]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm-project/llvm/lib/Transforms/Scalar/SROA.cpp
Merge llvm, clang, compiler-rt, libc++, libunwind, lld, lldb and openmp
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm-project / llvm / lib / Transforms / Scalar / SROA.cpp
1 //===- SROA.cpp - Scalar Replacement Of Aggregates ------------------------===//
2 //
3 // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4 // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5 // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6 //
7 //===----------------------------------------------------------------------===//
8 /// \file
9 /// This transformation implements the well known scalar replacement of
10 /// aggregates transformation. It tries to identify promotable elements of an
11 /// aggregate alloca, and promote them to registers. It will also try to
12 /// convert uses of an element (or set of elements) of an alloca into a vector
13 /// or bitfield-style integer scalar if appropriate.
14 ///
15 /// It works to do this with minimal slicing of the alloca so that regions
16 /// which are merely transferred in and out of external memory remain unchanged
17 /// and are not decomposed to scalar code.
18 ///
19 /// Because this also performs alloca promotion, it can be thought of as also
20 /// serving the purpose of SSA formation. The algorithm iterates on the
21 /// function until all opportunities for promotion have been realized.
22 ///
23 //===----------------------------------------------------------------------===//
24
25 #include "llvm/Transforms/Scalar/SROA.h"
26 #include "llvm/ADT/APInt.h"
27 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
28 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
29 #include "llvm/ADT/PointerIntPair.h"
30 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
31 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
32 #include "llvm/ADT/SmallBitVector.h"
33 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
34 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
35 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
36 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
37 #include "llvm/ADT/Twine.h"
38 #include "llvm/ADT/iterator.h"
39 #include "llvm/ADT/iterator_range.h"
40 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
41 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
42 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
43 #include "llvm/Analysis/PtrUseVisitor.h"
44 #include "llvm/Config/llvm-config.h"
45 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
46 #include "llvm/IR/Constant.h"
47 #include "llvm/IR/ConstantFolder.h"
48 #include "llvm/IR/Constants.h"
49 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
50 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
51 #include "llvm/IR/DebugInfoMetadata.h"
52 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
53 #include "llvm/IR/Dominators.h"
54 #include "llvm/IR/Function.h"
55 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
56 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
57 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
58 #include "llvm/IR/InstVisitor.h"
59 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
60 #include "llvm/IR/Instruction.h"
61 #include "llvm/IR/Instructions.h"
62 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
63 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
64 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
65 #include "llvm/IR/Metadata.h"
66 #include "llvm/IR/Module.h"
67 #include "llvm/IR/Operator.h"
68 #include "llvm/IR/PassManager.h"
69 #include "llvm/IR/Type.h"
70 #include "llvm/IR/Use.h"
71 #include "llvm/IR/User.h"
72 #include "llvm/IR/Value.h"
73 #include "llvm/InitializePasses.h"
74 #include "llvm/Pass.h"
75 #include "llvm/Support/Casting.h"
76 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
77 #include "llvm/Support/Compiler.h"
78 #include "llvm/Support/Debug.h"
79 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
80 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
81 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
82 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
83 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
84 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
85 #include <algorithm>
86 #include <cassert>
87 #include <chrono>
88 #include <cstddef>
89 #include <cstdint>
90 #include <cstring>
91 #include <iterator>
92 #include <string>
93 #include <tuple>
94 #include <utility>
95 #include <vector>
96
97 #ifndef NDEBUG
98 // We only use this for a debug check.
99 #include <random>
100 #endif
101
102 using namespace llvm;
103 using namespace llvm::sroa;
104
105 #define DEBUG_TYPE "sroa"
106
107 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
108 STATISTIC(NumAllocaPartitions, "Number of alloca partitions formed");
109 STATISTIC(MaxPartitionsPerAlloca, "Maximum number of partitions per alloca");
110 STATISTIC(NumAllocaPartitionUses, "Number of alloca partition uses rewritten");
111 STATISTIC(MaxUsesPerAllocaPartition, "Maximum number of uses of a partition");
112 STATISTIC(NumNewAllocas, "Number of new, smaller allocas introduced");
113 STATISTIC(NumPromoted, "Number of allocas promoted to SSA values");
114 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
115 STATISTIC(NumDeleted, "Number of instructions deleted");
116 STATISTIC(NumVectorized, "Number of vectorized aggregates");
117
118 /// Hidden option to enable randomly shuffling the slices to help uncover
119 /// instability in their order.
