]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/SROA.cpp
Update hostapd/wpa_supplicant to version 2.5.
[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.h"
27 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
28 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
31 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
32 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
33 #include "llvm/Analysis/PtrUseVisitor.h"
34 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
35 #include "llvm/IR/Constants.h"
36 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
37 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
38 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
39 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
40 #include "llvm/IR/Dominators.h"
41 #include "llvm/IR/Function.h"
42 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
43 #include "llvm/IR/InstVisitor.h"
44 #include "llvm/IR/Instructions.h"
45 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
46 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
47 #include "llvm/IR/Operator.h"
48 #include "llvm/Pass.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Compiler.h"
51 #include "llvm/Support/Debug.h"
52 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
53 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
54 #include "llvm/Support/TimeValue.h"
55 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
58 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
59
60 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
61 // We only use this for a debug check in C++11
62 #include <random>
63 #endif
64
65 using namespace llvm;
66
67 #define DEBUG_TYPE "sroa"
68
69 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
70 STATISTIC(NumAllocaPartitions, "Number of alloca partitions formed");
71 STATISTIC(MaxPartitionsPerAlloca, "Maximum number of partitions per alloca");
72 STATISTIC(NumAllocaPartitionUses, "Number of alloca partition uses rewritten");
73 STATISTIC(MaxUsesPerAllocaPartition, "Maximum number of uses of a partition");
74 STATISTIC(NumNewAllocas, "Number of new, smaller allocas introduced");
75 STATISTIC(NumPromoted, "Number of allocas promoted to SSA values");
76 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
77 STATISTIC(NumDeleted, "Number of instructions deleted");
78 STATISTIC(NumVectorized, "Number of vectorized aggregates");
79
80 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
81 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
82 static cl::opt<bool> ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false),
83                                      cl::Hidden);
84
85 /// Hidden option to enable randomly shuffling the slices to help uncover
86 /// instability in their order.
87 static cl::opt<bool> SROARandomShuffleSlices("sroa-random-shuffle-slices",
88                                              cl::init(false), cl::Hidden);
89
90 /// Hidden option to experiment with completely strict handling of inbounds
91 /// GEPs.
92 static cl::opt<bool> SROAStrictInbounds("sroa-strict-inbounds", cl::init(false),
93                                         cl::Hidden);
94
95 namespace {
96 /// \brief A custom IRBuilder inserter which prefixes all names if they are
97 /// preserved.
98 template <bool preserveNames = true>
99 class IRBuilderPrefixedInserter
100     : public IRBuilderDefaultInserter<preserveNames> {
101   std::string Prefix;
102
103 public:
104   void SetNamePrefix(const Twine &P) { Prefix = P.str(); }
105
106 protected:
107   void InsertHelper(Instruction *I, const Twine &Name, BasicBlock *BB,
108                     BasicBlock::iterator InsertPt) const {
109     IRBuilderDefaultInserter<preserveNames>::InsertHelper(
110         I, Name.isTriviallyEmpty() ? Name : Prefix + Name, BB, InsertPt);
111   }
112 };
113
114 // Specialization for not preserving the name is trivial.
115 template <>
116 class IRBuilderPrefixedInserter<false>
117     : public IRBuilderDefaultInserter<false> {
118 public:
119   void SetNamePrefix(const Twine &P) {}
120 };
121
122 /// \brief Provide a typedef for IRBuilder that drops names in release builds.
123 #ifndef NDEBUG
124 typedef llvm::IRBuilder<true, ConstantFolder, IRBuilderPrefixedInserter<true>>
125     IRBuilderTy;
126 #else
127 typedef llvm::IRBuilder<false, ConstantFolder, IRBuilderPrefixedInserter<false>>
128     IRBuilderTy;
129 #endif
130 }
131
132 namespace {
133 /// \brief A used slice of an alloca.
134 ///
135 /// This structure represents a slice of an alloca used by some instruction. It
136 /// stores both the begin and end offsets of this use, a pointer to the use
137 /// itself, and a flag indicating whether we can classify the use as splittable
138 /// or not when forming partitions of the alloca.
139 class Slice {
140   /// \brief The beginning offset of the range.
141   uint64_t BeginOffset;
142
143   /// \brief The ending offset, not included in the range.
144   uint64_t EndOffset;
145
146   /// \brief Storage for both the use of this slice and whether it can be
147   /// split.
148   PointerIntPair<Use *, 1, bool> UseAndIsSplittable;
149
150 public:
151   Slice() : BeginOffset(), EndOffset() {}
152   Slice(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U, bool IsSplittable)
153       : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset),
154         UseAndIsSplittable(U, IsSplittable) {}
155
156   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
157   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
158
159   bool isSplittable() const { return UseAndIsSplittable.getInt(); }
160   void makeUnsplittable() { UseAndIsSplittable.setInt(false); }
161
162   Use *getUse() const { return UseAndIsSplittable.getPointer(); }
163
164   bool isDead() const { return getUse() == nullptr; }
165   void kill() { UseAndIsSplittable.setPointer(nullptr); }
166
167   /// \brief Support for ordering ranges.
168   ///
169   /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
170   /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
171   /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
172   /// same start position.
173   bool operator<(const Slice &RHS) const {
174     if (beginOffset() < RHS.beginOffset())
175       return true;
176     if (beginOffset() > RHS.beginOffset())
177       return false;
178     if (isSplittable() != RHS.isSplittable())
179       return !isSplittable();
180     if (endOffset() > RHS.endOffset())
181       return true;
182     return false;
183   }
184
185   /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
186   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(const Slice &LHS,
187                                               uint64_t RHSOffset) {
188     return LHS.beginOffset() < RHSOffset;
189   }
190   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
191                                               const Slice &RHS) {
192     return LHSOffset < RHS.beginOffset();
193   }
194
195   bool operator==(const Slice &RHS) const {
196     return isSplittable() == RHS.isSplittable() &&
197            beginOffset() == RHS.beginOffset() && endOffset() == RHS.endOffset();
198   }
199   bool operator!=(const Slice &RHS) const { return !operator==(RHS); }
200 };
201 } // end anonymous namespace
202
203 namespace llvm {
204 template <typename T> struct isPodLike;
205 template <> struct isPodLike<Slice> { static const bool value = true; };
206 }
207
208 namespace {
209 /// \brief Representation of the alloca slices.
210 ///
211 /// This class represents the slices of an alloca which are formed by its
212 /// various uses. If a pointer escapes, we can't fully build a representation
213 /// for the slices used and we reflect that in this structure. The uses are
214 /// stored, sorted by increasing beginning offset and with unsplittable slices
215 /// starting at a particular offset before splittable slices.
216 class AllocaSlices {
217 public:
218   /// \brief Construct the slices of a particular alloca.
219   AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI);
220
221   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
222   ///
223   /// If this is true, the slices are never fully built and should be
224   /// ignored.
225   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
226
227   /// \brief Support for iterating over the slices.
228   /// @{
229   typedef SmallVectorImpl<Slice>::iterator iterator;
230   typedef iterator_range<iterator> range;
231   iterator begin() { return Slices.begin(); }
232   iterator end() { return Slices.end(); }
233
234   typedef SmallVectorImpl<Slice>::const_iterator const_iterator;
235   typedef iterator_range<const_iterator> const_range;
236   const_iterator begin() const { return Slices.begin(); }
237   const_iterator end() const { return Slices.end(); }
238   /// @}
239
240   /// \brief Erase a range of slices.
241   void erase(iterator Start, iterator Stop) { Slices.erase(Start, Stop); }
242
243   /// \brief Insert new slices for this alloca.
244   ///
245   /// This moves the slices into the alloca's slices collection, and re-sorts
246   /// everything so that the usual ordering properties of the alloca's slices
247   /// hold.
248   void insert(ArrayRef<Slice> NewSlices) {
249     int OldSize = Slices.size();
250     Slices.append(NewSlices.begin(), NewSlices.end());
251     auto SliceI = Slices.begin() + OldSize;
252     std::sort(SliceI, Slices.end());
253     std::inplace_merge(Slices.begin(), SliceI, Slices.end());
254   }
255
256   // Forward declare an iterator to befriend it.
257   class partition_iterator;
258
259   /// \brief A partition of the slices.
260   ///
261   /// An ephemeral representation for a range of slices which can be viewed as
262   /// a partition of the alloca. This range represents a span of the alloca's
263   /// memory which cannot be split, and provides access to all of the slices
264   /// overlapping some part of the partition.
265   ///
266   /// Objects of this type are produced by traversing the alloca's slices, but
267   /// are only ephemeral and not persistent.
268   class Partition {
269   private:
270     friend class AllocaSlices;
271     friend class AllocaSlices::partition_iterator;
272
273     /// \brief The begining and ending offsets of the alloca for this partition.
274     uint64_t BeginOffset, EndOffset;
275
276     /// \brief The start end end iterators of this partition.
277     iterator SI, SJ;
278
279     /// \brief A collection of split slice tails overlapping the partition.
280     SmallVector<Slice *, 4> SplitTails;
281
282     /// \brief Raw constructor builds an empty partition starting and ending at
283     /// the given iterator.
284     Partition(iterator SI) : SI(SI), SJ(SI) {}
285
286   public:
287     /// \brief The start offset of this partition.
288     ///
289     /// All of the contained slices start at or after this offset.
290     uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
291
292     /// \brief The end offset of this partition.
293     ///
294     /// All of the contained slices end at or before this offset.
295     uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
296
297     /// \brief The size of the partition.
298     ///
299     /// Note that this can never be zero.
300     uint64_t size() const {
301       assert(BeginOffset < EndOffset && "Partitions must span some bytes!");
302       return EndOffset - BeginOffset;
303     }
304
305     /// \brief Test whether this partition contains no slices, and merely spans
306     /// a region occupied by split slices.
307     bool empty() const { return SI == SJ; }
308
309     /// \name Iterate slices that start within the partition.
310     /// These may be splittable or unsplittable. They have a begin offset >= the
311     /// partition begin offset.
312     /// @{
313     // FIXME: We should probably define a "concat_iterator" helper and use that
314     // to stitch together pointee_iterators over the split tails and the
315     // contiguous iterators of the partition. That would give a much nicer
316     // interface here. We could then additionally expose filtered iterators for
317     // split, unsplit, and unsplittable splices based on the usage patterns.
318     iterator begin() const { return SI; }
319     iterator end() const { return SJ; }
320     /// @}
321
322     /// \brief Get the sequence of split slice tails.
323     ///
324     /// These tails are of slices which start before this partition but are
325     /// split and overlap into the partition. We accumulate these while forming
326     /// partitions.
327     ArrayRef<Slice *> splitSliceTails() const { return SplitTails; }
328   };
329
330   /// \brief An iterator over partitions of the alloca's slices.
331   ///
332   /// This iterator implements the core algorithm for partitioning the alloca's
333   /// slices. It is a forward iterator as we don't support backtracking for
334   /// efficiency reasons, and re-use a single storage area to maintain the
335   /// current set of split slices.
336   ///
337   /// It is templated on the slice iterator type to use so that it can operate
338   /// with either const or non-const slice iterators.
339   class partition_iterator
340       : public iterator_facade_base<partition_iterator,
341                                     std::forward_iterator_tag, Partition> {
342     friend class AllocaSlices;
343
344     /// \brief Most of the state for walking the partitions is held in a class
345     /// with a nice interface for examining them.
346     Partition P;
347
348     /// \brief We need to keep the end of the slices to know when to stop.
349     AllocaSlices::iterator SE;
350
351     /// \brief We also need to keep track of the maximum split end offset seen.
352     /// FIXME: Do we really?
353     uint64_t MaxSplitSliceEndOffset;
354
355     /// \brief Sets the partition to be empty at given iterator, and sets the
356     /// end iterator.
357     partition_iterator(AllocaSlices::iterator SI, AllocaSlices::iterator SE)
358         : P(SI), SE(SE), MaxSplitSliceEndOffset(0) {
359       // If not already at the end, advance our state to form the initial
360       // partition.
361       if (SI != SE)
362         advance();
363     }
364
365     /// \brief Advance the iterator to the next partition.
366     ///
367     /// Requires that the iterator not be at the end of the slices.
368     void advance() {
369       assert((P.SI != SE || !P.SplitTails.empty()) &&
370              "Cannot advance past the end of the slices!");
371
372       // Clear out any split uses which have ended.
373       if (!P.SplitTails.empty()) {
374         if (P.EndOffset >= MaxSplitSliceEndOffset) {
375           // If we've finished all splits, this is easy.
376           P.SplitTails.clear();
377           MaxSplitSliceEndOffset = 0;
378         } else {
379           // Remove the uses which have ended in the prior partition. This
380           // cannot change the max split slice end because we just checked that
381           // the prior partition ended prior to that max.
382           P.SplitTails.erase(
383               std::remove_if(
384                   P.SplitTails.begin(), P.SplitTails.end(),
385                   [&](Slice *S) { return S->endOffset() <= P.EndOffset; }),
386               P.SplitTails.end());
387           assert(std::any_of(P.SplitTails.begin(), P.SplitTails.end(),
388                              [&](Slice *S) {
389                                return S->endOffset() == MaxSplitSliceEndOffset;
390                              }) &&
391                  "Could not find the current max split slice offset!");
392           assert(std::all_of(P.SplitTails.begin(), P.SplitTails.end(),
393                              [&](Slice *S) {
394                                return S->endOffset() <= MaxSplitSliceEndOffset;
395                              }) &&
396                  "Max split slice end offset is not actually the max!");
397         }
398       }
399
400       // If P.SI is already at the end, then we've cleared the split tail and
401       // now have an end iterator.
402       if (P.SI == SE) {
403         assert(P.SplitTails.empty() && "Failed to clear the split slices!");
404         return;
405       }
406
407       // If we had a non-empty partition previously, set up the state for
408       // subsequent partitions.
409       if (P.SI != P.SJ) {
410         // Accumulate all the splittable slices which started in the old
411         // partition into the split list.
412         for (Slice &S : P)
413           if (S.isSplittable() && S.endOffset() > P.EndOffset) {
414             P.SplitTails.push_back(&S);
415             MaxSplitSliceEndOffset =
416                 std::max(S.endOffset(), MaxSplitSliceEndOffset);
417           }
418
419         // Start from the end of the previous partition.
420         P.SI = P.SJ;
421
422         // If P.SI is now at the end, we at most have a tail of split slices.
423         if (P.SI == SE) {
424           P.BeginOffset = P.EndOffset;
425           P.EndOffset = MaxSplitSliceEndOffset;
426           return;
427         }
428
429         // If the we have split slices and the next slice is after a gap and is
430         // not splittable immediately form an empty partition for the split
431         // slices up until the next slice begins.
432         if (!P.SplitTails.empty() && P.SI->beginOffset() != P.EndOffset &&
433             !P.SI->isSplittable()) {
434           P.BeginOffset = P.EndOffset;
435           P.EndOffset = P.SI->beginOffset();
436           return;
437         }
438       }
439
440       // OK, we need to consume new slices. Set the end offset based on the
441       // current slice, and step SJ past it. The beginning offset of the
442       // parttion is the beginning offset of the next slice unless we have
443       // pre-existing split slices that are continuing, in which case we begin
444       // at the prior end offset.
445       P.BeginOffset = P.SplitTails.empty() ? P.SI->beginOffset() : P.EndOffset;
446       P.EndOffset = P.SI->endOffset();
447       ++P.SJ;
448
449       // There are two strategies to form a partition based on whether the
450       // partition starts with an unsplittable slice or a splittable slice.
451       if (!P.SI->isSplittable()) {
452         // When we're forming an unsplittable region, it must always start at
453         // the first slice and will extend through its end.
454         assert(P.BeginOffset == P.SI->beginOffset());
455
456         // Form a partition including all of the overlapping slices with this
457         // unsplittable slice.
458         while (P.SJ != SE && P.SJ->beginOffset() < P.EndOffset) {
459           if (!P.SJ->isSplittable())
460             P.EndOffset = std::max(P.EndOffset, P.SJ->endOffset());
461           ++P.SJ;
462         }
463
464         // We have a partition across a set of overlapping unsplittable
465         // partitions.
466         return;
467       }
468
469       // If we're starting with a splittable slice, then we need to form
470       // a synthetic partition spanning it and any other overlapping splittable
471       // splices.
472       assert(P.SI->isSplittable() && "Forming a splittable partition!");
473
474       // Collect all of the overlapping splittable slices.
475       while (P.SJ != SE && P.SJ->beginOffset() < P.EndOffset &&
476              P.SJ->isSplittable()) {
477         P.EndOffset = std::max(P.EndOffset, P.SJ->endOffset());
478         ++P.SJ;
479       }
480
481       // Back upiP.EndOffset if we ended the span early when encountering an
482       // unsplittable slice. This synthesizes the early end offset of
483       // a partition spanning only splittable slices.
484       if (P.SJ != SE && P.SJ->beginOffset() < P.EndOffset) {
485         assert(!P.SJ->isSplittable());
486         P.EndOffset = P.SJ->beginOffset();
487       }
488     }
489
490   public:
491     bool operator==(const partition_iterator &RHS) const {
492       assert(SE == RHS.SE &&
493              "End iterators don't match between compared partition iterators!");
494
495       // The observed positions of partitions is marked by the P.SI iterator and
496       // the emptyness of the split slices. The latter is only relevant when
497       // P.SI == SE, as the end iterator will additionally have an empty split
498       // slices list, but the prior may have the same P.SI and a tail of split
499       // slices.
