);
4255
4256   /// Describes the allocas introduced by rewritePartition in order to migrate
4257   /// the debug info.
4258   struct Fragment {
4259     AllocaInst *Alloca;
4260     uint64_t Offset;
4261     uint64_t Size;
4262     Fragment(AllocaInst *AI, uint64_t O, uint64_t S)
4263       : Alloca(AI), Offset(O), Size(S) {}
4264   };
4265   SmallVector<Fragment, 4> Fragments;
4266
4267   // Rewrite each partition.
4268   for (auto &P : AS.partitions()) {
4269     if (AllocaInst *NewAI = rewritePartition(AI, AS, P)) {
4270       Changed = true;
4271       if (NewAI != &AI) {
4272         uint64_t SizeOfByte = 8;
4273         uint64_t AllocaSize = DL.getTypeSizeInBits(NewAI->getAllocatedType());
4274         // Don't include any padding.
4275         uint64_t Size = std::min(AllocaSize, P.size() * SizeOfByte);
4276         Fragments.push_back(Fragment(NewAI, P.beginOffset() * SizeOfByte, Size));
4277       }
4278     }
4279     ++NumPartitions;
4280   }
4281
4282   NumAllocaPartitions += NumPartitions;
4283   MaxPartitionsPerAlloca.updateMax(NumPartitions);
4284
4285   // Migrate debug information from the old alloca to the new alloca(s)
4286   // and the individual partitions.
4287   TinyPtrVector<DbgVariableIntrinsic *> DbgDeclares = FindDbgAddrUses(&AI);
4288   if (!DbgDeclares.empty()) {
4289     auto *Var = DbgDeclares.front()->getVariable();
4290     auto *Expr = DbgDeclares.front()->getExpression();
4291     auto VarSize = Var->getSizeInBits();
4292     DIBuilder DIB(*AI.getModule(), /*AllowUnresolved*/ false);
4293     uint64_t AllocaSize = DL.getTypeSizeInBits(AI.getAllocatedType());
4294     for (auto Fragment : Fragments) {
4295       // Create a fragment expression describing the new partition or reuse AI's
4296       // expression if there is only one partition.
4297       auto *FragmentExpr = Expr;
4298       if (Fragment.Size < AllocaSize || Expr->isFragment()) {
4299         // If this alloca is already a scalar replacement of a larger aggregate,
4300         // Fragment.Offset describes the offset inside the scalar.
4301         auto ExprFragment = Expr->getFragmentInfo();
4302         uint64_t Offset = ExprFragment ? ExprFragment->OffsetInBits : 0;
4303         uint64_t Start = Offset + Fragment.Offset;
4304         uint64_t Size = Fragment.Size;
4305         if (ExprFragment) {
4306           uint64_t AbsEnd =
4307               ExprFragment->OffsetInBits + ExprFragment->SizeInBits;
4308           if (Start >= AbsEnd)
4309             // No need to describe a SROAed padding.
4310             continue;
4311           Size = std::min(Size, AbsEnd - Start);
4312         }
4313         // The new, smaller fragment is stenciled out from the old fragment.
4314         if (auto OrigFragment = FragmentExpr->getFragmentInfo()) {
4315           assert(Start >= OrigFragment->OffsetInBits &&
4316                  "new fragment is outside of original fragment");
4317           Start -= OrigFragment->OffsetInBits;
4318         }
4319
4320         // The alloca may be larger than the variable.
4321         if (VarSize) {
4322           if (Size > *VarSize)
4323             Size = *VarSize;
4324           if (Size == 0 || Start + Size > *VarSize)
4325             continue;
4326         }
4327
4328         // Avoid creating a fragment expression that covers the entire variable.
4329         if (!VarSize || *VarSize != Size) {
4330           if (auto E =
4331                   DIExpression::createFragmentExpression(Expr, Start, Size))
4332             FragmentExpr = *E;
4333           else
4334             continue;
4335         }
4336       }
4337
4338       // Remove any existing intrinsics describing the same alloca.