120 static cl::opt<bool> SROARandomShuffleSlices("sroa-random-shuffle-slices",
121                                              cl::init(false), cl::Hidden);
122
123 /// Hidden option to experiment with completely strict handling of inbounds
124 /// GEPs.
125 static cl::opt<bool> SROAStrictInbounds("sroa-strict-inbounds", cl::init(false),
126                                         cl::Hidden);
127
128 namespace {
129
130 /// A custom IRBuilder inserter which prefixes all names, but only in
131 /// Assert builds.
132 class IRBuilderPrefixedInserter : public IRBuilderDefaultInserter {
133   std::string Prefix;
134
135   const Twine getNameWithPrefix(const Twine &Name) const {
136     return Name.isTriviallyEmpty() ? Name : Prefix + Name;
137   }
138
139 public:
140   void SetNamePrefix(const Twine &P) { Prefix = P.str(); }
141
142 protected:
143   void InsertHelper(Instruction *I, const Twine &Name, BasicBlock *BB,
144                     BasicBlock::iterator InsertPt) const {
145     IRBuilderDefaultInserter::InsertHelper(I, getNameWithPrefix(Name), BB,
146                                            InsertPt);
147   }
148 };
149
150 /// Provide a type for IRBuilder that drops names in release builds.
151 using IRBuilderTy = IRBuilder<ConstantFolder, IRBuilderPrefixedInserter>;
152
153 /// A used slice of an alloca.
154 ///
155 /// This structure represents a slice of an alloca used by some instruction. It
156 /// stores both the begin and end offsets of this use, a pointer to the use
157 /// itself, and a flag indicating whether we can classify the use as splittable
158 /// or not when forming partitions of the alloca.
159 class Slice {
160   /// The beginning offset of the range.
161   uint64_t BeginOffset = 0;
162
163   /// The ending offset, not included in the range.
164   uint64_t EndOffset = 0;
165
166   /// Storage for both the use of this slice and whether it can be
167   /// split.
168   PointerIntPair<Use *, 1, bool> UseAndIsSplittable;
169
170 public:
171   Slice() = default;
172
173   Slice(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U, bool IsSplittable)
174       : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset),
175         UseAndIsSplittable(U, IsSplittable) {}
176
177   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
178   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
179
180   bool isSplittable() const { return UseAndIsSplittable.getInt(); }
181   void makeUnsplittable() { UseAndIsSplittable.setInt(false); }
182
183   Use *getUse() const { return UseAndIsSplittable.getPointer(); }
184
185   bool isDead() const { return getUse() == nullptr; }
186   void kill() { UseAndIsSplittable.setPointer(nullptr); }
187
188   /// Support for ordering ranges.
189   ///
190   /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
191   /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
192   /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
193   /// same start position.
194   bool operator<(const Slice &RHS) const {
195     if (beginOffset() < RHS.beginOffset())
196       return true;
197     if (beginOffset() > RHS.beginOffset())
198       return false;
199     if (isSplittable() != RHS.isSplittable())
200       return !isSplittable();
201     if (endOffset() > RHS.endOffset())
202       return true;
203     return false;
204   }
205
206   /// Support comparison with a single offset to allow binary searches.
207   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(const Slice &LHS,
208                                               uint64_t RHSOffset) {
209     return LHS.beginOffset() < RHSOffset;
210   }
211   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
212                                               const Slice &RHS) {
213     return LHSOffset < RHS.beginOffset();
214   }
215
216   bool operator==(const Slice &RHS) const {
217     return isSplittable() == RHS.isSplittable() &&
218            beginOffset() == RHS.beginOffset() && endOffset() == RHS.endOffset();
219   }
220   bool operator!=(const Slice &RHS) const { return !operator==(RHS); }
221 };
222
223 } // end anonymous namespace
224
225 /// Representation of the alloca slices.
226 ///
227 /// This class represents the slices of an alloca which are formed by its
228 /// various uses. If a pointer escapes, we can't fully build a representation
229 /// for the slices used and we reflect that in this structure. The uses are
230 /// stored, sorted by increasing beginning offset and with unsplittable slices
231 /// starting at a particular offset before splittable slices.