500       if (P.SI == RHS.P.SI &&
501           P.SplitTails.empty() == RHS.P.SplitTails.empty()) {
502         assert(P.SJ == RHS.P.SJ &&
503                "Same set of slices formed two different sized partitions!");
504         assert(P.SplitTails.size() == RHS.P.SplitTails.size() &&
505                "Same slice position with differently sized non-empty split "
506                "slice tails!");
507         return true;
508       }
509       return false;
510     }
511
512     partition_iterator &operator++() {
513       advance();
514       return *this;
515     }
516
517     Partition &operator*() { return P; }
518   };
519
520   /// \brief A forward range over the partitions of the alloca's slices.
521   ///
522   /// This accesses an iterator range over the partitions of the alloca's
523   /// slices. It computes these partitions on the fly based on the overlapping
524   /// offsets of the slices and the ability to split them. It will visit "empty"
525   /// partitions to cover regions of the alloca only accessed via split
526   /// slices.
527   iterator_range<partition_iterator> partitions() {
528     return make_range(partition_iterator(begin(), end()),
529                       partition_iterator(end(), end()));
530   }
531
532   /// \brief Access the dead users for this alloca.
533   ArrayRef<Instruction *> getDeadUsers() const { return DeadUsers; }
534
535   /// \brief Access the dead operands referring to this alloca.
536   ///
537   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
538   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
539   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
540   /// need to replace with undef.
541   ArrayRef<Use *> getDeadOperands() const { return DeadOperands; }
542
543 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
544   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
545   void printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
546                   StringRef Indent = "  ") const;
547   void printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
548                 StringRef Indent = "  ") const;
549   void print(raw_ostream &OS) const;
550   void dump(const_iterator I) const;
551   void dump() const;
552 #endif
553
554 private:
555   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
556   class SliceBuilder;
557   friend class AllocaSlices::SliceBuilder;
558
559 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
560   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
561   AllocaInst &AI;
562 #endif
563
564   /// \brief The instruction responsible for this alloca not having a known set
565   /// of slices.
566   ///
567   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
568   /// store a pointer to that here and abort trying to form slices of the
569   /// alloca. This will be null if the alloca slices are analyzed successfully.
570   Instruction *PointerEscapingInstr;
571
572   /// \brief The slices of the alloca.
573   ///
574   /// We store a vector of the slices formed by uses of the alloca here. This
575   /// vector is sorted by increasing begin offset, and then the unsplittable
576   /// slices before the splittable ones. See the Slice inner class for more
577   /// details.
578   SmallVector<Slice, 8> Slices;
579
580   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
581   ///
582   /// Note that these are not separated by slice. This is because we expect an
583   /// alloca to be completely rewritten or not rewritten at all. If rewritten,
584   /// all these instructions can simply be removed and replaced with undef as
585   /// they come from outside of the allocated space.
586   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
587
588   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
589   ///
590   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
591   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
592   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
593   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
594   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
595   /// the alloca.
596   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
597 };
598 }
599
600 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
601   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
602   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
603   // early on.
604   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
605     return SI.getOperand(1 + CI->isZero());
606   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
607     return SI.getOperand(1);
608
609   return nullptr;
610 }
611
612 /// \brief A helper that folds a PHI node or a select.
613 static Value *foldPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
614   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
615     // If PN merges together the same value, return that value.
616     return PN->hasConstantValue();
617   }
618   return foldSelectInst(cast<SelectInst>(I));
619 }
620
621 /// \brief Builder for the alloca slices.
622 ///
623 /// This class builds a set of alloca slices by recursively visiting the uses
624 /// of an alloca and making a slice for each load and store at each offset.
625 class AllocaSlices::SliceBuilder : public PtrUseVisitor<SliceBuilder> {
626   friend class PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
627   friend class InstVisitor<SliceBuilder>;
628   typedef PtrUseVisitor<SliceBuilder> Base;
629
630   const uint64_t AllocSize;
631   AllocaSlices &AS;
632
633   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferSliceMap;
634   SmallDenseMap<Instruction *, uint64_t> PHIOrSelectSizes;
635
636   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
637   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
638
639 public:
640   SliceBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS)
641       : PtrUseVisitor<SliceBuilder>(DL),
642         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())), AS(AS) {}
643
644 private:
645   void markAsDead(Instruction &I) {
646     if (VisitedDeadInsts.insert(&I).second)
647       AS.DeadUsers.push_back(&I);
648   }
649
650   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
651                  bool IsSplittable = false) {
652     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
653     // past the end of the allocation.
654     if (Size == 0 || Offset.uge(AllocSize)) {
655       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
656                    << " which has zero size or starts outside of the "
657                    << AllocSize << " byte alloca:\n"
658                    << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
659                    << "       use: " << I << "\n");
660       return markAsDead(I);
661     }
662
663     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
664     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
665
666     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
667     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
668     // This may appear superficially to be something we could ignore entirely,
669     // but that is not so! There may be widened loads or PHI-node uses where
670     // some instructions are dead but not others. We can't completely ignore
671     // them, and so have to record at least the information here.
672     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
673     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
674       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
675                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
676                    << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
677                    << "       use: " << I << "\n");
678       EndOffset = AllocSize;
679     }
680
681     AS.Slices.push_back(Slice(BeginOffset, EndOffset, U, IsSplittable));
682   }
683
684   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
685     if (BC.use_empty())
686       return markAsDead(BC);
687
688     return Base::visitBitCastInst(BC);
689   }
690
691   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
692     if (GEPI.use_empty())
693       return markAsDead(GEPI);
694
695     if (SROAStrictInbounds && GEPI.isInBounds()) {
696       // FIXME: This is a manually un-factored variant of the basic code inside
697       // of GEPs with checking of the inbounds invariant specified in the
698       // langref in a very strict sense. If we ever want to enable
699       // SROAStrictInbounds, this code should be factored cleanly into
700       // PtrUseVisitor, but it is easier to experiment with SROAStrictInbounds
701       // by writing out the code here where we have tho underlying allocation
702       // size readily available.
703       APInt GEPOffset = Offset;
704       const DataLayout &DL = GEPI.getModule()->getDataLayout();
705       for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI),
706                              GTE = gep_type_end(GEPI);
707            GTI != GTE; ++GTI) {
708         ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
709         if (!OpC)
710           break;
711
712         // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
713         if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
714           unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
715           const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
716           GEPOffset +=
717               APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(ElementIdx));
718         } else {
719           // For array or vector indices, scale the index by the size of the
720           // type.
721           APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth());
722           GEPOffset += Index * APInt(Offset.getBitWidth(),
723                                      DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
724         }
725
726         // If this index has computed an intermediate pointer which is not
727         // inbounds, then the result of the GEP is a poison value and we can
728         // delete it and all uses.
729         if (GEPOffset.ugt(AllocSize))
730           return markAsDead(GEPI);
731       }
732     }
733
734     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
735   }
736
737   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
738                          uint64_t Size, bool IsVolatile) {
739     // We allow splitting of non-volatile loads and stores where the type is an
740     // integer type. These may be used to implement 'memcpy' or other "transfer
741     // of bits" patterns.
742     bool IsSplittable = Ty->isIntegerTy() && !IsVolatile;
743
744     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
745   }
746
747   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
748     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
749            "All simple FCA loads should have been pre-split");
750
751     if (!IsOffsetKnown)
752       return PI.setAborted(&LI);
753
754     const DataLayout &DL = LI.getModule()->getDataLayout();
755     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI.getType());
756     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, Size, LI.isVolatile());
757   }
758
759   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
760     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
761     if (ValOp == *U)
762       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
763     if (!IsOffsetKnown)
764       return PI.setAborted(&SI);
765
766     const DataLayout &DL = SI.getModule()->getDataLayout();
767     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(ValOp->getType());
768
769     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
770     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
771     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
772     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
773     // risk of overflow.
774     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
775     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
776     if (Size > AllocSize || Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
777       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte store @" << Offset
778                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
779                    << " byte alloca:\n"
780                    << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
781                    << "       use: " << SI << "\n");
782       return markAsDead(SI);
783     }
784
785     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
786            "All simple FCA stores should have been pre-split");
787     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, Size, SI.isVolatile());
788   }
789
790   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
791     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
792     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
793     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
794         (IsOffsetKnown && Offset.uge(AllocSize)))
795       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
796       return markAsDead(II);
797
798     if (!IsOffsetKnown)
799       return PI.setAborted(&II);
800
801     insertUse(II, Offset, Length ? Length->getLimitedValue()
802                                  : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
803               (bool)Length);
804   }
805
806   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
807     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
808     if (Length && Length->getValue() == 0)
809       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
810       return markAsDead(II);
811
812     // Because we can visit these intrinsics twice, also check to see if the
813     // first time marked this instruction as dead. If so, skip it.
814     if (VisitedDeadInsts.count(&II))
815       return;
816
817     if (!IsOffsetKnown)
818       return PI.setAborted(&II);
819
820     // This side of the transfer is completely out-of-bounds, and so we can
821     // nuke the entire transfer. However, we also need to nuke the other side
822     // if already added to our partitions.
823     // FIXME: Yet another place we really should bypass this when
824     // instrumenting for ASan.
825     if (Offset.uge(AllocSize)) {
826       SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI =
827           MemTransferSliceMap.find(&II);
828       if (MTPI != MemTransferSliceMap.end())
829         AS.Slices[MTPI->second].kill();
830       return markAsDead(II);
831     }
832
833     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
834     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue() : AllocSize - RawOffset;
835
836     // Check for the special case where the same exact value is used for both
837     // source and dest.
838     if (*U == II.getRawDest() && *U == II.getRawSource()) {
839       // For non-volatile transfers this is a no-op.
840       if (!II.isVolatile())
841         return markAsDead(II);
842
843       return insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/false);
844     }
845
846     // If we have seen both source and destination for a mem transfer, then
847     // they both point to the same alloca.
848     bool Inserted;
849     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI;
850     std::tie(MTPI, Inserted) =
851         MemTransferSliceMap.insert(std::make_pair(&II, AS.Slices.size()));
852     unsigned PrevIdx = MTPI->second;
853     if (!Inserted) {
854       Slice &PrevP = AS.Slices[PrevIdx];
855
856       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
857       // In that case, we can completely elide the transfer.
858       if (!II.isVolatile() && PrevP.beginOffset() == RawOffset) {
859         PrevP.kill();
860         return markAsDead(II);
861       }
862
863       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
864       // split those.
865       PrevP.makeUnsplittable();
866     }
867
868     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
869     insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/Inserted && Length);
870
871     // Check that we ended up with a valid index in the map.
872     assert(AS.Slices[PrevIdx].getUse()->getUser() == &II &&
873            "Map index doesn't point back to a slice with this user.");
874   }
875
876   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
877   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
878   // doesn't make sense.
879   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
880     if (!IsOffsetKnown)
881       return PI.setAborted(&II);
882
883     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
884         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
885       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
886       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
887                                Length->getLimitedValue());
888       insertUse(II, Offset, Size, true);
889       return;
890     }
891
892     Base::visitIntrinsicInst(II);
893   }
894
895   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
896     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
897     // the same offset to be a viable use for slicing purposes. These uses
898     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
899     // size.
900     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
901     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
902     Visited.insert(Root);
903     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
904     const DataLayout &DL = Root->getModule()->getDataLayout();
905     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
906     // a size zero access.
907     Size = 0;
908     do {
909       Instruction *I, *UsedI;
910       std::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
911
912       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
913         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(LI->getType()));
914         continue;
915       }
916       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
917         Value *Op = SI->getOperand(0);
918         if (Op == UsedI)
919           return SI;
920         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(Op->getType()));
921         continue;
922       }
923
924       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
925         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
926           return GEP;
927       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
928                  !isa<SelectInst>(I)) {
929         return I;
930       }
931
932       for (User *U : I->users())
933         if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)).second)
934           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(U)));
935     } while (!Uses.empty());
936
937     return nullptr;
938   }
939
940   void visitPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
941     assert(isa<PHINode>(I) || isa<SelectInst>(I));
942     if (I.use_empty())
943       return markAsDead(I);
944
945     // TODO: We could use SimplifyInstruction here to fold PHINodes and
946     // SelectInsts. However, doing so requires to change the current
947     // dead-operand-tracking mechanism. For instance, suppose neither loading
948     // from %U nor %other traps. Then "load (select undef, %U, %other)" does not
949     // trap either.  However, if we simply replace %U with undef using the
950     // current dead-operand-tracking mechanism, "load (select undef, undef,
951     // %other)" may trap because the select may return the first operand
952     // "undef".
953     if (Value *Result = foldPHINodeOrSelectInst(I)) {
954       if (Result == *U)
955         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
956         // through the PHI/select as if we had RAUW'ed it.
957         enqueueUsers(I);
958       else
959         // Otherwise the operand to the PHI/select is dead, and we can replace
960         // it with undef.
961         AS.DeadOperands.push_back(U);
962
963       return;
964     }
965
966     if (!IsOffsetKnown)
967       return PI.setAborted(&I);
968
969     // See if we already have computed info on this node.
970     uint64_t &Size = PHIOrSelectSizes[&I];
971     if (!Size) {
972       // This is a new PHI/Select, check for an unsafe use of it.
973       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&I, Size))
974         return PI.setAborted(UnsafeI);
975     }
976
977     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
978     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
979     // case them here and use a separate structure to track the operands
980     // themselves which should be replaced with undef.
981     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
982     // for address sanitization.
983     if (Offset.uge(AllocSize)) {
984       AS.DeadOperands.push_back(U);
985       return;
986     }
987
988     insertUse(I, Offset, Size);
989   }
990
991   void visitPHINode(PHINode &PN) { visitPHINodeOrSelectInst(PN); }
992
993   void visitSelectInst(SelectInst &SI) { visitPHINodeOrSelectInst(SI); }
994
995   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
996   void visitInstruction(Instruction &I) { PI.setAborted(&I); }
997 };
998
999 AllocaSlices::AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI)
1000     :
1001 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1002       AI(AI),
1003 #endif
1004       PointerEscapingInstr(nullptr) {
1005   SliceBuilder PB(DL, AI, *this);
1006   SliceBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
1007   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
1008     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
1009     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaSlices.
1010     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
1011                                                   : PtrI.getAbortingInst();
1012     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
1013     return;
1014   }
1015
1016   Slices.erase(std::remove_if(Slices.begin(), Slices.end(),
1017                               [](const Slice &S) {
1018                                 return S.isDead();
1019                               }),
1020                Slices.end());
1021
1022 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
1023   if (SROARandomShuffleSlices) {
1024     std::mt19937 MT(static_cast<unsigned>(sys::TimeValue::now().msec()));
1025     std::shuffle(Slices.begin(), Slices.end(), MT);
1026   }
1027 #endif
1028
1029   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
1030   // and the sizes to be in descending order.
1031   std::sort(Slices.begin(), Slices.end());
1032 }
1033
1034 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1035
1036 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1037                          StringRef Indent) const {
1038   printSlice(OS, I, Indent);
1039   OS << "\n";
1040   printUse(OS, I, Indent);
1041 }
1042
1043 void AllocaSlices::printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1044                               StringRef Indent) const {
1045   OS << Indent << "[" << I->beginOffset() << "," << I->endOffset() << ")"
1046      << " slice #" << (I - begin())
1047      << (I->isSplittable() ? " (splittable)" : "");
1048 }
1049
1050 void AllocaSlices::printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1051                             StringRef Indent) const {
1052   OS << Indent << "  used by: " << *I->getUse()->getUser() << "\n";
1053 }
1054
1055 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS) const {
1056   if (PointerEscapingInstr) {
1057     OS << "Can't analyze slices for alloca: " << AI << "\n"
1058        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
1059        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
1060     return;
1061   }
1062
1063   OS << "Slices of alloca: " << AI << "\n";
1064   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
1065     print(OS, I);
1066 }
1067
1068 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump(const_iterator I) const {
1069   print(dbgs(), I);
1070 }
1071 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump() const { print(dbgs()); }
1072
1073 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1074
1075 namespace {
1076 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
1077 ///
1078 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
1079 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
1080 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
1081 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
1082 /// scalar values.
1083 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1084   AllocaInst &AI;
1085   DIBuilder &DIB;
1086
1087   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
1088   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
1089
1090 public:
1091   AllocaPromoter(ArrayRef<const Instruction *> Insts,
1092                  SSAUpdater &S,
1093                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
1094       : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
1095
1096   void run(const SmallVectorImpl<Instruction *> &Insts) {
1097     // Retain the debug information attached to the alloca for use when
1098     // rewriting loads and stores.
1099     if (auto *L = LocalAsMetadata::getIfExists(&AI)) {
1100       if (auto *DINode = MetadataAsValue::getIfExists(AI.getContext(), L)) {
1101         for (User *U : DINode->users())
1102           if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(U))
1103             DDIs.push_back(DDI);
1104           else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(U))
1105             DVIs.push_back(DVI);
1106       }
1107     }
1108
1109     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1110
1111     // While we have the debug information, clear it off of the alloca. The
1112     // caller takes care of deleting the alloca.
1113     while (!DDIs.empty())
1114       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1115     while (!DVIs.empty())
1116       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
1117   }
1118
1119   bool
1120   isInstInList(Instruction *I,
1121                const SmallVectorImpl<Instruction *> &Insts) const override {
1122     Value *Ptr;
1123     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1124       Ptr = LI->getOperand(0);
1125     else
1126       Ptr = cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
1127
1128     // Only used to detect cycles, which will be rare and quickly found as
1129     // we're walking up a chain of defs rather than down through uses.