4339       for (DbgVariableIntrinsic *OldDII : FindDbgAddrUses(Fragment.Alloca))
4340         OldDII->eraseFromParent();
4341
4342       DIB.insertDeclare(Fragment.Alloca, Var, FragmentExpr,
4343                         DbgDeclares.front()->getDebugLoc(), &AI);
4344     }
4345   }
4346   return Changed;
4347 }
4348
4349 /// Clobber a use with undef, deleting the used value if it becomes dead.
4350 void SROA::clobberUse(Use &U) {
4351   Value *OldV = U;
4352   // Replace the use with an undef value.
4353   U = UndefValue::get(OldV->getType());
4354
4355   // Check for this making an instruction dead. We have to garbage collect
4356   // all the dead instructions to ensure the uses of any alloca end up being
4357   // minimal.
4358   if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
4359     if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
4360       DeadInsts.insert(OldI);
4361     }
4362 }
4363
4364 /// Analyze an alloca for SROA.
4365 ///
4366 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
4367 /// the slices of the alloca, and then hands it off to be split and
4368 /// rewritten as needed.
4369 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
4370   LLVM_DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
4371   ++NumAllocasAnalyzed;
4372
4373   // Special case dead allocas, as they're trivial.
4374   if (AI.use_empty()) {
4375     AI.eraseFromParent();
4376     return true;
4377   }
4378   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
4379
4380   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
4381   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
4382       DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
4383     return false;
4384
4385   bool Changed = false;
4386
4387   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
4388   // better splitting and promotion opportunities.
4389   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(DL);
4390   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
4391
4392   // Build the slices using a recursive instruction-visiting builder.
4393   AllocaSlices AS(DL, AI);
4394   LLVM_DEBUG(AS.print(dbgs()));
4395   if (AS.isEscaped())
4396     return Changed;
4397
4398   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
4399   for (Instruction *DeadUser : AS.getDeadUsers()) {
4400     // Free up everything used by this instruction.
4401     for (Use &DeadOp : DeadUser->operands())
4402       clobberUse(DeadOp);
4403
4404     // Now replace the uses of this instruction.
4405     DeadUser->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(DeadUser->getType()));
4406
4407     // And mark it for deletion.
4408     DeadInsts.insert(DeadUser);
4409     Changed = true;
4410   }
4411   for (Use *DeadOp : AS.getDeadOperands()) {
4412     clobberUse(*DeadOp);
4413     Changed = true;
4414   }
4415
4416   // No slices to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
4417   if (AS.begin() == AS.end())
4418     return Changed;
4419
4420   Changed |= splitAlloca(AI, AS);
4421
4422   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Speculating PHIs\n");
4423   while (!SpeculatablePHIs.empty())
4424     speculatePHINodeLoads(*SpeculatablePHIs.pop_back_val());
4425
4426   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Speculating Selects\n");
4427   while (!SpeculatableSelects.empty())
4428     speculateSelectInstLoads(*SpeculatableSelects.pop_back_val());
4429
4430   return Changed;
4431 }
4432
4433 /// Delete the dead instructions accumulated in this run.
4434 ///
4435 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
4436 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
4437 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
4438 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
4439 ///
4440 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
4441 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
4442 bool SROA::deleteDeadInstructions(
4443     SmallPtrSetImpl<AllocaInst *> &DeletedAllocas) {
4444   bool Changed = false;
4445   while (!DeadInsts.empty()) {
4446     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
4447     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
4448
4449     // If the instruction is an alloca, find the possible dbg.declare connected
4450     // to it, and remove it too. We must do this before calling RAUW or we will
4451     // not be able to find it.