232 class llvm::sroa::AllocaSlices {
233 public:
234   /// Construct the slices of a particular alloca.
235   AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI);
236
237   /// Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
238   ///
239   /// If this is true, the slices are never fully built and should be
240   /// ignored.
241   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
242
243   /// Support for iterating over the slices.
244   /// @{
245   using iterator = SmallVectorImpl<Slice>::iterator;
246   using range = iterator_range<iterator>;
247
248   iterator begin() { return Slices.begin(); }
249   iterator end() { return Slices.end(); }
250
251   using const_iterator = SmallVectorImpl<Slice>::const_iterator;
252   using const_range = iterator_range<const_iterator>;
253
254   const_iterator begin() const { return Slices.begin(); }
255   const_iterator end() const { return Slices.end(); }
256   /// @}
257
258   /// Erase a range of slices.
259   void erase(iterator Start, iterator Stop) { Slices.erase(Start, Stop); }
260
261   /// Insert new slices for this alloca.
262   ///
263   /// This moves the slices into the alloca's slices collection, and re-sorts
264   /// everything so that the usual ordering properties of the alloca's slices
265   /// hold.
266   void insert(ArrayRef<Slice> NewSlices) {
267     int OldSize = Slices.size();
268     Slices.append(NewSlices.begin(), NewSlices.end());
269     auto SliceI = Slices.begin() + OldSize;
270     llvm::sort(SliceI, Slices.end());
271     std::inplace_merge(Slices.begin(), SliceI, Slices.end());
272   }
273
274   // Forward declare the iterator and range accessor for walking the
275   // partitions.
276   class partition_iterator;
277   iterator_range<partition_iterator> partitions();
278
279   /// Access the dead users for this alloca.
280   ArrayRef<Instruction *> getDeadUsers() const { return DeadUsers; }
281
282   /// Access the dead operands referring to this alloca.
283   ///
284   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
285   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
286   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
287   /// need to replace with undef.
288   ArrayRef<Use *> getDeadOperands() const { return DeadOperands; }
289
290 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
291   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
292   void printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
293                   StringRef Indent = "  ") const;
294   void printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
295                 StringRef Indent = "  ") const;
296   void print(raw_ostream &OS) const;
297   void dump(const_iterator I) const;
298   void dump() const;
299 #endif
300
301 private:
302   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
303   class SliceBuilder;
304
305   friend class AllocaSlices::SliceBuilder;
306
307 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
308   /// Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
309   AllocaInst &AI;
310 #endif
311
312   /// The instruction responsible for this alloca not having a known set
313   /// of slices.
314   ///
315   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
316   /// store a pointer to that here and abort trying to form slices of the
317   /// alloca. This will be null if the alloca slices are analyzed successfully.
318   Instruction *PointerEscapingInstr;
319
320   /// The slices of the alloca.
321   ///
322   /// We store a vector of the slices formed by uses of the alloca here. This
323   /// vector is sorted by increasing begin offset, and then the unsplittable
324   /// slices before the splittable ones. See the Slice inner class for more
325   /// details.
326   SmallVector<Slice, 8> Slices;
327
328   /// Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
329   ///
330   /// Note that these are not separated by slice. This is because we expect an
331   /// alloca to be completely rewritten or not rewritten at all. If rewritten,
332   /// all these instructions can simply be removed and replaced with undef as
333   /// they come from outside of the allocated space.
334   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
335
336   /// Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
337   ///
338   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
339   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
340   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
341   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
342   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
343   /// the alloca.
344   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
345 };
346
347 /// A partition of the slices.
348 ///
349 /// An ephemeral representation for a range of slices which can be viewed as
350 /// a partition of the alloca. This range represents a span of the alloca's
351 /// memory which cannot be split, and provides access to all of the slices
352 /// overlapping some part of the partition.
353 ///
354 /// Objects of this type are produced by traversing the alloca's slices, but
355 /// are only ephemeral and not persistent.
356 class llvm::sroa::Partition {
357 private:
358   friend class AllocaSlices;
359   friend class AllocaSlices::partition_iterator;
360
361   using iterator = AllocaSlices::iterator;
362
363   /// The beginning and ending offsets of the alloca for this
364   /// partition.
365   uint64_t BeginOffset = 0, EndOffset = 0;
366
367   /// The start and end iterators of this partition.