1130     SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1131
1132     do {
1133       if (Ptr == &AI)
1134         return true;
1135
1136       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Ptr))
1137         Ptr = BCI->getOperand(0);
1138       else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
1139         Ptr = GEPI->getPointerOperand();
1140       else
1141         return false;
1142
1143     } while (Visited.insert(Ptr).second);
1144
1145     return false;
1146   }
1147
1148   void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const override {
1149     for (DbgDeclareInst *DDI : DDIs)
1150       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1151         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
1152       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
1153         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
1154     for (DbgValueInst *DVI : DVIs) {
1155       Value *Arg = nullptr;
1156       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1157         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
1158         // may be zapped by an optimization pass in future.
1159         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
1160           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
1161         else if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
1162           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
1163         if (!Arg)
1164           Arg = SI->getValueOperand();
1165       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
1166         Arg = LI->getPointerOperand();
1167       } else {
1168         continue;
1169       }
1170       DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DVI->getVariable(),
1171                                   DVI->getExpression(), DVI->getDebugLoc(),
1172                                   Inst);
1173     }
1174   }
1175 };
1176 } // end anon namespace
1177
1178 namespace {
1179 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
1180 ///
1181 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
1182 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
1183 /// a few steps to this process.
1184 ///
1185 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
1186 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
1187 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
1188 ///    as necessary and try to isolate individual scalar accesses.
1189 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
1190 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
1191 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
1192 ///    select to be a PHI or select of the results.
1193 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
1194 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
1195 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
1196 ///    SSA vector values.
1197 class SROA : public FunctionPass {
1198   const bool RequiresDomTree;
1199
1200   LLVMContext *C;
1201   DominatorTree *DT;
1202   AssumptionCache *AC;
1203
1204   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
1205   ///
1206   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
1207   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
1208   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
1209   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
1210   /// already present to ensure it is re-visited.
1211   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16>> Worklist;
1212
1213   /// \brief A collection of instructions to delete.
1214   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
1215   /// efficient.
1216   SetVector<Instruction *, SmallVector<Instruction *, 8>> DeadInsts;
1217
1218   /// \brief Post-promotion worklist.
1219   ///
1220   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
1221   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
1222   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
1223   ///
1224   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
1225   /// the event they are deleted.
1226   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16>> PostPromotionWorklist;
1227
1228   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
1229   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
1230
1231   /// \brief A worklist of PHIs to speculate prior to promoting allocas.
1232   ///
1233   /// All of these PHIs have been checked for the safety of speculation and by
1234   /// being speculated will allow promoting allocas currently in the promotable
1235   /// queue.
1236   SetVector<PHINode *, SmallVector<PHINode *, 2>> SpeculatablePHIs;
1237
1238   /// \brief A worklist of select instructions to speculate prior to promoting
1239   /// allocas.
1240   ///
1241   /// All of these select instructions have been checked for the safety of
1242   /// speculation and by being speculated will allow promoting allocas
1243   /// currently in the promotable queue.
1244   SetVector<SelectInst *, SmallVector<SelectInst *, 2>> SpeculatableSelects;
1245
1246 public:
1247   SROA(bool RequiresDomTree = true)
1248       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree), C(nullptr),
1249         DT(nullptr) {
1250     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1251   }
1252   bool runOnFunction(Function &F) override;
1253   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
1254
1255   const char *getPassName() const override { return "SROA"; }
1256   static char ID;
1257
1258 private:
1259   friend class PHIOrSelectSpeculator;
1260   friend class AllocaSliceRewriter;
1261
1262   bool presplitLoadsAndStores(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS);
1263   AllocaInst *rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS,
1264                                AllocaSlices::Partition &P);
1265   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS);
1266   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
1267   void clobberUse(Use &U);
1268   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSetImpl<AllocaInst *> &DeletedAllocas);
1269   bool promoteAllocas(Function &F);
1270 };
1271 }
1272
1273 char SROA::ID = 0;
1274
1275 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
1276   return new SROA(RequiresDomTree);
1277 }
1278
1279 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates", false,
1280                       false)
1281 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
1282 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
1283 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates", false,
1284                     false)
1285
1286 /// Walk the range of a partitioning looking for a common type to cover this
1287 /// sequence of slices.
1288 static Type *findCommonType(AllocaSlices::const_iterator B,
1289                             AllocaSlices::const_iterator E,
1290                             uint64_t EndOffset) {
1291   Type *Ty = nullptr;
1292   bool TyIsCommon = true;
1293   IntegerType *ITy = nullptr;
1294
1295   // Note that we need to look at *every* alloca slice's Use to ensure we
1296   // always get consistent results regardless of the order of slices.
1297   for (AllocaSlices::const_iterator I = B; I != E; ++I) {
1298     Use *U = I->getUse();
1299     if (isa<IntrinsicInst>(*U->getUser()))
1300       continue;
1301     if (I->beginOffset() != B->beginOffset() || I->endOffset() != EndOffset)
1302       continue;
1303
1304     Type *UserTy = nullptr;
1305     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1306       UserTy = LI->getType();
1307     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1308       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1309     }
1310
1311     if (IntegerType *UserITy = dyn_cast_or_null<IntegerType>(UserTy)) {
1312       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
1313       // this for split integer operations where we want to use the type of the
1314       // entity causing the split. Also skip if the type is not a byte width
1315       // multiple.
1316       if (UserITy->getBitWidth() % 8 != 0 ||
1317           UserITy->getBitWidth() / 8 > (EndOffset - B->beginOffset()))
1318         continue;
1319
1320       // Track the largest bitwidth integer type used in this way in case there
1321       // is no common type.
1322       if (!ITy || ITy->getBitWidth() < UserITy->getBitWidth())
1323         ITy = UserITy;
1324     }
1325
1326     // To avoid depending on the order of slices, Ty and TyIsCommon must not
1327     // depend on types skipped above.
1328     if (!UserTy || (Ty && Ty != UserTy))
1329       TyIsCommon = false; // Give up on anything but an iN type.
1330     else
1331       Ty = UserTy;
1332   }
1333
1334   return TyIsCommon ? Ty : ITy;
1335 }
1336
1337 /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1338 /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1339 /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1340 /// From this:
1341 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1342 ///   %V = load i32* %P2
1343 /// to:
1344 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1345 ///   ...
1346 ///   %V2 = load i32* %Other
1347 ///   ...
1348 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1349 ///
1350 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1351 /// to the select can be loaded unconditionally.
1352 ///
1353 /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1354 /// Transforms/Util/Local.h
1355 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN) {
1356   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1357   // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1358   // TODO: Allow recursive phi users.
1359   // TODO: Allow stores.
1360   BasicBlock *BB = PN.getParent();
1361   unsigned MaxAlign = 0;
1362   bool HaveLoad = false;
1363   for (User *U : PN.users()) {
1364     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1365     if (!LI || !LI->isSimple())
1366       return false;
1367
1368     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1369     // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1370     // a PHI.
1371     if (LI->getParent() != BB)
1372       return false;
1373
1374     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1375     // could store.
1376     for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1377       if (BBI->mayWriteToMemory())
1378         return false;
1379
1380     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1381     HaveLoad = true;
1382   }
1383
1384   if (!HaveLoad)
1385     return false;
1386
1387   const DataLayout &DL = PN.getModule()->getDataLayout();
1388
1389   // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1390   // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1391   // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1392   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1393     TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1394     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1395
1396     // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1397     // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1398     // in the predecessor.
1399     if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1400       return false;
1401
1402     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1403     // critical.
1404     if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1405       continue;
1406
1407     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1408     // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1409     // block.
1410     if (isDereferenceablePointer(InVal, DL) ||
1411         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign))
1412       continue;
1413
1414     return false;
1415   }
1416
1417   return true;
1418 }
1419
1420 static void speculatePHINodeLoads(PHINode &PN) {
1421   DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1422
1423   Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1424   IRBuilderTy PHIBuilder(&PN);
1425   PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1426                                         PN.getName() + ".sroa.speculated");
1427
1428   // Get the AA tags and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1429   // matter which one we get and if any differ.
1430   LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1431
1432   AAMDNodes AATags;
1433   SomeLoad->getAAMetadata(AATags);
1434   unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1435
1436   // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1437   while (!PN.use_empty()) {
1438     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1439     LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1440     LI->eraseFromParent();
1441   }
1442
1443   // Inject loads into all of the pred blocks.
1444   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1445     BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1446     TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1447     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1448     IRBuilderTy PredBuilder(TI);
1449
1450     LoadInst *Load = PredBuilder.CreateLoad(
1451         InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." + Pred->getName()));
1452     ++NumLoadsSpeculated;
1453     Load->setAlignment(Align);
1454     if (AATags)
1455       Load->setAAMetadata(AATags);
1456     NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1457   }
1458
1459   DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1460   PN.eraseFromParent();
1461 }
1462
1463 /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1464 /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1465 /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1466 /// From this:
1467 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1468 ///   %V = load i32* %P2
1469 /// to:
1470 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1471 ///   %V2 = load i32* %Other
1472 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1473 ///
1474 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1475 /// to the select can be loaded unconditionally.
1476 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI) {
1477   Value *TValue = SI.getTrueValue();
1478   Value *FValue = SI.getFalseValue();
1479   const DataLayout &DL = SI.getModule()->getDataLayout();
1480   bool TDerefable = isDereferenceablePointer(TValue, DL);
1481   bool FDerefable = isDereferenceablePointer(FValue, DL);
1482
1483   for (User *U : SI.users()) {
1484     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1485     if (!LI || !LI->isSimple())
1486       return false;
1487
1488     // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1489     // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1490     // accesses to it.
1491     if (!TDerefable &&
1492         !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI, LI->getAlignment()))
1493       return false;
1494     if (!FDerefable &&
1495         !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI, LI->getAlignment()))
1496       return false;
1497   }
1498
1499   return true;
1500 }
1501
1502 static void speculateSelectInstLoads(SelectInst &SI) {
1503   DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1504
1505   IRBuilderTy IRB(&SI);
1506   Value *TV = SI.getTrueValue();
1507   Value *FV = SI.getFalseValue();
1508   // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1509   while (!SI.use_empty()) {
1510     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI.user_back());
1511     assert(LI->isSimple() && "We only speculate simple loads");
1512
1513     IRB.SetInsertPoint(LI);
1514     LoadInst *TL =
1515         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1516     LoadInst *FL =
1517         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1518     NumLoadsSpeculated += 2;
1519
1520     // Transfer alignment and AA info if present.
1521     TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1522     FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1523
1524     AAMDNodes Tags;
1525     LI->getAAMetadata(Tags);
1526     if (Tags) {
1527       TL->setAAMetadata(Tags);
1528       FL->setAAMetadata(Tags);
1529     }
1530
1531     Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1532                                 LI->getName() + ".sroa.speculated");
1533
1534     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1535     LI->replaceAllUsesWith(V);
1536     LI->eraseFromParent();
1537   }
1538   SI.eraseFromParent();
1539 }
1540
1541 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1542 ///
1543 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1544 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1545 static Value *buildGEP(IRBuilderTy &IRB, Value *BasePtr,
1546                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices, Twine NamePrefix) {
1547   if (Indices.empty())
1548     return BasePtr;
1549
1550   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1551   // in that case.
1552   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1553     return BasePtr;
1554
1555   return IRB.CreateInBoundsGEP(nullptr, BasePtr, Indices,
1556                                NamePrefix + "sroa_idx");
1557 }
1558
1559 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1560 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1561 ///
1562 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1563 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1564 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1565 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1566 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1567 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1568 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1569                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1570                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1571                                     Twine NamePrefix) {
1572   if (Ty == TargetTy)
1573     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1574
1575   // Pointer size to use for the indices.
1576   unsigned PtrSize = DL.getPointerTypeSizeInBits(BasePtr->getType());
1577
1578   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1579   // type.
1580   unsigned NumLayers = 0;
1581   Type *ElementTy = Ty;
1582   do {
1583     if (ElementTy->isPointerTy())
1584       break;
1585
1586     if (ArrayType *ArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(ElementTy)) {
1587       ElementTy = ArrayTy->getElementType();
1588       Indices.push_back(IRB.getIntN(PtrSize, 0));
1589     } else if (VectorType *VectorTy = dyn_cast<VectorType>(ElementTy)) {
1590       ElementTy = VectorTy->getElementType();
1591       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1592     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1593       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1594         break; // Nothing left to descend into.
1595       ElementTy = *STy->element_begin();
1596       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1597     } else {
1598       break;
1599     }
1600     ++NumLayers;
1601   } while (ElementTy != TargetTy);
1602   if (ElementTy != TargetTy)
1603     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1604
1605   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1606 }
1607
1608 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1609 ///
1610 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1611 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1612 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1613                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1614                                        Type *TargetTy,
1615                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1616                                        Twine NamePrefix) {
1617   if (Offset == 0)
1618     return getNaturalGEPWithType(IRB, DL, Ptr, Ty, TargetTy, Indices,
1619                                  NamePrefix);
1620
1621   // We can't recurse through pointer types.
1622   if (Ty->isPointerTy())
1623     return nullptr;
1624
1625   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1626   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1627   // over a vector from the IR completely.
1628   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1629     unsigned ElementSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1630     if (ElementSizeInBits % 8 != 0) {
1631       // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1632       return nullptr;
1633     }
1634     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1635     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1636     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1637       return nullptr;
1638     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1639     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1640     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, VecTy->getElementType(),
1641                                     Offset, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1642   }
1643
1644   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1645     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1646     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1647     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1648     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1649       return nullptr;
1650
1651     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1652     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1653     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1654                                     Indices, NamePrefix);
1655   }
1656
1657   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1658   if (!STy)
1659     return nullptr;
1660
1661   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1662   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1663   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1664     return nullptr;
1665   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1666   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1667   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1668   if (Offset.uge(DL.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1669     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
1670
1671   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1672   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1673                                   Indices, NamePrefix);
1674 }
1675
1676 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1677 /// resulting in a particular type.
1678 ///
1679 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1680 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1681 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1682 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1683 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1684 ///
1685 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1686 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1687                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1688                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1689                                       Twine NamePrefix) {
1690   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1691
1692   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1693   // an i8.
1694   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy(Ty->getAddressSpace()) && TargetTy->isIntegerTy(8))
1695     return nullptr;
1696
1697   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1698   if (!ElementTy->isSized())
1699     return nullptr; // We can't GEP through an unsized element.
1700   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1701   if (ElementSize == 0)
1702     return nullptr; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1703   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1704
1705   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1706   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1707   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1708                                   Indices, NamePrefix);
1709 }
1710
1711 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1712 /// resulting pointer has PointerTy.
1713 ///
1714 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1715 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1716 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1717 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1718 /// bitcast to the type.
1719 ///
1720 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1721 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1722 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1723 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1724 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1725 /// surrounding code.
1726 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL, Value *Ptr,
1727                              APInt Offset, Type *PointerTy, Twine NamePrefix) {
1728   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1729   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1730   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1731   Visited.insert(Ptr);
1732   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1733
1734   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1735   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1736   // fall back to it, so keep it and the base it was computed from around here.
1737   Value *OffsetPtr = nullptr;
1738   Value *OffsetBasePtr;
1739
1740   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1741   // byte offset.
1742   Value *Int8Ptr = nullptr;
1743   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1744
1745   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1746
1747   do {
1748     // First fold any existing GEPs into the offset.
1749     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1750       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1751       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
1752         break;
1753       Offset += GEPOffset;
1754       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1755       if (!Visited.insert(Ptr).second)
1756         break;
1757     }
1758
1759     // See if we can perform a natural GEP here.
1760     Indices.clear();
1761     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, DL, Ptr, Offset, TargetTy,
1762                                            Indices, NamePrefix)) {
1763       // If we have a new natural pointer at the offset, clear out any old
1764       // offset pointer we computed. Unless it is the base pointer or
1765       // a non-instruction, we built a GEP we don't need. Zap it.
1766       if (OffsetPtr && OffsetPtr != OffsetBasePtr)
1767         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr)) {
1768           assert(I->use_empty() && "Built a GEP with uses some how!");
1769           I->eraseFromParent();
1770         }
1771       OffsetPtr = P;
1772       OffsetBasePtr = Ptr;
1773       // If we also found a pointer of the right type, we're done.
1774       if (P->getType() == PointerTy)
1775         return P;
1776     }
1777
1778     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1779     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1780       Int8Ptr = Ptr;
1781       Int8PtrOffset = Offset;
1782     }
1783
1784     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1785     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1786       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1787     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1788       if (GA->mayBeOverridden())
1789         break;
1790       Ptr = GA->getAliasee();
1791     } else {
1792       break;
1793     }
1794     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1795   } while (Visited.insert(Ptr).second);
1796
1797   if (!OffsetPtr) {
1798     if (!Int8Ptr) {
1799       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(
1800           Ptr, IRB.getInt8PtrTy(PointerTy->getPointerAddressSpace()),
1801           NamePrefix + "sroa_raw_cast");
1802       Int8PtrOffset = Offset;
1803     }
1804
1805     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0
1806                     ? Int8Ptr
1807                     : IRB.CreateInBoundsGEP(IRB.getInt8Ty(), Int8Ptr,
1808                                             IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1809                                             NamePrefix + "sroa_raw_idx");
1810   }
1811   Ptr = OffsetPtr;
1812
1813   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1814   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1815     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, NamePrefix + "sroa_cast");
1816
1817   return Ptr;
1818 }
1819
1820 /// \brief Compute the adjusted alignment for a load or store from an offset.
1821 static unsigned getAdjustedAlignment(Instruction *I, uint64_t Offset,
1822                                      const DataLayout &DL) {
1823   unsigned Alignment;
1824   Type *Ty;
1825   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
1826     Alignment = LI->getAlignment();
1827     Ty = LI->getType();
1828   } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
1829     Alignment = SI->getAlignment();
1830     Ty = SI->getValueOperand()->getType();
1831   } else {
1832     llvm_unreachable("Only loads and stores are allowed!");
1833   }
1834
1835   if (!Alignment)
1836     Alignment = DL.getABITypeAlignment(Ty);
1837
1838   return MinAlign(Alignment, Offset);
1839 }
1840
1841 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1842 ///
1843 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1844 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1845 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1846 /// underlying value, and convert that value.