4452     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I)) {
4453       DeletedAllocas.insert(AI);
4454       for (DbgVariableIntrinsic *OldDII : FindDbgAddrUses(AI))
4455         OldDII->eraseFromParent();
4456     }
4457
4458     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
4459
4460     for (Use &Operand : I->operands())
4461       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Operand)) {
4462         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
4463         Operand = nullptr;
4464         if (isInstructionTriviallyDead(U))
4465           DeadInsts.insert(U);
4466       }
4467
4468     ++NumDeleted;
4469     I->eraseFromParent();
4470     Changed = true;
4471   }
4472   return Changed;
4473 }
4474
4475 /// Promote the allocas, using the best available technique.
4476 ///
4477 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
4478 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
4479 /// This function returns whether any promotion occurred.
4480 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
4481   if (PromotableAllocas.empty())
4482     return false;
4483
4484   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
4485
4486   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
4487   PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT, AC);
4488   PromotableAllocas.clear();
4489   return true;
4490 }
4491
4492 PreservedAnalyses SROA::runImpl(Function &F, DominatorTree &RunDT,
4493                                 AssumptionCache &RunAC) {
4494   LLVM_DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
4495   C = &F.getContext();
4496   DT = &RunDT;
4497   AC = &RunAC;
4498
4499   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
4500   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = std::prev(EntryBB.end());
4501        I != E; ++I) {
4502     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
4503       Worklist.insert(AI);
4504   }
4505
4506   bool Changed = false;
4507   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
4508   // the list of promotable allocas.
4509   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
4510
4511   do {
4512     while (!Worklist.empty()) {
4513       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
4514       Changed |= deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
4515
4516       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
4517       // continue processing them.
4518       if (!DeletedAllocas.empty()) {
4519         auto IsInSet = [&](AllocaInst *AI) { return DeletedAllocas.count(AI); };
4520         Worklist.remove_if(IsInSet);
4521         PostPromotionWorklist.remove_if(IsInSet);
4522         PromotableAllocas.erase(llvm::remove_if(PromotableAllocas, IsInSet),
4523                                 PromotableAllocas.end());
4524         DeletedAllocas.clear();
4525       }
4526     }
4527
4528     Changed |= promoteAllocas(F);
4529
4530     Worklist = PostPromotionWorklist;
4531     PostPromotionWorklist.clear();
4532   } while (!Worklist.empty());
4533
4534   if (!Changed)
4535     return PreservedAnalyses::all();
4536
4537   PreservedAnalyses PA;
4538   PA.preserveSet<CFGAnalyses>();
4539   PA.preserve<GlobalsAA>();
4540   return PA;
4541 }
4542
4543 PreservedAnalyses SROA::run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM) {
4544   return runImpl(F, AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F),
4545                  AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F));
4546 }
4547
4548 /// A legacy pass for the legacy pass manager that wraps the \c SROA pass.
4549 ///
4550 /// This is in the llvm namespace purely to allow it to be a friend of the \c
4551 /// SROA pass.
4552 class llvm::sroa::SROALegacyPass : public FunctionPass {
4553   /// The SROA implementation.
4554   SROA Impl;
4555
4556 public:
4557   static char ID;
4558
4559   SROALegacyPass() : FunctionPass(ID) {
4560     initializeSROALegacyPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
4561   }
4562
4563   bool runOnFunction(Function &F) override {
4564     if (skipFunction(F))
4565       return false;
4566
4567     auto PA = Impl.runImpl(
4568         F, getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree(),
4569         getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F));
4570     return !PA.areAllPreserved();
4571   }
4572
4573   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
4574     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
4575     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
4576     AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
4577     AU.setPreservesCFG();
4578   }
4579
4580   StringRef getPassName() const override { return "SROA"; }
4581 };
4582
4583 char SROALegacyPass::ID = 0;
4584
4585 FunctionPass *llvm::createSROAPass() { return new SROALegacyPass(); }
4586
4587 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROALegacyPass, "sroa",
4588                       "Scalar Replacement Of Aggregates", false, false)
4589 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
4590 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
4591 INITIALIZE_PASS_END(SROALegacyPass, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
4592                     false, false)