368   iterator SI, SJ;
369
370   /// A collection of split slice tails overlapping the partition.
371   SmallVector<Slice *, 4> SplitTails;
372
373   /// Raw constructor builds an empty partition starting and ending at
374   /// the given iterator.
375   Partition(iterator SI) : SI(SI), SJ(SI) {}
376
377 public:
378   /// The start offset of this partition.
379   ///
380   /// All of the contained slices start at or after this offset.
381   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
382
383   /// The end offset of this partition.
384   ///
385   /// All of the contained slices end at or before this offset.
386   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
387
388   /// The size of the partition.
389   ///
390   /// Note that this can never be zero.
391   uint64_t size() const {
392     assert(BeginOffset < EndOffset && "Partitions must span some bytes!");
393     return EndOffset - BeginOffset;
394   }
395
396   /// Test whether this partition contains no slices, and merely spans
397   /// a region occupied by split slices.
398   bool empty() const { return SI == SJ; }
399
400   /// \name Iterate slices that start within the partition.
401   /// These may be splittable or unsplittable. They have a begin offset >= the
402   /// partition begin offset.
403   /// @{
404   // FIXME: We should probably define a "concat_iterator" helper and use that
405   // to stitch together pointee_iterators over the split tails and the
406   // contiguous iterators of the partition. That would give a much nicer
407   // interface here. We could then additionally expose filtered iterators for
408   // split, unsplit, and unsplittable splices based on the usage patterns.
409   iterator begin() const { return SI; }
410   iterator end() const { return SJ; }
411   /// @}
412
413   /// Get the sequence of split slice tails.
414   ///
415   /// These tails are of slices which start before this partition but are
416   /// split and overlap into the partition. We accumulate these while forming
417   /// partitions.
418   ArrayRef<Slice *> splitSliceTails() const { return SplitTails; }
419 };
420
421 /// An iterator over partitions of the alloca's slices.
422 ///
423 /// This iterator implements the core algorithm for partitioning the alloca's
424 /// slices. It is a forward iterator as we don't support backtracking for
425 /// efficiency reasons, and re-use a single storage area to maintain the
426 /// current set of split slices.
427 ///
428 /// It is templated on the slice iterator type to use so that it can operate
429 /// with either const or non-const slice iterators.
430 class AllocaSlices::partition_iterator
431     : public iterator_facade_base<partition_iterator, std::forward_iterator_tag,
432                                   Partition> {
433   friend class AllocaSlices;
434
435   /// Most of the state for walking the partitions is held in a class
436   /// with a nice interface for examining them.
437   Partition P;
438
439   /// We need to keep the end of the slices to know when to stop.
440   AllocaSlices::iterator SE;
441
442   /// We also need to keep track of the maximum split end offset seen.
443   /// FIXME: Do we really?
444   uint64_t MaxSplitSliceEndOffset = 0;
445
446   /// Sets the partition to be empty at given iterator, and sets the
447   /// end iterator.
448   partition_iterator(AllocaSlices::iterator SI, AllocaSlices::iterator SE)
449       : P(SI), SE(SE) {
450     // If not already at the end, advance our state to form the initial
451     // partition.
452     if (SI != SE)
453       advance();
454   }
455
456   /// Advance the iterator to the next partition.
457   ///
458   /// Requires that the iterator not be at the end of the slices.
459   void advance() {
460     assert((P.SI != SE || !P.SplitTails.empty()) &&
461            "Cannot advance past the end of the slices!");
462
463     // Clear out any split uses which have ended.
464     if (!P.SplitTails.empty()) {
465       if (P.EndOffset >= MaxSplitSliceEndOffset) {
466         // If we've finished all splits, this is easy.
467         P.SplitTails.clear();
468         MaxSplitSliceEndOffset = 0;
469       } else {
470         // Remove the uses which have ended in the prior partition. This
471         // cannot change the max split slice end because we just checked that
472         // the prior partition ended prior to that max.