1847 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1848   if (OldTy == NewTy)
1849     return true;
1850
1851   // For integer types, we can't handle any bit-width differences. This would
1852   // break both vector conversions with extension and introduce endianness
1853   // issues when in conjunction with loads and stores.
1854   if (isa<IntegerType>(OldTy) && isa<IntegerType>(NewTy)) {
1855     assert(cast<IntegerType>(OldTy)->getBitWidth() !=
1856                cast<IntegerType>(NewTy)->getBitWidth() &&
1857            "We can't have the same bitwidth for different int types");
1858     return false;
1859   }
1860
1861   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1862     return false;
1863   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1864     return false;
1865
1866   // We can convert pointers to integers and vice-versa. Same for vectors
1867   // of pointers and integers.
1868   OldTy = OldTy->getScalarType();
1869   NewTy = NewTy->getScalarType();
1870   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1871     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
1872       return true;
1873     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
1874       return true;
1875     return false;
1876   }
1877
1878   return true;
1879 }
1880
1881 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1882 /// type.
1883 ///
1884 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1885 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1886 /// two types for viability with this routine.
1887 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1888                            Type *NewTy) {
1889   Type *OldTy = V->getType();
1890   assert(canConvertValue(DL, OldTy, NewTy) && "Value not convertable to type");
1891
1892   if (OldTy == NewTy)
1893     return V;
1894
1895   assert(!(isa<IntegerType>(OldTy) && isa<IntegerType>(NewTy)) &&
1896          "Integer types must be the exact same to convert.");
1897
1898   // See if we need inttoptr for this type pair. A cast involving both scalars
1899   // and vectors requires and additional bitcast.
1900   if (OldTy->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1901       NewTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
1902     // Expand <2 x i32> to i8* --> <2 x i32> to i64 to i8*
1903     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1904       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1905                                 NewTy);
1906
1907     // Expand i128 to <2 x i8*> --> i128 to <2 x i64> to <2 x i8*>
1908     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1909       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1910                                 NewTy);
1911
1912     return IRB.CreateIntToPtr(V, NewTy);
1913   }
1914
1915   // See if we need ptrtoint for this type pair. A cast involving both scalars
1916   // and vectors requires and additional bitcast.
1917   if (OldTy->getScalarType()->isPointerTy() &&
1918       NewTy->getScalarType()->isIntegerTy()) {
1919     // Expand <2 x i8*> to i128 --> <2 x i8*> to <2 x i64> to i128
1920     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1921       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1922                                NewTy);
1923
1924     // Expand i8* to <2 x i32> --> i8* to i64 to <2 x i32>
1925     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1926       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1927                                NewTy);
1928
1929     return IRB.CreatePtrToInt(V, NewTy);
1930   }
1931
1932   return IRB.CreateBitCast(V, NewTy);
1933 }
1934
1935 /// \brief Test whether the given slice use can be promoted to a vector.
1936 ///
1937 /// This function is called to test each entry in a partioning which is slated
1938 /// for a single slice.
1939 static bool isVectorPromotionViableForSlice(AllocaSlices::Partition &P,
1940                                             const Slice &S, VectorType *Ty,
1941                                             uint64_t ElementSize,
1942                                             const DataLayout &DL) {
1943   // First validate the slice offsets.
1944   uint64_t BeginOffset =
1945       std::max(S.beginOffset(), P.beginOffset()) - P.beginOffset();
1946   uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1947   if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1948       BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1949     return false;
1950   uint64_t EndOffset =
1951       std::min(S.endOffset(), P.endOffset()) - P.beginOffset();
1952   uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1953   if (EndIndex * ElementSize != EndOffset || EndIndex > Ty->getNumElements())
1954     return false;
1955
1956   assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1957   uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1958   Type *SliceTy = (NumElements == 1)
1959                       ? Ty->getElementType()
1960                       : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1961
1962   Type *SplitIntTy =
1963       Type::getIntNTy(Ty->getContext(), NumElements * ElementSize * 8);
1964
1965   Use *U = S.getUse();
1966
1967   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1968     if (MI->isVolatile())
1969       return false;
1970     if (!S.isSplittable())
1971       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1972   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1973     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1974         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1975       return false;
1976   } else if (U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1977     // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1978     return false;
1979   } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1980     if (LI->isVolatile())
1981       return false;
1982     Type *LTy = LI->getType();
1983     if (P.beginOffset() > S.beginOffset() || P.endOffset() < S.endOffset()) {
1984       assert(LTy->isIntegerTy());
1985       LTy = SplitIntTy;
1986     }
1987     if (!canConvertValue(DL, SliceTy, LTy))
1988       return false;
1989   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1990     if (SI->isVolatile())
1991       return false;
1992     Type *STy = SI->getValueOperand()->getType();
1993     if (P.beginOffset() > S.beginOffset() || P.endOffset() < S.endOffset()) {
1994       assert(STy->isIntegerTy());
1995       STy = SplitIntTy;
1996     }
1997     if (!canConvertValue(DL, STy, SliceTy))
1998       return false;
1999   } else {
2000     return false;
2001   }
2002
2003   return true;
2004 }
2005
2006 /// \brief Test whether the given alloca partitioning and range of slices can be
2007 /// promoted to a vector.
2008 ///
2009 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
2010 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
2011 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
2012 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
2013 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
2014 /// be promotable, so we have an early test here.
2015 static VectorType *isVectorPromotionViable(AllocaSlices::Partition &P,
2016                                            const DataLayout &DL) {
2017   // Collect the candidate types for vector-based promotion. Also track whether
2018   // we have different element types.
2019   SmallVector<VectorType *, 4> CandidateTys;
2020   Type *CommonEltTy = nullptr;
2021   bool HaveCommonEltTy = true;
2022   auto CheckCandidateType = [&](Type *Ty) {
2023     if (auto *VTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
2024       CandidateTys.push_back(VTy);
2025       if (!CommonEltTy)
2026         CommonEltTy = VTy->getElementType();
2027       else if (CommonEltTy != VTy->getElementType())
2028         HaveCommonEltTy = false;
2029     }
2030   };
2031   // Consider any loads or stores that are the exact size of the slice.
2032   for (const Slice &S : P)
2033     if (S.beginOffset() == P.beginOffset() &&
2034         S.endOffset() == P.endOffset()) {
2035       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(S.getUse()->getUser()))
2036         CheckCandidateType(LI->getType());
2037       else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(S.getUse()->getUser()))
2038         CheckCandidateType(SI->getValueOperand()->getType());
2039     }
2040
2041   // If we didn't find a vector type, nothing to do here.
2042   if (CandidateTys.empty())
2043     return nullptr;
2044
2045   // Remove non-integer vector types if we had multiple common element types.
2046   // FIXME: It'd be nice to replace them with integer vector types, but we can't
2047   // do that until all the backends are known to produce good code for all
2048   // integer vector types.
2049   if (!HaveCommonEltTy) {
2050     CandidateTys.erase(std::remove_if(CandidateTys.begin(), CandidateTys.end(),
2051                                       [](VectorType *VTy) {
2052                          return !VTy->getElementType()->isIntegerTy();
2053                        }),
2054                        CandidateTys.end());
2055
2056     // If there were no integer vector types, give up.
2057     if (CandidateTys.empty())
2058       return nullptr;
2059
2060     // Rank the remaining candidate vector types. This is easy because we know
2061     // they're all integer vectors. We sort by ascending number of elements.
2062     auto RankVectorTypes = [&DL](VectorType *RHSTy, VectorType *LHSTy) {
2063       assert(DL.getTypeSizeInBits(RHSTy) == DL.getTypeSizeInBits(LHSTy) &&
2064              "Cannot have vector types of different sizes!");
2065       assert(RHSTy->getElementType()->isIntegerTy() &&
2066              "All non-integer types eliminated!");
2067       assert(LHSTy->getElementType()->isIntegerTy() &&
2068              "All non-integer types eliminated!");
2069       return RHSTy->getNumElements() < LHSTy->getNumElements();
2070     };
2071     std::sort(CandidateTys.begin(), CandidateTys.end(), RankVectorTypes);
2072     CandidateTys.erase(
2073         std::unique(CandidateTys.begin(), CandidateTys.end(), RankVectorTypes),
2074         CandidateTys.end());
2075   } else {
2076 // The only way to have the same element type in every vector type is to
2077 // have the same vector type. Check that and remove all but one.
2078 #ifndef NDEBUG
2079     for (VectorType *VTy : CandidateTys) {
2080       assert(VTy->getElementType() == CommonEltTy &&
2081              "Unaccounted for element type!");
2082       assert(VTy == CandidateTys[0] &&
2083              "Different vector types with the same element type!");
2084     }
2085 #endif
2086     CandidateTys.resize(1);
2087   }
2088
2089   // Try each vector type, and return the one which works.
2090   auto CheckVectorTypeForPromotion = [&](VectorType *VTy) {
2091     uint64_t ElementSize = DL.getTypeSizeInBits(VTy->getElementType());
2092
2093     // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
2094     // that aren't byte sized.
2095     if (ElementSize % 8)
2096       return false;
2097     assert((DL.getTypeSizeInBits(VTy) % 8) == 0 &&
2098            "vector size not a multiple of element size?");
2099     ElementSize /= 8;
2100
2101     for (const Slice &S : P)
2102       if (!isVectorPromotionViableForSlice(P, S, VTy, ElementSize, DL))
2103         return false;
2104
2105     for (const Slice *S : P.splitSliceTails())
2106       if (!isVectorPromotionViableForSlice(P, *S, VTy, ElementSize, DL))
2107         return false;
2108
2109     return true;
2110   };
2111   for (VectorType *VTy : CandidateTys)
2112     if (CheckVectorTypeForPromotion(VTy))
2113       return VTy;
2114
2115   return nullptr;
2116 }
2117
2118 /// \brief Test whether a slice of an alloca is valid for integer widening.
2119 ///
2120 /// This implements the necessary checking for the \c isIntegerWideningViable
2121 /// test below on a single slice of the alloca.
2122 static bool isIntegerWideningViableForSlice(const Slice &S,
2123                                             uint64_t AllocBeginOffset,
2124                                             Type *AllocaTy,
2125                                             const DataLayout &DL,
2126                                             bool &WholeAllocaOp) {
2127   uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(AllocaTy);
2128
2129   uint64_t RelBegin = S.beginOffset() - AllocBeginOffset;
2130   uint64_t RelEnd = S.endOffset() - AllocBeginOffset;
2131
2132   // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
2133   // the end of the aloca's type and into its padding.
2134   if (RelEnd > Size)
2135     return false;
2136
2137   Use *U = S.getUse();
2138
2139   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
2140     if (LI->isVolatile())
2141       return false;
2142     // We can't handle loads that extend past the allocated memory.
2143     if (DL.getTypeStoreSize(LI->getType()) > Size)
2144       return false;
2145     // Note that we don't count vector loads or stores as whole-alloca
2146     // operations which enable integer widening because we would prefer to use
2147     // vector widening instead.
2148     if (!isa<VectorType>(LI->getType()) && RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2149       WholeAllocaOp = true;
2150     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
2151       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
2152         return false;
2153     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2154                !canConvertValue(DL, AllocaTy, LI->getType())) {
2155       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
2156       // they are promotable.
2157       return false;
2158     }
2159   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
2160     Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
2161     if (SI->isVolatile())
2162       return false;
2163     // We can't handle stores that extend past the allocated memory.
2164     if (DL.getTypeStoreSize(ValueTy) > Size)
2165       return false;
2166     // Note that we don't count vector loads or stores as whole-alloca
2167     // operations which enable integer widening because we would prefer to use
2168     // vector widening instead.
2169     if (!isa<VectorType>(ValueTy) && RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2170       WholeAllocaOp = true;
2171     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
2172       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
2173         return false;
2174     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2175                !canConvertValue(DL, ValueTy, AllocaTy)) {
2176       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
2177       // they are promotable.
2178       return false;
2179     }
2180   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
2181     if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
2182       return false;
2183     if (!S.isSplittable())
2184       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
2185   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
2186     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
2187         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
2188       return false;
2189   } else {
2190     return false;
2191   }
2192
2193   return true;
2194 }
2195
2196 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
2197 /// widened to promotable ones.
2198 ///
2199 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
2200 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
2201 /// promote the resulting alloca.
2202 static bool isIntegerWideningViable(AllocaSlices::Partition &P, Type *AllocaTy,
2203                                     const DataLayout &DL) {
2204   uint64_t SizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
2205   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
2206   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
2207     return false;
2208
2209   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
2210   if (SizeInBits != DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
2211     return false;
2212
2213   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
2214   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
2215   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
2216   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
2217   if (!canConvertValue(DL, AllocaTy, IntTy) ||
2218       !canConvertValue(DL, IntTy, AllocaTy))
2219     return false;
2220
2221   // While examining uses, we ensure that the alloca has a covering load or
2222   // store. We don't want to widen the integer operations only to fail to
2223   // promote due to some other unsplittable entry (which we may make splittable
2224   // later). However, if there are only splittable uses, go ahead and assume
2225   // that we cover the alloca.
2226   // FIXME: We shouldn't consider split slices that happen to start in the
2227   // partition here...
2228   bool WholeAllocaOp =
2229       P.begin() != P.end() ? false : DL.isLegalInteger(SizeInBits);
2230
2231   for (const Slice &S : P)
2232     if (!isIntegerWideningViableForSlice(S, P.beginOffset(), AllocaTy, DL,
2233                                          WholeAllocaOp))
2234       return false;
2235
2236   for (const Slice *S : P.splitSliceTails())
2237     if (!isIntegerWideningViableForSlice(*S, P.beginOffset(), AllocaTy, DL,
2238                                          WholeAllocaOp))
2239       return false;
2240
2241   return WholeAllocaOp;
2242 }
2243
2244 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
2245                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
2246                              const Twine &Name) {
2247   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
2248   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2249   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2250          "Element extends past full value");
2251   uint64_t ShAmt = 8 * Offset;
2252   if (DL.isBigEndian())
2253     ShAmt = 8 * (DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2254   if (ShAmt) {
2255     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
2256     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
2257   }
2258   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2259          "Cannot extract to a larger integer!");
2260   if (Ty != IntTy) {
2261     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
2262     DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
2263   }
2264   return V;
2265 }
2266
2267 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *Old,
2268                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
2269   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
2270   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
2271   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2272          "Cannot insert a larger integer!");
2273   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
2274   if (Ty != IntTy) {
2275     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
2276     DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
2277   }
2278   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2279          "Element store outside of alloca store");
2280   uint64_t ShAmt = 8 * Offset;
2281   if (DL.isBigEndian())
2282     ShAmt = 8 * (DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2283   if (ShAmt) {
2284     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
2285     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
2286   }
2287
2288   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
2289     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
2290     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
2291     DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
2292     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
2293     DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
2294   }
2295   return V;
2296 }
2297
2298 static Value *extractVector(IRBuilderTy &IRB, Value *V, unsigned BeginIndex,
2299                             unsigned EndIndex, const Twine &Name) {
2300   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
2301   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2302   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2303
2304   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
2305     return V;
2306
2307   if (NumElements == 1) {
2308     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
2309                                  Name + ".extract");
2310     DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
2311     return V;
2312   }
2313
2314   SmallVector<Constant *, 8> Mask;
2315   Mask.reserve(NumElements);
2316   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
2317     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
2318   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
2319                               ConstantVector::get(Mask), Name + ".extract");
2320   DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
2321   return V;
2322 }
2323
2324 static Value *insertVector(IRBuilderTy &IRB, Value *Old, Value *V,
2325                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
2326   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
2327   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
2328
2329   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
2330   if (!Ty) {
2331     // Single element to insert.
2332     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
2333                                 Name + ".insert");
2334     DEBUG(dbgs() << "     insert: " << *V << "\n");
2335     return V;
2336   }
2337
2338   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
2339          "Too many elements!");
2340   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
2341     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
2342     return V;
2343   }
2344   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
2345
2346   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
2347   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
2348   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
2349   // incoming vector.
2350   SmallVector<Constant *, 8> Mask;
2351   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
2352   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
2353     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
2354       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
2355     else
2356       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
2357   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
2358                               ConstantVector::get(Mask), Name + ".expand");
2359   DEBUG(dbgs() << "    shuffle: " << *V << "\n");
2360
2361   Mask.clear();
2362   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
2363     Mask.push_back(IRB.getInt1(i >= BeginIndex && i < EndIndex));
2364
2365   V = IRB.CreateSelect(ConstantVector::get(Mask), V, Old, Name + "blend");
2366
2367   DEBUG(dbgs() << "    blend: " << *V << "\n");
2368   return V;
2369 }
2370
2371 namespace {
2372 /// \brief Visitor to rewrite instructions using p particular slice of an alloca
2373 /// to use a new alloca.
2374 ///
2375 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
2376 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
2377 /// lives here.
2378 class AllocaSliceRewriter : public InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> {
2379   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2380   friend class llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
2381   typedef llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> Base;
2382
2383   const DataLayout &DL;
2384   AllocaSlices &AS;
2385   SROA &Pass;
2386   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2387   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2388   Type *NewAllocaTy;
2389
2390   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2391   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
2392   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
2393   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2394   IntegerType *IntTy;
2395
2396   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2397   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2398   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
2399   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2400   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2401   //     element.
2402   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2403   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2404   //     which are promotable via mem2reg.
2405   VectorType *VecTy;
2406   Type *ElementTy;
2407   uint64_t ElementSize;
2408
2409   // The original offset of the slice currently being rewritten relative to
2410   // the original alloca.
2411   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
2412   // The new offsets of the slice currently being rewritten relative to the
2413   // original alloca.
2414   uint64_t NewBeginOffset, NewEndOffset;
2415
2416   uint64_t SliceSize;
2417   bool IsSplittable;
2418   bool IsSplit;
2419   Use *OldUse;
2420   Instruction *OldPtr;
2421
2422   // Track post-rewrite users which are PHI nodes and Selects.
2423   SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers;
2424   SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers;
2425
2426   // Utility IR builder, whose name prefix is setup for each visited use, and
2427   // the insertion point is set to point to the user.
2428   IRBuilderTy IRB;
2429
2430 public:
2431   AllocaSliceRewriter(const DataLayout &DL, AllocaSlices &AS, SROA &Pass,
2432                       AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2433                       uint64_t NewAllocaBeginOffset,
2434                       uint64_t NewAllocaEndOffset, bool IsIntegerPromotable,
2435                       VectorType *PromotableVecTy,
2436                       SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers,
2437                       SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers)
2438       : DL(DL), AS(AS), Pass(Pass), OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2439         NewAllocaBeginOffset(NewAllocaBeginOffset),
2440         NewAllocaEndOffset(NewAllocaEndOffset),
2441         NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
2442         IntTy(IsIntegerPromotable
2443                   ? Type::getIntNTy(
2444                         NewAI.getContext(),
2445                         DL.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()))
2446                   : nullptr),
2447         VecTy(PromotableVecTy),
2448         ElementTy(VecTy ? VecTy->getElementType() : nullptr),
2449         ElementSize(VecTy ? DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8 : 0),
2450         BeginOffset(), EndOffset(), IsSplittable(), IsSplit(), OldUse(),
2451         OldPtr(), PHIUsers(PHIUsers), SelectUsers(SelectUsers),
2452         IRB(NewAI.getContext(), ConstantFolder()) {
2453     if (VecTy) {
2454       assert((DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) % 8) == 0 &&
2455              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2456       ++NumVectorized;
2457     }
2458     assert((!IntTy && !VecTy) || (IntTy && !VecTy) || (!IntTy && VecTy));
2459   }
2460
2461   bool visit(AllocaSlices::const_iterator I) {
2462     bool CanSROA = true;
2463     BeginOffset = I->beginOffset();
2464     EndOffset = I->endOffset();
2465     IsSplittable = I->isSplittable();
2466     IsSplit =
2467         BeginOffset < NewAllocaBeginOffset || EndOffset > NewAllocaEndOffset;
2468     DEBUG(dbgs() << "  rewriting " << (IsSplit ? "split " : ""));
2469     DEBUG(AS.printSlice(dbgs(), I, ""));
2470     DEBUG(dbgs() << "\n");
2471
2472     // Compute the intersecting offset range.
2473     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2474     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2475     NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2476     NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2477
2478     SliceSize = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2479
2480     OldUse = I->getUse();
2481     OldPtr = cast<Instruction>(OldUse->get());
2482
2483     Instruction *OldUserI = cast<Instruction>(OldUse->getUser());
2484     IRB.SetInsertPoint(OldUserI);
2485     IRB.SetCurrentDebugLocation(OldUserI->getDebugLoc());
2486     IRB.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) + ".");
2487
2488     CanSROA &= visit(cast<Instruction>(OldUse->getUser()));
2489     if (VecTy || IntTy)
2490       assert(CanSROA);
2491     return CanSROA;
2492   }
2493
2494 private:
2495   // Make sure the other visit overloads are visible.
2496   using Base::visit;
2497
2498   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2499   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2500     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2501     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2502   }
2503
2504   Value *getNewAllocaSlicePtr(IRBuilderTy &IRB, Type *PointerTy) {
2505     // Note that the offset computation can use BeginOffset or NewBeginOffset
2506     // interchangeably for unsplit slices.
2507     assert(IsSplit || BeginOffset == NewBeginOffset);
2508     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2509
2510 #ifndef NDEBUG
2511     StringRef OldName = OldPtr->getName();
2512     // Skip through the last '.sroa.' component of the name.
2513     size_t LastSROAPrefix = OldName.rfind(".sroa.");
2514     if (LastSROAPrefix != StringRef::npos) {
2515       OldName = OldName.substr(LastSROAPrefix + strlen(".sroa."));
2516       // Look for an SROA slice index.
2517       size_t IndexEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2518       if (IndexEnd != StringRef::npos && OldName[IndexEnd] == '.') {
2519         // Strip the index and look for the offset.
2520         OldName = OldName.substr(IndexEnd + 1);
2521         size_t OffsetEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2522         if (OffsetEnd != StringRef::npos && OldName[OffsetEnd] == '.')
2523           // Strip the offset.
2524           OldName = OldName.substr(OffsetEnd + 1);
2525       }
2526     }
2527     // Strip any SROA suffixes as well.
2528     OldName = OldName.substr(0, OldName.find(".sroa_"));
2529 #endif
2530
2531     return getAdjustedPtr(IRB, DL, &NewAI,
2532                           APInt(DL.getPointerSizeInBits(), Offset), PointerTy,
2533 #ifndef NDEBUG
2534                           Twine(OldName) + "."
2535 #else
2536                           Twine()
2537 #endif
2538                           );
2539   }
2540
2541   /// \brief Compute suitable alignment to access this slice of the *new*
2542   /// alloca.
2543   ///
2544   /// You can optionally pass a type to this routine and if that type's ABI
2545   /// alignment is itself suitable, this will return zero.
2546   unsigned getSliceAlign(Type *Ty = nullptr) {
2547     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2548     if (!NewAIAlign)
2549       NewAIAlign = DL.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2550     unsigned Align =
2551         MinAlign(NewAIAlign, NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2552     return (Ty && Align == DL.getABITypeAlignment(Ty)) ? 0 : Align;
2553   }
2554
2555   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
2556     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2557     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2558     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2559     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2560     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2561     return Index;
2562   }
2563
2564   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2565     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2566     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2567       Pass.DeadInsts.insert(I);
2568   }
2569
2570   Value *rewriteVectorizedLoadInst() {
2571     unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2572     unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2573     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2574
2575     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
2576     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2577   }
2578
2579   Value *rewriteIntegerLoad(LoadInst &LI) {
2580     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2581     assert(!LI.isVolatile());
2582     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
2583     V = convertValue(DL, IRB, V, IntTy);
2584     assert(NewBeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2585     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2586     if (Offset > 0 || NewEndOffset < NewAllocaEndOffset)
2587       V = extractInteger(DL, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2588                          "extract");
2589     return V;
2590   }
2591
2592   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2593     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2594     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2595     assert(OldOp == OldPtr);
2596
2597     Type *TargetTy = IsSplit ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), SliceSize * 8)
2598                              : LI.getType();
2599     const bool IsLoadPastEnd = DL.getTypeStoreSize(TargetTy) > SliceSize;
2600     bool IsPtrAdjusted = false;
2601     Value *V;
2602     if (VecTy) {
2603       V = rewriteVectorizedLoadInst();
2604     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2605       V = rewriteIntegerLoad(LI);
2606     } else if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2607                NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2608                (canConvertValue(DL, NewAllocaTy, TargetTy) ||
2609                 (IsLoadPastEnd && NewAllocaTy->isIntegerTy() &&
2610                  TargetTy->isIntegerTy()))) {
2611       LoadInst *NewLI = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2612                                               LI.isVolatile(), LI.getName());
2613       if (LI.isVolatile())
2614         NewLI->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSynchScope());
2615       V = NewLI;
2616
2617       // If this is an integer load past the end of the slice (which means the
2618       // bytes outside the slice are undef or this load is dead) just forcibly
2619       // fix the integer size with correct handling of endianness.
2620       if (auto *AITy = dyn_cast<IntegerType>(NewAllocaTy))
2621         if (auto *TITy = dyn_cast<IntegerType>(TargetTy))
2622           if (AITy->getBitWidth() < TITy->getBitWidth()) {
2623             V = IRB.CreateZExt(V, TITy, "load.ext");
2624             if (DL.isBigEndian())
2625               V = IRB.CreateShl(V, TITy->getBitWidth() - AITy->getBitWidth(),
2626                                 "endian_shift");
2627           }
2628     } else {
2629       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo();
2630       LoadInst *NewLI = IRB.CreateAlignedLoad(getNewAllocaSlicePtr(IRB, LTy),
2631                                               getSliceAlign(TargetTy),
2632                                               LI.isVolatile(), LI.getName());
2633       if (LI.isVolatile())
2634         NewLI->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSynchScope());
2635
2636       V = NewLI;
2637       IsPtrAdjusted = true;
2638     }
2639     V = convertValue(DL, IRB, V, TargetTy);
2640
2641     if (IsSplit) {
2642       assert(!LI.isVolatile());
2643       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2644              "Only integer type loads and stores are split");
2645       assert(SliceSize < DL.getTypeStoreSize(LI.getType()) &&
2646              "Split load isn't smaller than original load");
2647       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2648                  DL.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2649              "Non-byte-multiple bit width");
2650       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2651       IRB.SetInsertPoint(std::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2652       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2653       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2654       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2655       // LI only used for this computation.
2656       Value *Placeholder =
2657           new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo()));
2658       V = insertInteger(DL, IRB, Placeholder, V, NewBeginOffset - BeginOffset,
2659                         "insert");
2660       LI.replaceAllUsesWith(V);
2661       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2662       delete Placeholder;
2663     } else {
2664       LI.replaceAllUsesWith(V);
2665     }
2666
2667     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2668     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2669     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2670     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2671   }
2672
2673   bool rewriteVectorizedStoreInst(Value *V, StoreInst &SI, Value *OldOp) {
2674     if (V->getType() != VecTy) {
2675       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2676       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2677       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2678       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2679       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2680       Type *SliceTy = (NumElements == 1)
2681                           ? ElementTy
2682                           : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2683       if (V->getType() != SliceTy)
2684         V = convertValue(DL, IRB, V, SliceTy);
2685
2686       // Mix in the existing elements.
2687       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
2688       V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, "vec");
2689     }
2690     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2691     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2692
2693     (void)Store;
2694     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2695     return true;
2696   }
2697
2698   bool rewriteIntegerStore(Value *V, StoreInst &SI) {
2699     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2700     assert(!SI.isVolatile());
2701     if (DL.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2702       Value *Old =
2703           IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
2704       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2705       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2706       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2707       V = insertInteger(DL, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset, "insert");
2708     }
2709     V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2710     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2711     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2712     (void)Store;
2713     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2714     return true;
2715   }
2716
2717   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2718     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2719     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2720     assert(OldOp == OldPtr);
2721
2722     Value *V = SI.getValueOperand();
2723
2724     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2725     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2726     if (V->getType()->isPointerTy())
2727       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2728         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2729
2730     if (SliceSize < DL.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2731       assert(!SI.isVolatile());
2732       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2733              "Only integer type loads and stores are split");
2734       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2735                  DL.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2736              "Non-byte-multiple bit width");
2737       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), SliceSize * 8);
2738       V = extractInteger(DL, IRB, V, NarrowTy, NewBeginOffset - BeginOffset,
2739                          "extract");
2740     }
2741
2742     if (VecTy)
2743       return rewriteVectorizedStoreInst(V, SI, OldOp);
2744     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2745       return rewriteIntegerStore(V, SI);
2746
2747     const bool IsStorePastEnd = DL.getTypeStoreSize(V->getType()) > SliceSize;
2748     StoreInst *NewSI;
2749     if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2750         NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2751         (canConvertValue(DL, V->getType(), NewAllocaTy) ||
2752          (IsStorePastEnd && NewAllocaTy->isIntegerTy() &&
2753           V->getType()->isIntegerTy()))) {
2754       // If this is an integer store past the end of slice (and thus the bytes
2755       // past that point are irrelevant or this is unreachable), truncate the
2756       // value prior to storing.
2757       if (auto *VITy = dyn_cast<IntegerType>(V->getType()))
2758         if (auto *AITy = dyn_cast<IntegerType>(NewAllocaTy))
2759           if (VITy->getBitWidth() > AITy->getBitWidth()) {
2760             if (DL.isBigEndian())
2761               V = IRB.CreateLShr(V, VITy->getBitWidth() - AITy->getBitWidth(),
2762                                  "endian_shift");
2763             V = IRB.CreateTrunc(V, AITy, "load.trunc");
2764           }
2765
2766       V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2767       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2768                                      SI.isVolatile());
2769     } else {
2770       Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, V->getType()->getPointerTo());
2771       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, NewPtr, getSliceAlign(V->getType()),
2772                                      SI.isVolatile());
2773     }
2774     if (SI.isVolatile())
2775       NewSI->setAtomic(SI.getOrdering(), SI.getSynchScope());
2776     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2777     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2778
2779     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2780     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2781   }
2782
2783   /// \brief Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2784   /// number of bytes.
2785   ///
2786   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2787   /// call this routine.
2788   /// FIXME: Heed the advice above.
2789   ///
2790   /// \param V The i8 value to splat.
2791   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2792   Value *getIntegerSplat(Value *V, unsigned Size) {
2793     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2794     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2795     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2796     if (Size == 1)
2797       return V;
2798
2799     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size * 8);
2800     V = IRB.CreateMul(
2801         IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, "zext"),
2802         ConstantExpr::getUDiv(
2803             Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2804             ConstantExpr::getZExt(Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2805                                   SplatIntTy)),
2806         "isplat");
2807     return V;
2808   }
2809
2810   /// \brief Compute a vector splat for a given element value.
2811   Value *getVectorSplat(Value *V, unsigned NumElements) {
2812     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, "vsplat");
2813     DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2814     return V;
2815   }
2816
2817   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2818     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2819     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2820
2821     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2822     // pointer to the new alloca.
2823     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2824       assert(!IsSplit);
2825       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2826       II.setDest(getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()));
2827       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2828       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getSliceAlign()));
2829
2830       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2831       return false;
2832     }
2833
2834     // Record this instruction for deletion.
2835     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2836
2837     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2838     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2839
2840     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2841     // a single value type, just emit a memset.
2842     if (!VecTy && !IntTy &&
2843         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2844          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(AllocaTy) ||
2845          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2846          !DL.isLegalInteger(DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)) ||
2847          DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) % 8 != 0)) {
2848       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2849       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2850       CallInst *New = IRB.CreateMemSet(
2851           getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()), II.getValue(), Size,
2852           getSliceAlign(), II.isVolatile());
2853       (void)New;
2854       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2855       return false;
2856     }
2857
2858     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2859     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2860     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2861     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2862     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2863     Value *V;
2864
2865     if (VecTy) {
2866       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2867       assert(ElementTy == ScalarTy);
2868
2869       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2870       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2871       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2872       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2873       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2874
2875       Value *Splat =
2876           getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8);
2877       Splat = convertValue(DL, IRB, Splat, ElementTy);
2878       if (NumElements > 1)
2879         Splat = getVectorSplat(Splat, NumElements);
2880
2881       Value *Old =
2882           IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
2883       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, "vec");
2884     } else if (IntTy) {
2885       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2886       // set integer.
2887       assert(!II.isVolatile());
2888
2889       uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2890       V = getIntegerSplat(II.getValue(), Size);
2891
2892       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2893                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2894         Value *Old =
2895             IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
2896         Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2897         uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2898         V = insertInteger(DL, IRB, Old, V, Offset, "insert");
2899       } else {
2900         assert(V->getType() == IntTy &&
2901                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2902       }
2903       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2904     } else {
2905       // Established these invariants above.
2906       assert(NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2907       assert(NewEndOffset == NewAllocaEndOffset);
2908
2909       V = getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) / 8);
2910       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2911         V = getVectorSplat(V, AllocaVecTy->getNumElements());
2912
2913       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2914     }
2915
2916     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2917                                         II.isVolatile());
2918     (void)New;
2919     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2920     return !II.isVolatile();
2921   }
2922
2923   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2924     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2925     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2926
2927     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2928
2929     bool IsDest = &II.getRawDestUse() == OldUse;
2930     assert((IsDest && II.getRawDest() == OldPtr) ||
2931            (!IsDest && II.getRawSource() == OldPtr));
2932
2933     unsigned SliceAlign = getSliceAlign();
2934
2935     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2936     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2937     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2938     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2939     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2940     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2941     // update both source and dest of a single call.
2942     if (!IsSplittable) {
2943       Value *AdjustedPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2944       if (IsDest)
2945         II.setDest(AdjustedPtr);
2946       else
2947         II.setSource(AdjustedPtr);
2948
2949       if (II.getAlignment() > SliceAlign) {
2950         Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2951         II.setAlignment(
2952             ConstantInt::get(CstTy, MinAlign(II.getAlignment(), SliceAlign)));
2953       }
2954
2955       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2956       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2957       return false;
2958     }
2959     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2960     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2961     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2962     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2963     // downsides to splitting and transforming the operations.
2964
2965     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2966     // a single value type, just emit a memcpy.
2967     bool EmitMemCpy =
2968         !VecTy && !IntTy &&
2969         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2970          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(NewAI.getAllocatedType()) ||
2971          !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2972
2973     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2974     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2975     // a no-op.
2976     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2977       // Ensure the start lines up.
2978       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2979
2980       // Rewrite the size as needed.
2981       if (NewEndOffset != EndOffset)
2982         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2983                                       NewEndOffset - NewBeginOffset));
2984       return false;
2985     }
2986     // Record this instruction for deletion.