473         P.SplitTails.erase(llvm::remove_if(P.SplitTails,
474                                            [&](Slice *S) {
475                                              return S->endOffset() <=
476                                                     P.EndOffset;
477                                            }),
478                            P.SplitTails.end());
479         assert(llvm::any_of(P.SplitTails,
480                             [&](Slice *S) {
481                               return S->endOffset() == MaxSplitSliceEndOffset;
482                             }) &&
483                "Could not find the current max split slice offset!");
484         assert(llvm::all_of(P.SplitTails,
485                             [&](Slice *S) {
486                               return S->endOffset() <= MaxSplitSliceEndOffset;
487                             }) &&
488                "Max split slice end offset is not actually the max!");
489       }
490     }
491
492     // If P.SI is already at the end, then we've cleared the split tail and
493     // now have an end iterator.
494     if (P.SI == SE) {
495       assert(P.SplitTails.empty() && "Failed to clear the split slices!");
496       return;
497     }
498
499     // If we had a non-empty partition previously, set up the state for
500     // subsequent partitions.
501     if (P.SI != P.SJ) {
502       // Accumulate all the splittable slices which started in the old
503       // partition into the split list.
504       for (Slice &S : P)
505         if (S.isSplittable() && S.endOffset() > P.EndOffset) {
506           P.SplitTails.push_back(&S);
507           MaxSplitSliceEndOffset =
508               std::max(S.endOffset(), MaxSplitSliceEndOffset);
509         }
510
511       // Start from the end of the previous partition.
512       P.SI = P.SJ;
513
514       // If P.SI is now at the end, we at most have a tail of split slices.
515       if (P.SI == SE) {
516         P.BeginOffset = P.EndOffset;
517         P.EndOffset = MaxSplitSliceEndOffset;
518         return;
519       }
520
521       // If the we have split slices and the next slice is after a gap and is
522       // not splittable immediately form an empty partition for the split
523       // slices up until the next slice begins.
524       if (!P.SplitTails.empty() && P.SI->beginOffset() != P.EndOffset &&
525           !P.SI->isSplittable()) {
526         P.BeginOffset = P.EndOffset;
527         P.EndOffset = P.SI->beginOffset();
528         return;
529       }
530     }
531
532     // OK, we need to consume new slices. Set the end offset based on the
533     // current slice, and step SJ past it. The beginning offset of the
534     // partition is the beginning offset of the next slice unless we have
535     // pre-existing split slices that are continuing, in which case we begin
536     // at the prior end offset.
537     P.BeginOffset = P.SplitTails.empty() ? P.SI->beginOffset() : P.EndOffset;
538     P.EndOffset = P.SI->endOffset();
539     ++P.SJ;
540
541     // There are two strategies to form a partition based on whether the
542     // partition starts with an unsplittable slice or a splittable slice.
543     if (!P.SI->isSplittable()) {
544       // When we're forming an unsplittable region, it must always start at
545       // the first slice and will extend through its end.
546       assert(P.BeginOffset == P.SI->beginOffset());
547
548       // Form a partition including all of the overlapping slices with this
549       // unsplittable slice.
550       while (P.SJ != SE && P.SJ->beginOffset() < P.EndOffset) {
551         if (!P.SJ->isSplittable())
552           P.EndOffset = std::max(P.EndOffset, P.SJ->endOffset());
553         ++P.SJ;
554       }
555
556       // We have a partition across a set of overlapping unsplittable
557       // partitions.
558       return;
559     }
560
561     // If we're starting with a splittable slice, then we need to form
562     // a synthetic partition spanning it and any other overlapping splittable
563     // splices.
564     assert(P.SI->isSplittable() && "Forming a splittable partition!");
565
566     // Collect all of the overlapping splittable slices.
567     while (P.SJ != SE && P.SJ->beginOffset() < P.EndOffset &&
568            P.SJ->isSplittable()) {
569       P.EndOffset = std::max(P.EndOffset, P.SJ->endOffset());
570       ++P.SJ;
571     }
572
573     // Back upiP.EndOffset if we ended the span early when encountering an
574     // unsplittable slice. This synthesizes the early end offset of
575     // a partition spanning only splittable slices.
576     if (P.SJ != SE && P.SJ->beginOffset() < P.EndOffset) {
577       assert(!P.SJ->isSplittable());
578       P.EndOffset = P.SJ->beginOffset();
579     }
580   }
581
582 public:
583   bool operator==(const partition_iterator &RHS) const {
584     assert(SE == RHS.SE &&
585            "End iterators don't match between compared partition iterators!");
586
587     // The observed positions of partitions is marked by the P.SI iterator and
588     // the emptiness of the split slices. The latter is only relevant when
589     // P.SI == SE, as the end iterator will additionally have an empty split
590     // slices list, but the prior may have the same P.SI and a tail of split
591     // slices.