2987     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2988
2989     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2990     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2991     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2992     if (AllocaInst *AI =
2993             dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets())) {
2994       assert(AI != &OldAI && AI != &NewAI &&
2995              "Splittable transfers cannot reach the same alloca on both ends.");
2996       Pass.Worklist.insert(AI);
2997     }
2998
2999     Type *OtherPtrTy = OtherPtr->getType();
3000     unsigned OtherAS = OtherPtrTy->getPointerAddressSpace();
3001
3002     // Compute the relative offset for the other pointer within the transfer.
3003     unsigned IntPtrWidth = DL.getPointerSizeInBits(OtherAS);
3004     APInt OtherOffset(IntPtrWidth, NewBeginOffset - BeginOffset);
3005     unsigned OtherAlign = MinAlign(II.getAlignment() ? II.getAlignment() : 1,
3006                                    OtherOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue());
3007
3008     if (EmitMemCpy) {
3009       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
3010       // a single, simple GEP in most cases.
3011       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
3012                                 OtherPtr->getName() + ".");
3013
3014       Value *OurPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
3015       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
3016       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
3017
3018       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(
3019           IsDest ? OurPtr : OtherPtr, IsDest ? OtherPtr : OurPtr, Size,
3020           MinAlign(SliceAlign, OtherAlign), II.isVolatile());
3021       (void)New;
3022       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
3023       return false;
3024     }
3025
3026     bool IsWholeAlloca = NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
3027                          NewEndOffset == NewAllocaEndOffset;
3028     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
3029     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(NewBeginOffset) : 0;
3030     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(NewEndOffset) : 0;
3031     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
3032     IntegerType *SubIntTy =
3033         IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size * 8) : nullptr;
3034
3035     // Reset the other pointer type to match the register type we're going to
3036     // use, but using the address space of the original other pointer.
3037     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
3038       if (NumElements == 1)
3039         OtherPtrTy = VecTy->getElementType();
3040       else
3041         OtherPtrTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
3042
3043       OtherPtrTy = OtherPtrTy->getPointerTo(OtherAS);
3044     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
3045       OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo(OtherAS);
3046     } else {
3047       OtherPtrTy = NewAllocaTy->getPointerTo(OtherAS);
3048     }
3049
3050     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
3051                                    OtherPtr->getName() + ".");
3052     unsigned SrcAlign = OtherAlign;
3053     Value *DstPtr = &NewAI;
3054     unsigned DstAlign = SliceAlign;
3055     if (!IsDest) {
3056       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
3057       std::swap(SrcAlign, DstAlign);
3058     }
3059
3060     Value *Src;
3061     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
3062       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
3063       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, "vec");
3064     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
3065       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "load");
3066       Src = convertValue(DL, IRB, Src, IntTy);
3067       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
3068       Src = extractInteger(DL, IRB, Src, SubIntTy, Offset, "extract");
3069     } else {
3070       Src =
3071           IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, SrcAlign, II.isVolatile(), "copyload");
3072     }
3073
3074     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
3075       Value *Old =
3076           IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
3077       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, "vec");
3078     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
3079       Value *Old =
3080           IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(), "oldload");
3081       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
3082       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
3083       Src = insertInteger(DL, IRB, Old, Src, Offset, "insert");
3084       Src = convertValue(DL, IRB, Src, NewAllocaTy);
3085     }
3086
3087     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
3088         IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, DstAlign, II.isVolatile()));
3089     (void)Store;
3090     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
3091     return !II.isVolatile();
3092   }
3093
3094   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
3095     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3096            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3097     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
3098     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
3099
3100     // Record this instruction for deletion.
3101     Pass.DeadInsts.insert(&II);
3102
3103     ConstantInt *Size =
3104         ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
3105                          NewEndOffset - NewBeginOffset);
3106     Value *Ptr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
3107     Value *New;
3108     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
3109       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
3110     else
3111       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
3112
3113     (void)New;
3114     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
3115     return true;
3116   }
3117
3118   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
3119     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
3120     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "PHIs are unsplittable");
3121     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "PHIs are unsplittable");
3122
3123     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
3124     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
3125     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
3126     // dominate the PHI.
3127     IRBuilderTy PtrBuilder(IRB);
3128     if (isa<PHINode>(OldPtr))
3129       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr->getParent()->getFirstInsertionPt());
3130     else
3131       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr);
3132     PtrBuilder.SetCurrentDebugLocation(OldPtr->getDebugLoc());
3133
3134     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
3135     // Replace the operands which were using the old pointer.
3136     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
3137
3138     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
3139     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
3140
3141     // PHIs can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
3142     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
3143     // fully-rewritten alloca.
3144     PHIUsers.insert(&PN);
3145     return true;
3146   }
3147
3148   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
3149     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
3150     assert((SI.getTrueValue() == OldPtr || SI.getFalseValue() == OldPtr) &&
3151            "Pointer isn't an operand!");
3152     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Selects are unsplittable");
3153     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "Selects are unsplittable");
3154
3155     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
3156     // Replace the operands which were using the old pointer.
3157     if (SI.getOperand(1) == OldPtr)
3158       SI.setOperand(1, NewPtr);
3159     if (SI.getOperand(2) == OldPtr)
3160       SI.setOperand(2, NewPtr);
3161
3162     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
3163     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
3164
3165     // Selects can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
3166     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
3167     // fully-rewritten alloca.
3168     SelectUsers.insert(&SI);
3169     return true;
3170   }
3171 };
3172 }
3173
3174 namespace {
3175 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
3176 ///
3177 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
3178 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
3179 /// with scalar loads and stores.
3180 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
3181   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
3182   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
3183
3184   const DataLayout &DL;
3185
3186   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
3187   SmallVector<Use *, 8> Queue;
3188
3189   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
3190   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
3191
3192   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
3193   /// value (as opposed to the user).
3194   Use *U;
3195
3196 public:
3197   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
3198
3199   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
3200   /// it.
3201   bool rewrite(Instruction &I) {
3202     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
3203     enqueueUsers(I);
3204     bool Changed = false;
3205     while (!Queue.empty()) {
3206       U = Queue.pop_back_val();
3207       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
3208     }
3209     return Changed;
3210   }
3211
3212 private:
3213   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
3214   /// This uses a set to de-duplicate users.
3215   void enqueueUsers(Instruction &I) {
3216     for (Use &U : I.uses())
3217       if (Visited.insert(U.getUser()).second)
3218         Queue.push_back(&U);
3219   }
3220
3221   // Conservative default is to not rewrite anything.
3222   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
3223
3224   /// \brief Generic recursive split emission class.
3225   template <typename Derived> class OpSplitter {
3226   protected:
3227     /// The builder used to form new instructions.
3228     IRBuilderTy IRB;
3229     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
3230     /// appropriate value within the aggregate.
3231     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
3232     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
3233     /// within the aggregate.
3234     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
3235     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
3236     /// split operations.
3237     Value *Ptr;
3238
3239     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
3240     /// single zero GEP index.
3241     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3242         : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
3243
3244   public:
3245     /// \brief Generic recursive split emission routine.
3246     ///
3247     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
3248     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
3249     /// and emits that single value operation via the template argument.
3250     ///
3251     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
3252     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
3253     /// formatted differently (GEPs need actual values).
3254     ///
3255     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
3256     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
3257     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
3258     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3259       if (Ty->isSingleValueType())
3260         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
3261
3262       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3263         unsigned OldSize = Indices.size();
3264         (void)OldSize;
3265         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
3266              ++Idx) {
3267           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3268           Indices.push_back(Idx);
3269           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3270           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3271           GEPIndices.pop_back();
3272           Indices.pop_back();
3273         }
3274         return;
3275       }
3276
3277       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3278         unsigned OldSize = Indices.size();
3279         (void)OldSize;
3280         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
3281              ++Idx) {
3282           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3283           Indices.push_back(Idx);
3284           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3285           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3286           GEPIndices.pop_back();
3287           Indices.pop_back();
3288         }
3289         return;
3290       }
3291
3292       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
3293     }
3294   };
3295
3296   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
3297     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3298         : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
3299
3300     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
3301     /// recursive emission to actually load values.
3302     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3303       assert(Ty->isSingleValueType());
3304       // Load the single value and insert it using the indices.
3305       Value *GEP =
3306           IRB.CreateInBoundsGEP(nullptr, Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
3307       Value *Load = IRB.CreateLoad(GEP, Name + ".load");
3308       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
3309       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
3310     }
3311   };
3312
3313   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
3314     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
3315     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
3316       return false;
3317
3318     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
3319     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
3320     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
3321     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
3322     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
3323     LI.replaceAllUsesWith(V);
3324     LI.eraseFromParent();
3325     return true;
3326   }
3327
3328   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
3329     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
3330         : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
3331
3332     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
3333     /// recursive emission to actually produce stores.
3334     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3335       assert(Ty->isSingleValueType());
3336       // Extract the single value and store it using the indices.
3337       Value *Store = IRB.CreateStore(
3338           IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
3339           IRB.CreateInBoundsGEP(nullptr, Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
3340       (void)Store;
3341       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
3342     }
3343   };
3344
3345   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
3346     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
3347       return false;
3348     Value *V = SI.getValueOperand();
3349     if (V->getType()->isSingleValueType())
3350       return false;
3351
3352     // We have an aggregate being stored, split it apart.
3353     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
3354     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
3355     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
3356     SI.eraseFromParent();
3357     return true;
3358   }
3359
3360   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
3361     enqueueUsers(BC);
3362     return false;
3363   }
3364
3365   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
3366     enqueueUsers(GEPI);
3367     return false;
3368   }
3369
3370   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
3371     enqueueUsers(PN);
3372     return false;
3373   }
3374
3375   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
3376     enqueueUsers(SI);
3377     return false;
3378   }
3379 };
3380 }
3381
3382 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
3383 ///
3384 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
3385 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
3386 /// size or the allocated size.
3387 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
3388   if (Ty->isSingleValueType())
3389     return Ty;
3390
3391   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
3392   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
3393
3394   Type *InnerTy;
3395   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3396     InnerTy = ArrTy->getElementType();
3397   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3398     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3399     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
3400     InnerTy = STy->getElementType(Index);
3401   } else {
3402     return Ty;
3403   }
3404
3405   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
3406       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
3407     return Ty;
3408
3409   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
3410 }
3411
3412 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
3413 /// offset and size.
3414 ///
3415 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
3416 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
3417 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
3418 /// and the same for structs.
3419 ///
3420 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
3421 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
3422 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
3423 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
3424 /// return a type if necessary.
3425 static Type *getTypePartition(const DataLayout &DL, Type *Ty, uint64_t Offset,
3426                               uint64_t Size) {
3427   if (Offset == 0 && DL.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
3428     return stripAggregateTypeWrapping(DL, Ty);
3429   if (Offset > DL.getTypeAllocSize(Ty) ||
3430       (DL.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
3431     return nullptr;
3432
3433   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
3434     // We can't partition pointers...
3435     if (SeqTy->isPointerTy())
3436       return nullptr;
3437
3438     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
3439     uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3440     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
3441     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy)) {
3442       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
3443         return nullptr;
3444     } else if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy)) {
3445       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
3446         return nullptr;
3447     }
3448     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3449
3450     // First check if we need to recurse.
3451     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3452       // Bail if the partition ends in a different array element.
3453       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3454         return nullptr;
3455       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3456       return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3457     }
3458     assert(Offset == 0);
3459
3460     if (Size == ElementSize)
3461       return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3462     assert(Size > ElementSize);
3463     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3464     if (NumElements * ElementSize != Size)
3465       return nullptr;
3466     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3467   }
3468
3469   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3470   if (!STy)
3471     return nullptr;
3472
3473   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3474   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3475     return nullptr;
3476   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3477   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3478     return nullptr;
3479
3480   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3481   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3482
3483   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3484   uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3485   if (Offset >= ElementSize)
3486     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
3487
3488   // See if any partition must be contained by the element.
3489   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3490     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3491       return nullptr;
3492     return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3493   }
3494   assert(Offset == 0);
3495
3496   if (Size == ElementSize)
3497     return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3498
3499   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3500                                EE = STy->element_end();
3501   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3502     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3503     if (Index == EndIndex)
3504       return nullptr; // Within a single element and its padding.
3505
3506     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3507     // expected size.
3508     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3509     // sub-struct to find a natural end point.
3510     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3511       return nullptr;
3512
3513     assert(Index < EndIndex);
3514     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3515   }
3516
3517   // Try to build up a sub-structure.
3518   StructType *SubTy =
3519       StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE), STy->isPacked());
3520   const StructLayout *SubSL = DL.getStructLayout(SubTy);
3521   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3522     return nullptr; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3523
3524   return SubTy;
3525 }
3526
3527 /// \brief Pre-split loads and stores to simplify rewriting.
3528 ///
3529 /// We want to break up the splittable load+store pairs as much as
3530 /// possible. This is important to do as a preprocessing step, as once we
3531 /// start rewriting the accesses to partitions of the alloca we lose the
3532 /// necessary information to correctly split apart paired loads and stores
3533 /// which both point into this alloca. The case to consider is something like
3534 /// the following:
3535 ///
3536 ///   %a = alloca [12 x i8]
3537 ///   %gep1 = getelementptr [12 x i8]* %a, i32 0, i32 0
3538 ///   %gep2 = getelementptr [12 x i8]* %a, i32 0, i32 4
3539 ///   %gep3 = getelementptr [12 x i8]* %a, i32 0, i32 8
3540 ///   %iptr1 = bitcast i8* %gep1 to i64*
3541 ///   %iptr2 = bitcast i8* %gep2 to i64*
3542 ///   %fptr1 = bitcast i8* %gep1 to float*
3543 ///   %fptr2 = bitcast i8* %gep2 to float*
3544 ///   %fptr3 = bitcast i8* %gep3 to float*
3545 ///   store float 0.0, float* %fptr1
3546 ///   store float 1.0, float* %fptr2
3547 ///   %v = load i64* %iptr1
3548 ///   store i64 %v, i64* %iptr2
3549 ///   %f1 = load float* %fptr2
3550 ///   %f2 = load float* %fptr3
3551 ///
3552 /// Here we want to form 3 partitions of the alloca, each 4 bytes large, and
3553 /// promote everything so we recover the 2 SSA values that should have been
3554 /// there all along.
3555 ///
3556 /// \returns true if any changes are made.
3557 bool SROA::presplitLoadsAndStores(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS) {
3558   DEBUG(dbgs() << "Pre-splitting loads and stores\n");
3559
3560   // Track the loads and stores which are candidates for pre-splitting here, in
3561   // the order they first appear during the partition scan. These give stable
3562   // iteration order and a basis for tracking which loads and stores we
3563   // actually split.
3564   SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
3565   SmallVector<StoreInst *, 4> Stores;
3566
3567   // We need to accumulate the splits required of each load or store where we
3568   // can find them via a direct lookup. This is important to cross-check loads
3569   // and stores against each other. We also track the slice so that we can kill
3570   // all the slices that end up split.
3571   struct SplitOffsets {
3572     Slice *S;
3573     std::vector<uint64_t> Splits;
3574   };
3575   SmallDenseMap<Instruction *, SplitOffsets, 8> SplitOffsetsMap;
3576
3577   // Track loads out of this alloca which cannot, for any reason, be pre-split.
3578   // This is important as we also cannot pre-split stores of those loads!
3579   // FIXME: This is all pretty gross. It means that we can be more aggressive
3580   // in pre-splitting when the load feeding the store happens to come from
3581   // a separate alloca. Put another way, the effectiveness of SROA would be
3582   // decreased by a frontend which just concatenated all of its local allocas
3583   // into one big flat alloca. But defeating such patterns is exactly the job
3584   // SROA is tasked with! Sadly, to not have this discrepancy we would have
3585   // change store pre-splitting to actually force pre-splitting of the load
3586   // that feeds it *and all stores*. That makes pre-splitting much harder, but
3587   // maybe it would make it more principled?
3588   SmallPtrSet<LoadInst *, 8> UnsplittableLoads;
3589
3590   DEBUG(dbgs() << "  Searching for candidate loads and stores\n");
3591   for (auto &P : AS.partitions()) {
3592     for (Slice &S : P) {
3593       Instruction *I = cast<Instruction>(S.getUse()->getUser());
3594       if (!S.isSplittable() ||S.endOffset() <= P.endOffset()) {
3595         // If this was a load we have to track that it can't participate in any
3596         // pre-splitting!
3597         if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
3598           UnsplittableLoads.insert(LI);
3599         continue;
3600       }
3601       assert(P.endOffset() > S.beginOffset() &&
3602              "Empty or backwards partition!");
3603
3604       // Determine if this is a pre-splittable slice.
3605       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3606         assert(!LI->isVolatile() && "Cannot split volatile loads!");
3607
3608         // The load must be used exclusively to store into other pointers for
3609         // us to be able to arbitrarily pre-split it. The stores must also be
3610         // simple to avoid changing semantics.
3611         auto IsLoadSimplyStored = [](LoadInst *LI) {
3612           for (User *LU : LI->users()) {
3613             auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(LU);
3614             if (!SI || !SI->isSimple())
3615               return false;
3616           }
3617           return true;
3618         };
3619         if (!IsLoadSimplyStored(LI)) {
3620           UnsplittableLoads.insert(LI);
3621           continue;
3622         }
3623
3624         Loads.push_back(LI);
3625       } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(S.getUse()->getUser())) {
3626         if (!SI ||
3627             S.getUse() != &SI->getOperandUse(SI->getPointerOperandIndex()))
3628           continue;
3629         auto *StoredLoad = dyn_cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3630         if (!StoredLoad || !StoredLoad->isSimple())
3631           continue;
3632         assert(!SI->isVolatile() && "Cannot split volatile stores!");
3633
3634         Stores.push_back(SI);
3635       } else {
3636         // Other uses cannot be pre-split.