592     if (P.SI == RHS.P.SI && P.SplitTails.empty() == RHS.P.SplitTails.empty()) {
593       assert(P.SJ == RHS.P.SJ &&
594              "Same set of slices formed two different sized partitions!");
595       assert(P.SplitTails.size() == RHS.P.SplitTails.size() &&
596              "Same slice position with differently sized non-empty split "
597              "slice tails!");
598       return true;
599     }
600     return false;
601   }
602
603   partition_iterator &operator++() {
604     advance();
605     return *this;
606   }
607
608   Partition &operator*() { return P; }
609 };
610
611 /// A forward range over the partitions of the alloca's slices.
612 ///
613 /// This accesses an iterator range over the partitions of the alloca's
614 /// slices. It computes these partitions on the fly based on the overlapping
615 /// offsets of the slices and the ability to split them. It will visit "empty"
616 /// partitions to cover regions of the alloca only accessed via split
617 /// slices.
618 iterator_range<AllocaSlices::partition_iterator> AllocaSlices::partitions() {
619   return make_range(partition_iterator(begin(), end()),
620                     partition_iterator(end(), end()));
621 }
622
623 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
624   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
625   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
626   // early on.
627   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
628     return SI.getOperand(1 + CI->isZero());
629   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
630     return SI.getOperand(1);
631
632   return nullptr;
633 }
634
635 /// A helper that folds a PHI node or a select.
636 static Value *foldPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
637   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
638     // If PN merges together the same value, return that value.
639     return PN->hasConstantValue();
640   }
641   return foldSelectInst(cast<SelectInst>(I));
642 }
643
644 /// Builder for the alloca slices.
645 ///
646 /// This class builds a set of alloca slices by recursively visiting the uses
647 /// of an alloca and making a slice for each load and store at each offset.
648 class AllocaSlices::SliceBuilder : public PtrUseVisitor<SliceBuilder> {
649   friend class PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
650   friend class InstVisitor<SliceBuilder>;
651
652   using Base = PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
653
654   const uint64_t AllocSize;
655   AllocaSlices &AS;
656
657   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferSliceMap;
658   SmallDenseMap<Instruction *, uint64_t> PHIOrSelectSizes;
659
660   /// Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
661   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
662
663 public:
664   SliceBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS)
665       : PtrUseVisitor<SliceBuilder>(DL),
666         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())), AS(AS) {}
667
668 private:
669   void markAsDead(Instruction &I) {
670     if (VisitedDeadInsts.insert(&I).second)
671       AS.DeadUsers.push_back(&I);
672   }
673
674   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
675                  bool IsSplittable = false) {
676     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
677     // past the end of the allocation.
678     if (Size == 0 || Offset.uge(AllocSize)) {
679       LLVM_DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @"
680                         << Offset
681                         << " which has zero size or starts outside of the "
682                         << AllocSize << " byte alloca:\n"
683                         << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
684                         << "       use: " << I << "\n");
685       return markAsDead(I);
686     }
687
688     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
689     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
690
691     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
692     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
693     // This may appear superficially to be something we could ignore entirely,
694     // but that is not so! There may be widened loads or PHI-node uses where
695     // some instructions are dead but not others. We can't completely ignore
696     // them, and so have to record at least the information here.
697     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
698     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
699       LLVM_DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @"
700                         << Offset << " to remain within the " << AllocSize
701                         << " byte alloca:\n"
702                         << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
703                         << "       use: " << I << "\n");
704       EndOffset = AllocSize;
705     }
706
707     AS.Slices.push_back(Slice(BeginOffset, EndOffset, U, IsSplittable));
708   }
709
710   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
711     if (BC.use_empty())
712       return markAsDead(BC);
713
714     return Base::visitBitCastInst(BC);
715   }
716
717   void visitAddrSpaceCastInst(AddrSpaceCastInst &ASC) {
718     if (ASC.use_empty())
719       return markAsDead(ASC);
720
721     return Base::visitAddrSpaceCastInst(ASC);
722   }
723
724   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
725     if (GEPI.use_empty())
726       return markAsDead(GEPI);
727
728     if (SROAStrictInbounds && GEPI.isInBounds()) {
729       // FIXME: This is a manually un-factored variant of the basic code inside
730       // of GEPs with checking of the inbounds invariant specified in the
731       // langref in a very strict sense. If we ever want to enable
732       // SROAStrictInbounds, this code should be factored cleanly into
733       // PtrUseVisitor, but it is easier to experiment with SROAStrictInbounds
734       // by writing out the code here where we have the underlying allocation
735       // size readily available.