3637         continue;
3638       }
3639
3640       // Record the initial split.
3641       DEBUG(dbgs() << "    Candidate: " << *I << "\n");
3642       auto &Offsets = SplitOffsetsMap[I];
3643       assert(Offsets.Splits.empty() &&
3644              "Should not have splits the first time we see an instruction!");
3645       Offsets.S = &S;
3646       Offsets.Splits.push_back(P.endOffset() - S.beginOffset());
3647     }
3648
3649     // Now scan the already split slices, and add a split for any of them which
3650     // we're going to pre-split.
3651     for (Slice *S : P.splitSliceTails()) {
3652       auto SplitOffsetsMapI =
3653           SplitOffsetsMap.find(cast<Instruction>(S->getUse()->getUser()));
3654       if (SplitOffsetsMapI == SplitOffsetsMap.end())
3655         continue;
3656       auto &Offsets = SplitOffsetsMapI->second;
3657
3658       assert(Offsets.S == S && "Found a mismatched slice!");
3659       assert(!Offsets.Splits.empty() &&
3660              "Cannot have an empty set of splits on the second partition!");
3661       assert(Offsets.Splits.back() ==
3662                  P.beginOffset() - Offsets.S->beginOffset() &&
3663              "Previous split does not end where this one begins!");
3664
3665       // Record each split. The last partition's end isn't needed as the size
3666       // of the slice dictates that.
3667       if (S->endOffset() > P.endOffset())
3668         Offsets.Splits.push_back(P.endOffset() - Offsets.S->beginOffset());
3669     }
3670   }
3671
3672   // We may have split loads where some of their stores are split stores. For
3673   // such loads and stores, we can only pre-split them if their splits exactly
3674   // match relative to their starting offset. We have to verify this prior to
3675   // any rewriting.
3676   Stores.erase(
3677       std::remove_if(Stores.begin(), Stores.end(),
3678                      [&UnsplittableLoads, &SplitOffsetsMap](StoreInst *SI) {
3679                        // Lookup the load we are storing in our map of split
3680                        // offsets.
3681                        auto *LI = cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3682                        // If it was completely unsplittable, then we're done,
3683                        // and this store can't be pre-split.
3684                        if (UnsplittableLoads.count(LI))
3685                          return true;
3686
3687                        auto LoadOffsetsI = SplitOffsetsMap.find(LI);
3688                        if (LoadOffsetsI == SplitOffsetsMap.end())
3689                          return false; // Unrelated loads are definitely safe.
3690                        auto &LoadOffsets = LoadOffsetsI->second;
3691
3692                        // Now lookup the store's offsets.
3693                        auto &StoreOffsets = SplitOffsetsMap[SI];
3694
3695                        // If the relative offsets of each split in the load and
3696                        // store match exactly, then we can split them and we
3697                        // don't need to remove them here.
3698                        if (LoadOffsets.Splits == StoreOffsets.Splits)
3699                          return false;
3700
3701                        DEBUG(dbgs()
3702                              << "    Mismatched splits for load and store:\n"
3703                              << "      " << *LI << "\n"
3704                              << "      " << *SI << "\n");
3705
3706                        // We've found a store and load that we need to split
3707                        // with mismatched relative splits. Just give up on them
3708                        // and remove both instructions from our list of
3709                        // candidates.
3710                        UnsplittableLoads.insert(LI);
3711                        return true;
3712                      }),
3713       Stores.end());
3714   // Now we have to go *back* through all te stores, because a later store may
3715   // have caused an earlier store's load to become unsplittable and if it is
3716   // unsplittable for the later store, then we can't rely on it being split in
3717   // the earlier store either.
3718   Stores.erase(std::remove_if(Stores.begin(), Stores.end(),
3719                               [&UnsplittableLoads](StoreInst *SI) {
3720                                 auto *LI =
3721                                     cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3722                                 return UnsplittableLoads.count(LI);
3723                               }),
3724                Stores.end());
3725   // Once we've established all the loads that can't be split for some reason,
3726   // filter any that made it into our list out.
3727   Loads.erase(std::remove_if(Loads.begin(), Loads.end(),
3728                              [&UnsplittableLoads](LoadInst *LI) {
3729                                return UnsplittableLoads.count(LI);
3730                              }),
3731               Loads.end());
3732
3733
3734   // If no loads or stores are left, there is no pre-splitting to be done for
3735   // this alloca.
3736   if (Loads.empty() && Stores.empty())
3737     return false;
3738
3739   // From here on, we can't fail and will be building new accesses, so rig up
3740   // an IR builder.
3741   IRBuilderTy IRB(&AI);
3742
3743   // Collect the new slices which we will merge into the alloca slices.
3744   SmallVector<Slice, 4> NewSlices;
3745
3746   // Track any allocas we end up splitting loads and stores for so we iterate
3747   // on them.
3748   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> ResplitPromotableAllocas;
3749
3750   // At this point, we have collected all of the loads and stores we can
3751   // pre-split, and the specific splits needed for them. We actually do the
3752   // splitting in a specific order in order to handle when one of the loads in
3753   // the value operand to one of the stores.
3754   //
3755   // First, we rewrite all of the split loads, and just accumulate each split
3756   // load in a parallel structure. We also build the slices for them and append
3757   // them to the alloca slices.
3758   SmallDenseMap<LoadInst *, std::vector<LoadInst *>, 1> SplitLoadsMap;
3759   std::vector<LoadInst *> SplitLoads;
3760   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
3761   for (LoadInst *LI : Loads) {
3762     SplitLoads.clear();
3763
3764     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(LI->getType());
3765     uint64_t LoadSize = Ty->getBitWidth() / 8;
3766     assert(LoadSize > 0 && "Cannot have a zero-sized integer load!");
3767
3768     auto &Offsets = SplitOffsetsMap[LI];
3769     assert(LoadSize == Offsets.S->endOffset() - Offsets.S->beginOffset() &&
3770            "Slice size should always match load size exactly!");
3771     uint64_t BaseOffset = Offsets.S->beginOffset();
3772     assert(BaseOffset + LoadSize > BaseOffset &&
3773            "Cannot represent alloca access size using 64-bit integers!");
3774
3775     Instruction *BasePtr = cast<Instruction>(LI->getPointerOperand());
3776     IRB.SetInsertPoint(BasicBlock::iterator(LI));
3777
3778     DEBUG(dbgs() << "  Splitting load: " << *LI << "\n");
3779
3780     uint64_t PartOffset = 0, PartSize = Offsets.Splits.front();
3781     int Idx = 0, Size = Offsets.Splits.size();
3782     for (;;) {
3783       auto *PartTy = Type::getIntNTy(Ty->getContext(), PartSize * 8);
3784       auto *PartPtrTy = PartTy->getPointerTo(LI->getPointerAddressSpace());
3785       LoadInst *PLoad = IRB.CreateAlignedLoad(
3786           getAdjustedPtr(IRB, DL, BasePtr,
3787                          APInt(DL.getPointerSizeInBits(), PartOffset),
3788                          PartPtrTy, BasePtr->getName() + "."),
3789           getAdjustedAlignment(LI, PartOffset, DL), /*IsVolatile*/ false,
3790           LI->getName());
3791
3792       // Append this load onto the list of split loads so we can find it later
3793       // to rewrite the stores.
3794       SplitLoads.push_back(PLoad);
3795
3796       // Now build a new slice for the alloca.
3797       NewSlices.push_back(
3798           Slice(BaseOffset + PartOffset, BaseOffset + PartOffset + PartSize,
3799                 &PLoad->getOperandUse(PLoad->getPointerOperandIndex()),
3800                 /*IsSplittable*/ false));
3801       DEBUG(dbgs() << "    new slice [" << NewSlices.back().beginOffset()
3802                    << ", " << NewSlices.back().endOffset() << "): " << *PLoad
3803                    << "\n");
3804
3805       // See if we've handled all the splits.
3806       if (Idx >= Size)
3807         break;
3808
3809       // Setup the next partition.
3810       PartOffset = Offsets.Splits[Idx];
3811       ++Idx;
3812       PartSize = (Idx < Size ? Offsets.Splits[Idx] : LoadSize) - PartOffset;
3813     }
3814
3815     // Now that we have the split loads, do the slow walk over all uses of the
3816     // load and rewrite them as split stores, or save the split loads to use
3817     // below if the store is going to be split there anyways.
3818     bool DeferredStores = false;
3819     for (User *LU : LI->users()) {
3820       StoreInst *SI = cast<StoreInst>(LU);
3821       if (!Stores.empty() && SplitOffsetsMap.count(SI)) {
3822         DeferredStores = true;
3823         DEBUG(dbgs() << "    Deferred splitting of store: " << *SI << "\n");
3824         continue;
3825       }
3826
3827       Value *StoreBasePtr = SI->getPointerOperand();
3828       IRB.SetInsertPoint(BasicBlock::iterator(SI));
3829
3830       DEBUG(dbgs() << "    Splitting store of load: " << *SI << "\n");
3831
3832       for (int Idx = 0, Size = SplitLoads.size(); Idx < Size; ++Idx) {
3833         LoadInst *PLoad = SplitLoads[Idx];
3834         uint64_t PartOffset = Idx == 0 ? 0 : Offsets.Splits[Idx - 1];
3835         auto *PartPtrTy =
3836             PLoad->getType()->getPointerTo(SI->getPointerAddressSpace());
3837
3838         StoreInst *PStore = IRB.CreateAlignedStore(
3839             PLoad, getAdjustedPtr(IRB, DL, StoreBasePtr,
3840                                   APInt(DL.getPointerSizeInBits(), PartOffset),
3841                                   PartPtrTy, StoreBasePtr->getName() + "."),
3842             getAdjustedAlignment(SI, PartOffset, DL), /*IsVolatile*/ false);
3843         (void)PStore;
3844         DEBUG(dbgs() << "      +" << PartOffset << ":" << *PStore << "\n");
3845       }
3846
3847       // We want to immediately iterate on any allocas impacted by splitting
3848       // this store, and we have to track any promotable alloca (indicated by
3849       // a direct store) as needing to be resplit because it is no longer
3850       // promotable.
3851       if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(StoreBasePtr)) {
3852         ResplitPromotableAllocas.insert(OtherAI);
3853         Worklist.insert(OtherAI);
3854       } else if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(
3855                      StoreBasePtr->stripInBoundsOffsets())) {
3856         Worklist.insert(OtherAI);
3857       }
3858
3859       // Mark the original store as dead.
3860       DeadInsts.insert(SI);
3861     }
3862
3863     // Save the split loads if there are deferred stores among the users.
3864     if (DeferredStores)
3865       SplitLoadsMap.insert(std::make_pair(LI, std::move(SplitLoads)));
3866
3867     // Mark the original load as dead and kill the original slice.
3868     DeadInsts.insert(LI);
3869     Offsets.S->kill();
3870   }
3871
3872   // Second, we rewrite all of the split stores. At this point, we know that
3873   // all loads from this alloca have been split already. For stores of such
3874   // loads, we can simply look up the pre-existing split loads. For stores of
3875   // other loads, we split those loads first and then write split stores of
3876   // them.
3877   for (StoreInst *SI : Stores) {
3878     auto *LI = cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3879     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(LI->getType());
3880     uint64_t StoreSize = Ty->getBitWidth() / 8;
3881     assert(StoreSize > 0 && "Cannot have a zero-sized integer store!");
3882
3883     auto &Offsets = SplitOffsetsMap[SI];
3884     assert(StoreSize == Offsets.S->endOffset() - Offsets.S->beginOffset() &&
3885            "Slice size should always match load size exactly!");
3886     uint64_t BaseOffset = Offsets.S->beginOffset();
3887     assert(BaseOffset + StoreSize > BaseOffset &&
3888            "Cannot represent alloca access size using 64-bit integers!");
3889
3890     Value *LoadBasePtr = LI->getPointerOperand();
3891     Instruction *StoreBasePtr = cast<Instruction>(SI->getPointerOperand());
3892
3893     DEBUG(dbgs() << "  Splitting store: " << *SI << "\n");
3894
3895     // Check whether we have an already split load.
3896     auto SplitLoadsMapI = SplitLoadsMap.find(LI);
3897     std::vector<LoadInst *> *SplitLoads = nullptr;
3898     if (SplitLoadsMapI != SplitLoadsMap.end()) {
3899       SplitLoads = &SplitLoadsMapI->second;
3900       assert(SplitLoads->size() == Offsets.Splits.size() + 1 &&
3901              "Too few split loads for the number of splits in the store!");
3902     } else {
3903       DEBUG(dbgs() << "          of load: " << *LI << "\n");
3904     }
3905
3906     uint64_t PartOffset = 0, PartSize = Offsets.Splits.front();
3907     int Idx = 0, Size = Offsets.Splits.size();
3908     for (;;) {
3909       auto *PartTy = Type::getIntNTy(Ty->getContext(), PartSize * 8);
3910       auto *PartPtrTy = PartTy->getPointerTo(SI->getPointerAddressSpace());
3911
3912       // Either lookup a split load or create one.
3913       LoadInst *PLoad;
3914       if (SplitLoads) {
3915         PLoad = (*SplitLoads)[Idx];
3916       } else {
3917         IRB.SetInsertPoint(BasicBlock::iterator(LI));
3918         PLoad = IRB.CreateAlignedLoad(
3919             getAdjustedPtr(IRB, DL, LoadBasePtr,
3920                            APInt(DL.getPointerSizeInBits(), PartOffset),
3921                            PartPtrTy, LoadBasePtr->getName() + "."),
3922             getAdjustedAlignment(LI, PartOffset, DL), /*IsVolatile*/ false,
3923             LI->getName());
3924       }
3925
3926       // And store this partition.
3927       IRB.SetInsertPoint(BasicBlock::iterator(SI));
3928       StoreInst *PStore = IRB.CreateAlignedStore(
3929           PLoad, getAdjustedPtr(IRB, DL, StoreBasePtr,
3930                                 APInt(DL.getPointerSizeInBits(), PartOffset),
3931                                 PartPtrTy, StoreBasePtr->getName() + "."),
3932           getAdjustedAlignment(SI, PartOffset, DL), /*IsVolatile*/ false);
3933
3934       // Now build a new slice for the alloca.
3935       NewSlices.push_back(
3936           Slice(BaseOffset + PartOffset, BaseOffset + PartOffset + PartSize,
3937                 &PStore->getOperandUse(PStore->getPointerOperandIndex()),
3938                 /*IsSplittable*/ false));
3939       DEBUG(dbgs() << "    new slice [" << NewSlices.back().beginOffset()
3940                    << ", " << NewSlices.back().endOffset() << "): " << *PStore
3941                    << "\n");
3942       if (!SplitLoads) {
3943         DEBUG(dbgs() << "      of split load: " << *PLoad << "\n");
3944       }
3945
3946       // See if we've finished all the splits.
3947       if (Idx >= Size)
3948         break;
3949
3950       // Setup the next partition.
3951       PartOffset = Offsets.Splits[Idx];
3952       ++Idx;
3953       PartSize = (Idx < Size ? Offsets.Splits[Idx] : StoreSize) - PartOffset;
3954     }
3955
3956     // We want to immediately iterate on any allocas impacted by splitting
3957     // this load, which is only relevant if it isn't a load of this alloca and
3958     // thus we didn't already split the loads above. We also have to keep track
3959     // of any promotable allocas we split loads on as they can no longer be
3960     // promoted.
3961     if (!SplitLoads) {
3962       if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(LoadBasePtr)) {
3963         assert(OtherAI != &AI && "We can't re-split our own alloca!");
3964         ResplitPromotableAllocas.insert(OtherAI);
3965         Worklist.insert(OtherAI);
3966       } else if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(
3967                      LoadBasePtr->stripInBoundsOffsets())) {
3968         assert(OtherAI != &AI && "We can't re-split our own alloca!");
3969         Worklist.insert(OtherAI);
3970       }
3971     }
3972
3973     // Mark the original store as dead now that we've split it up and kill its
3974     // slice. Note that we leave the original load in place unless this store
3975     // was its ownly use. It may in turn be split up if it is an alloca load
3976     // for some other alloca, but it may be a normal load. This may introduce
3977     // redundant loads, but where those can be merged the rest of the optimizer
3978     // should handle the merging, and this uncovers SSA splits which is more
3979     // important. In practice, the original loads will almost always be fully
3980     // split and removed eventually, and the splits will be merged by any
3981     // trivial CSE, including instcombine.
3982     if (LI->hasOneUse()) {
3983       assert(*LI->user_begin() == SI && "Single use isn't this store!");
3984       DeadInsts.insert(LI);
3985     }
3986     DeadInsts.insert(SI);
3987     Offsets.S->kill();
3988   }
3989
3990   // Remove the killed slices that have ben pre-split.
3991   AS.erase(std::remove_if(AS.begin(), AS.end(), [](const Slice &S) {
3992     return S.isDead();
3993   }), AS.end());
3994
3995   // Insert our new slices. This will sort and merge them into the sorted
3996   // sequence.
3997   AS.insert(NewSlices);
3998
3999   DEBUG(dbgs() << "  Pre-split slices:\n");
4000 #ifndef NDEBUG
4001   for (auto I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
4002     DEBUG(AS.print(dbgs(), I, "    "));
4003 #endif
4004
4005   // Finally, don't try to promote any allocas that new require re-splitting.
4006   // They have already been added to the worklist above.
4007   PromotableAllocas.erase(
4008       std::remove_if(
4009           PromotableAllocas.begin(), PromotableAllocas.end(),
4010           [&](AllocaInst *AI) { return ResplitPromotableAllocas.count(AI); }),
4011       PromotableAllocas.end());
4012
4013   return true;
4014 }
4015
4016 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
4017 ///
4018 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
4019 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
4020 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
4021 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
4022 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
4023 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
4024 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
4025 /// promoted.