736       APInt GEPOffset = Offset;
737       const DataLayout &DL = GEPI.getModule()->getDataLayout();
738       for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI),
739                              GTE = gep_type_end(GEPI);
740            GTI != GTE; ++GTI) {
741         ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
742         if (!OpC)
743           break;
744
745         // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
746         if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
747           unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
748           const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
749           GEPOffset +=
750               APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(ElementIdx));
751         } else {
752           // For array or vector indices, scale the index by the size of the
753           // type.
754           APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth());
755           GEPOffset += Index * APInt(Offset.getBitWidth(),
756                                      DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
757         }
758
759         // If this index has computed an intermediate pointer which is not
760         // inbounds, then the result of the GEP is a poison value and we can
761         // delete it and all uses.
762         if (GEPOffset.ugt(AllocSize))
763           return markAsDead(GEPI);
764       }
765     }
766
767     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
768   }
769
770   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
771                          uint64_t Size, bool IsVolatile) {
772     // We allow splitting of non-volatile loads and stores where the type is an
773     // integer type. These may be used to implement 'memcpy' or other "transfer
774     // of bits" patterns.
775     bool IsSplittable = Ty->isIntegerTy() && !IsVolatile;
776
777     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
778   }
779
780   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
781     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
782            "All simple FCA loads should have been pre-split");
783
784     if (!IsOffsetKnown)
785       return PI.setAborted(&LI);
786
787     if (LI.isVolatile() &&
788         LI.getPointerAddressSpace() != DL.getAllocaAddrSpace())
789       return PI.setAborted(&LI);
790
791     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI.getType());
792     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, Size, LI.isVolatile());
793   }
794
795   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
796     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
797     if (ValOp == *U)
798       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
799     if (!IsOffsetKnown)
800       return PI.setAborted(&SI);
801
802     if (SI.isVolatile() &&
803         SI.getPointerAddressSpace() != DL.getAllocaAddrSpace())
804       return PI.setAborted(&SI);
805
806     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(ValOp->getType());
807
808     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
809     // bounds of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
810     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
811     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
812     // risk of overflow.
813     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
814     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
815     if (Size > AllocSize || Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
816       LLVM_DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte store @"
817                         << Offset << " which extends past the end of the "
818                         << AllocSize << " byte alloca:\n"
819                         << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
820                         << "       use: " << SI << "\n");
821       return markAsDead(SI);
822     }
823
824     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
825            "All simple FCA stores should have been pre-split");
826     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, Size, SI.isVolatile());
827   }
828
829   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
830     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
831     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
832     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
833         (IsOffsetKnown && Offset.uge(AllocSize)))
834       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
835       return markAsDead(II);
836
837     if (!IsOffsetKnown)
838       return PI.setAborted(&II);
839
840     // Don't replace this with a store with a different address space.  TODO:
841     // Use a store with the casted new alloca?
842     if (II.isVolatile() && II.getDestAddressSpace() != DL.getAllocaAddrSpace())
843       return PI.setAborted(&II);
844
845     insertUse(II, Offset, Length ? Length->getLimitedValue()
846                                  : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
847               (bool)Length);
848   }
849
850   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
851     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
852     if (Length && Length->getValue() == 0)
853       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
854       return markAsDead(II);
855
856     // Because we can visit these intrinsics twice, also check to see if the
857     // first time marked this instruction as dead. If so, skip it.
858     if (VisitedDeadInsts.count(&II))
859       return;
860
861     if (!IsOffsetKnown)
862       return PI.setAborted(&II);
863
864     // Don't replace this with a load/store with a different address space.
865     // TODO: Use a store with the casted new alloca?
866     if (II.isVolatile() &&
867         (II.getDestAddressSpace() != DL.getAllocaAddrSpace() ||
868          II.getSourceAddressSpace() != DL.getAllocaAddrSpace()))
869       return PI.setAborted(&II);
870
871     // This side of the transfer is completely out-of-bounds, and so we can
872     // nuke the entire transfer. However, we also need to nuke the other side
873     // if already added to our partitions.