4026 AllocaInst *SROA::rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS,
4027                                    AllocaSlices::Partition &P) {
4028   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
4029   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
4030   // or an i8 array of an appropriate size.
4031   Type *SliceTy = nullptr;
4032   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
4033   if (Type *CommonUseTy = findCommonType(P.begin(), P.end(), P.endOffset()))
4034     if (DL.getTypeAllocSize(CommonUseTy) >= P.size())
4035       SliceTy = CommonUseTy;
4036   if (!SliceTy)
4037     if (Type *TypePartitionTy = getTypePartition(DL, AI.getAllocatedType(),
4038                                                  P.beginOffset(), P.size()))
4039       SliceTy = TypePartitionTy;
4040   if ((!SliceTy || (SliceTy->isArrayTy() &&
4041                     SliceTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
4042       DL.isLegalInteger(P.size() * 8))
4043     SliceTy = Type::getIntNTy(*C, P.size() * 8);
4044   if (!SliceTy)
4045     SliceTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), P.size());
4046   assert(DL.getTypeAllocSize(SliceTy) >= P.size());
4047
4048   bool IsIntegerPromotable = isIntegerWideningViable(P, SliceTy, DL);
4049
4050   VectorType *VecTy =
4051       IsIntegerPromotable ? nullptr : isVectorPromotionViable(P, DL);
4052   if (VecTy)
4053     SliceTy = VecTy;
4054
4055   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
4056   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
4057   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
4058   // perform phi and select speculation.
4059   AllocaInst *NewAI;
4060   if (SliceTy == AI.getAllocatedType()) {
4061     assert(P.beginOffset() == 0 &&
4062            "Non-zero begin offset but same alloca type");
4063     NewAI = &AI;
4064     // FIXME: We should be able to bail at this point with "nothing changed".
4065     // FIXME: We might want to defer PHI speculation until after here.
4066     // FIXME: return nullptr;
4067   } else {
4068     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
4069     if (!Alignment) {
4070       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
4071       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
4072       // type.
4073       Alignment = DL.getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
4074     }
4075     Alignment = MinAlign(Alignment, P.beginOffset());
4076     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
4077     // the alloca's alignment unconstrained.
4078     if (Alignment <= DL.getABITypeAlignment(SliceTy))
4079       Alignment = 0;
4080     NewAI = new AllocaInst(
4081         SliceTy, nullptr, Alignment,
4082         AI.getName() + ".sroa." + Twine(P.begin() - AS.begin()), &AI);
4083     ++NumNewAllocas;
4084   }
4085
4086   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
4087                << "[" << P.beginOffset() << "," << P.endOffset()
4088                << ") to: " << *NewAI << "\n");
4089
4090   // Track the high watermark on the worklist as it is only relevant for
4091   // promoted allocas. We will reset it to this point if the alloca is not in
4092   // fact scheduled for promotion.
4093   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
4094   unsigned NumUses = 0;
4095   SmallPtrSet<PHINode *, 8> PHIUsers;
4096   SmallPtrSet<SelectInst *, 8> SelectUsers;
4097
4098   AllocaSliceRewriter Rewriter(DL, AS, *this, AI, *NewAI, P.beginOffset(),
4099                                P.endOffset(), IsIntegerPromotable, VecTy,
4100                                PHIUsers, SelectUsers);
4101   bool Promotable = true;
4102   for (Slice *S : P.splitSliceTails()) {
4103     Promotable &= Rewriter.visit(S);
4104     ++NumUses;
4105   }
4106   for (Slice &S : P) {
4107     Promotable &= Rewriter.visit(&S);
4108     ++NumUses;
4109   }
4110
4111   NumAllocaPartitionUses += NumUses;
4112   MaxUsesPerAllocaPartition =
4113       std::max<unsigned>(NumUses, MaxUsesPerAllocaPartition);
4114
4115   // Now that we've processed all the slices in the new partition, check if any
4116   // PHIs or Selects would block promotion.
4117   for (SmallPtrSetImpl<PHINode *>::iterator I = PHIUsers.begin(),
4118                                             E = PHIUsers.end();
4119        I != E; ++I)
4120     if (!isSafePHIToSpeculate(**I)) {
4121       Promotable = false;
4122       PHIUsers.clear();
4123       SelectUsers.clear();
4124       break;
4125     }
4126   for (SmallPtrSetImpl<SelectInst *>::iterator I = SelectUsers.begin(),
4127                                                E = SelectUsers.end();
4128        I != E; ++I)
4129     if (!isSafeSelectToSpeculate(**I)) {
4130       Promotable = false;
4131       PHIUsers.clear();
4132       SelectUsers.clear();
4133       break;
4134     }
4135
4136   if (Promotable) {
4137     if (PHIUsers.empty() && SelectUsers.empty()) {
4138       // Promote the alloca.
4139       PromotableAllocas.push_back(NewAI);
4140     } else {
4141       // If we have either PHIs or Selects to speculate, add them to those
4142       // worklists and re-queue the new alloca so that we promote in on the
4143       // next iteration.
4144       for (PHINode *PHIUser : PHIUsers)
4145         SpeculatablePHIs.insert(PHIUser);
4146       for (SelectInst *SelectUser : SelectUsers)
4147         SpeculatableSelects.insert(SelectUser);
4148       Worklist.insert(NewAI);
4149     }
4150   } else {
4151     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
4152     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
4153     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
4154     if (NewAI != &AI)
4155       Worklist.insert(NewAI);
4156
4157     // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
4158     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
4159       PostPromotionWorklist.pop_back();
4160   }
4161
4162   return NewAI;
4163 }
4164
4165 /// \brief Walks the slices of an alloca and form partitions based on them,
4166 /// rewriting each of their uses.
4167 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS) {
4168   if (AS.begin() == AS.end())
4169     return false;
4170
4171   unsigned NumPartitions = 0;
4172   bool Changed = false;
4173   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
4174
4175   // First try to pre-split loads and stores.
4176   Changed |= presplitLoadsAndStores(AI, AS);
4177
4178   // Now that we have identified any pre-splitting opportunities, mark any
4179   // splittable (non-whole-alloca) loads and stores as unsplittable. If we fail
4180   // to split these during pre-splitting, we want to force them to be
4181   // rewritten into a partition.
4182   bool IsSorted = true;
4183   for (Slice &S : AS) {
4184     if (!S.isSplittable())
4185       continue;
4186     // FIXME: We currently leave whole-alloca splittable loads and stores. This
4187     // used to be the only splittable loads and stores and we need to be
4188     // confident that the above handling of splittable loads and stores is
4189     // completely sufficient before we forcibly disable the remaining handling.
4190     if (S.beginOffset() == 0 &&
4191         S.endOffset() >= DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()))
4192       continue;
4193     if (isa<LoadInst>(S.getUse()->getUser()) ||
4194         isa<StoreInst>(S.getUse()->getUser())) {
4195       S.makeUnsplittable();
4196       IsSorted = false;
4197     }
4198   }
4199   if (!IsSorted)
4200     std::sort(AS.begin(), AS.end());
4201
4202   /// \brief Describes the allocas introduced by rewritePartition
4203   /// in order to migrate the debug info.
4204   struct Piece {
4205     AllocaInst *Alloca;
4206     uint64_t Offset;
4207     uint64_t Size;
4208     Piece(AllocaInst *AI, uint64_t O, uint64_t S)
4209       : Alloca(AI), Offset(O), Size(S) {}
4210   };
4211   SmallVector<Piece, 4> Pieces;
4212
4213   // Rewrite each partition.
4214   for (auto &P : AS.partitions()) {
4215     if (AllocaInst *NewAI = rewritePartition(AI, AS, P)) {
4216       Changed = true;
4217       if (NewAI != &AI) {
4218         uint64_t SizeOfByte = 8;
4219         uint64_t AllocaSize = DL.getTypeSizeInBits(NewAI->getAllocatedType());
4220         // Don't include any padding.
4221         uint64_t Size = std::min(AllocaSize, P.size() * SizeOfByte);
4222         Pieces.push_back(Piece(NewAI, P.beginOffset() * SizeOfByte, Size));
4223       }
4224     }
4225     ++NumPartitions;
4226   }
4227
4228   NumAllocaPartitions += NumPartitions;
4229   MaxPartitionsPerAlloca =
4230       std::max<unsigned>(NumPartitions, MaxPartitionsPerAlloca);
4231
4232   // Migrate debug information from the old alloca to the new alloca(s)
4233   // and the individial partitions.
4234   if (DbgDeclareInst *DbgDecl = FindAllocaDbgDeclare(&AI)) {
4235     auto *Var = DbgDecl->getVariable();
4236     auto *Expr = DbgDecl->getExpression();
4237     DIBuilder DIB(*AI.getParent()->getParent()->getParent(),
4238                   /*AllowUnresolved*/ false);
4239     bool IsSplit = Pieces.size() > 1;
4240     for (auto Piece : Pieces) {
4241       // Create a piece expression describing the new partition or reuse AI's
4242       // expression if there is only one partition.
4243       auto *PieceExpr = Expr;
4244       if (IsSplit || Expr->isBitPiece()) {
4245         // If this alloca is already a scalar replacement of a larger aggregate,
4246         // Piece.Offset describes the offset inside the scalar.
4247         uint64_t Offset = Expr->isBitPiece() ? Expr->getBitPieceOffset() : 0;
4248         uint64_t Start = Offset + Piece.Offset;
4249         uint64_t Size = Piece.Size;
4250         if (Expr->isBitPiece()) {
4251           uint64_t AbsEnd = Expr->getBitPieceOffset() + Expr->getBitPieceSize();
4252           if (Start >= AbsEnd)
4253             // No need to describe a SROAed padding.
4254             continue;
4255           Size = std::min(Size, AbsEnd - Start);
4256         }
4257         PieceExpr = DIB.createBitPieceExpression(Start, Size);
4258       }
4259
4260       // Remove any existing dbg.declare intrinsic describing the same alloca.
4261       if (DbgDeclareInst *OldDDI = FindAllocaDbgDeclare(Piece.Alloca))
4262         OldDDI->eraseFromParent();
4263
4264       DIB.insertDeclare(Piece.Alloca, Var, PieceExpr, DbgDecl->getDebugLoc(),
4265                         &AI);
4266     }
4267   }
4268   return Changed;
4269 }
4270
4271 /// \brief Clobber a use with undef, deleting the used value if it becomes dead.
4272 void SROA::clobberUse(Use &U) {
4273   Value *OldV = U;
4274   // Replace the use with an undef value.
4275   U = UndefValue::get(OldV->getType());
4276
4277   // Check for this making an instruction dead. We have to garbage collect
4278   // all the dead instructions to ensure the uses of any alloca end up being
4279   // minimal.
4280   if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
4281     if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
4282       DeadInsts.insert(OldI);
4283     }
4284 }
4285
4286 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
4287 ///
4288 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
4289 /// the slices of the alloca, and then hands it off to be split and
4290 /// rewritten as needed.
4291 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
4292   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
4293   ++NumAllocasAnalyzed;
4294
4295   // Special case dead allocas, as they're trivial.
4296   if (AI.use_empty()) {
4297     AI.eraseFromParent();
4298     return true;
4299   }
4300   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
4301
4302   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
4303   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
4304       DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
4305     return false;
4306
4307   bool Changed = false;
4308
4309   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
4310   // better splitting and promotion opportunities.
4311   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(DL);
4312   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
4313
4314   // Build the slices using a recursive instruction-visiting builder.
4315   AllocaSlices AS(DL, AI);
4316   DEBUG(AS.print(dbgs()));
4317   if (AS.isEscaped())
4318     return Changed;
4319
4320   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
4321   for (Instruction *DeadUser : AS.getDeadUsers()) {
4322     // Free up everything used by this instruction.
4323     for (Use &DeadOp : DeadUser->operands())
4324       clobberUse(DeadOp);
4325
4326     // Now replace the uses of this instruction.
4327     DeadUser->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(DeadUser->getType()));
4328
4329     // And mark it for deletion.
4330     DeadInsts.insert(DeadUser);
4331     Changed = true;
4332   }
4333   for (Use *DeadOp : AS.getDeadOperands()) {
4334     clobberUse(*DeadOp);
4335     Changed = true;
4336   }
4337
4338   // No slices to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
4339   if (AS.begin() == AS.end())
4340     return Changed;
4341
4342   Changed |= splitAlloca(AI, AS);
4343
4344   DEBUG(dbgs() << "  Speculating PHIs\n");
4345   while (!SpeculatablePHIs.empty())
4346     speculatePHINodeLoads(*SpeculatablePHIs.pop_back_val());
4347
4348   DEBUG(dbgs() << "  Speculating Selects\n");
4349   while (!SpeculatableSelects.empty())
4350     speculateSelectInstLoads(*SpeculatableSelects.pop_back_val());
4351
4352   return Changed;
4353 }
4354
4355 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
4356 ///
4357 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
4358 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
4359 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
4360 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
4361 ///
4362 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
4363 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
4364 void SROA::deleteDeadInstructions(
4365     SmallPtrSetImpl<AllocaInst *> &DeletedAllocas) {
4366   while (!DeadInsts.empty()) {
4367     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
4368     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
4369
4370     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
4371
4372     for (Use &Operand : I->operands())
4373       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Operand)) {
4374         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
4375         Operand = nullptr;
4376         if (isInstructionTriviallyDead(U))
4377           DeadInsts.insert(U);
4378       }
4379
4380     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I)) {
4381       DeletedAllocas.insert(AI);
4382       if (DbgDeclareInst *DbgDecl = FindAllocaDbgDeclare(AI))
4383         DbgDecl->eraseFromParent();
4384     }
4385
4386     ++NumDeleted;
4387     I->eraseFromParent();
4388   }
4389 }
4390
4391 static void enqueueUsersInWorklist(Instruction &I,
4392                                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist,
4393                                    SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Visited) {
4394   for (User *U : I.users())
4395     if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)).second)
4396       Worklist.push_back(cast<Instruction>(U));
4397 }
4398
4399 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
4400 ///
4401 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
4402 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
4403 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
4404 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
4405 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
4406 /// promotion occurred.
4407 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
4408   if (PromotableAllocas.empty())
4409     return false;
4410
4411   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
4412
4413   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
4414     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
4415     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT, nullptr, AC);
4416     PromotableAllocas.clear();
4417     return true;
4418   }
4419
4420   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
4421   SSAUpdater SSA;
4422   DIBuilder DIB(*F.getParent(), /*AllowUnresolved*/ false);
4423   SmallVector<Instruction *, 64> Insts;
4424
4425   // We need a worklist to walk the uses of each alloca.
4426   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
4427   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
4428   SmallVector<Instruction *, 32> DeadInsts;
4429
4430   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
4431     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
4432     Insts.clear();
4433     Worklist.clear();
4434     Visited.clear();
4435
4436     enqueueUsersInWorklist(*AI, Worklist, Visited);
4437
4438     while (!Worklist.empty()) {
4439       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
4440
4441       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
4442       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
4443       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
4444       // scalar values produced.
4445       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
4446         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
4447                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
4448         II->eraseFromParent();
4449         continue;
4450       }
4451
4452       // Push the loads and stores we find onto the list. SROA will already
4453       // have validated that all loads and stores are viable candidates for
4454       // promotion.
4455       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
4456         assert(LI->getType() == AI->getAllocatedType());
4457         Insts.push_back(LI);
4458         continue;
4459       }
4460       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
4461         assert(SI->getValueOperand()->getType() == AI->getAllocatedType());
4462         Insts.push_back(SI);
4463         continue;
4464       }
4465
4466       // For everything else, we know that only no-op bitcasts and GEPs will
4467       // make it this far, just recurse through them and recall them for later
4468       // removal.
4469       DeadInsts.push_back(I);
4470       enqueueUsersInWorklist(*I, Worklist, Visited);
4471     }
4472     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
4473     while (!DeadInsts.empty())
4474       DeadInsts.pop_back_val()->eraseFromParent();
4475     AI->eraseFromParent();
4476   }
4477
4478   PromotableAllocas.clear();
4479   return true;
4480 }
4481
4482 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
4483   if (skipOptnoneFunction(F))
4484     return false;
4485
4486   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
4487   C = &F.getContext();
4488   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
4489       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
4490   DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
4491   AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
4492
4493   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
4494   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = std::prev(EntryBB.end());
4495        I != E; ++I) {
4496     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
4497       Worklist.insert(AI);
4498   }
4499
4500   bool Changed = false;
4501   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
4502   // the list of promotable allocas.
4503   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
4504
4505   do {
4506     while (!Worklist.empty()) {
4507       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
4508       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
4509
4510       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
4511       // continue processing them.
4512       if (!DeletedAllocas.empty()) {
4513         auto IsInSet = [&](AllocaInst *AI) { return DeletedAllocas.count(AI); };
4514         Worklist.remove_if(IsInSet);
4515         PostPromotionWorklist.remove_if(IsInSet);
4516         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
4517                                                PromotableAllocas.end(),
4518                                                IsInSet),
4519                                 PromotableAllocas.end());
4520         DeletedAllocas.clear();
4521       }
4522     }
4523
4524     Changed |= promoteAllocas(F);
4525
4526     Worklist = PostPromotionWorklist;
4527     PostPromotionWorklist.clear();
4528   } while (!Worklist.empty());
4529
4530   return Changed;
4531 }
4532
4533 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
4534   AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
4535   if (RequiresDomTree)
4536     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
4537   AU.setPreservesCFG();
4538 }