874     // FIXME: Yet another place we really should bypass this when
875     // instrumenting for ASan.
876     if (Offset.uge(AllocSize)) {
877       SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI =
878           MemTransferSliceMap.find(&II);
879       if (MTPI != MemTransferSliceMap.end())
880         AS.Slices[MTPI->second].kill();
881       return markAsDead(II);
882     }
883
884     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
885     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue() : AllocSize - RawOffset;
886
887     // Check for the special case where the same exact value is used for both
888     // source and dest.
889     if (*U == II.getRawDest() && *U == II.getRawSource()) {
890       // For non-volatile transfers this is a no-op.
891       if (!II.isVolatile())
892         return markAsDead(II);
893
894       return insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/false);
895     }
896
897     // If we have seen both source and destination for a mem transfer, then
898     // they both point to the same alloca.
899     bool Inserted;
900     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI;
901     std::tie(MTPI, Inserted) =
902         MemTransferSliceMap.insert(std::make_pair(&II, AS.Slices.size()));
903     unsigned PrevIdx = MTPI->second;
904     if (!Inserted) {
905       Slice &PrevP = AS.Slices[PrevIdx];
906
907       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
908       // In that case, we can completely elide the transfer.
909       if (!II.isVolatile() && PrevP.beginOffset() == RawOffset) {
910         PrevP.kill();
911         return markAsDead(II);
912       }
913
914       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
915       // split those.
916       PrevP.makeUnsplittable();
917     }
918
919     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
920     insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/Inserted && Length);
921
922     // Check that we ended up with a valid index in the map.
923     assert(AS.Slices[PrevIdx].getUse()->getUser() == &II &&
924            "Map index doesn't point back to a slice with this user.");
925   }
926
927   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
928   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
929   // doesn't make sense.
930   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
931     if (!IsOffsetKnown)
932       return PI.setAborted(&II);
933
934     if (II.isLifetimeStartOrEnd()) {
935       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
936       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
937                                Length->getLimitedValue());
938       insertUse(II, Offset, Size, true);
939       return;
940     }
941
942     Base::visitIntrinsicInst(II);
943   }
944
945   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
946     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
947     // the same offset to be a viable use for slicing purposes. These uses
948     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
949     // size.
950     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
951     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
952     Visited.insert(Root);
953     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
954     const DataLayout &DL = Root->getModule()->getDataLayout();
955     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
956     // a size zero access.
957     Size = 0;
958     do {
959       Instruction *I, *UsedI;
960       std::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
961
962       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
963         Size = std::max(Size,
964                         DL.getTypeStoreSize(LI->getType()).getFixedSize());
965         continue;
966       }
967       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
968         Value *Op = SI->getOperand(0);
969         if (Op == UsedI)
970           return SI;
971         Size = std::max(Size,
972                         DL.getTypeStoreSize(Op->getType()).getFixedSize());
973         continue;
974       }
975
976       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
977         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
978           return GEP;
979       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
980                  !isa<SelectInst>(I) && !isa<AddrSpaceCastInst>(I)) {
981         return I;
982       }
983
984       for (User *U : I->users())
985         if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)).second)
986           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(U)));
987     } while (!Uses.empty());
988
989     return nullptr;
990   }
991
992   void visitPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
993     assert(isa<PHINode>(I) || isa<SelectInst>(I));
994     if (I.use_empty())
995       return markAsDead(I);
996
997     // TODO: We could use SimplifyInstruction here to fold PHINodes and
998     // SelectInsts. However, doing so requires to change the current
999     // dead-operand-tracking mechanism. For instance, suppose neither loading
1000     // from %U nor %other traps. Then "load (select undef, %U, %other)" does not
1001     // trap either.  However, if we simply replace %U with undef using the
1002     // current dead-operand-tracking mechanism, "load (select undef, undef,
1003     // %other)" may trap because the select may return the first operand
1004     // "undef".
1005     if (Value *Result = foldPHINodeOrSelectInst(I)) {
1006       if (Result == *U)
1007         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
1008         // through the PHI/select as if we had RAUW'ed it.
1009         enqueueUsers(I);
1010       else
1011         // Otherwise the operand to the PHI/select is dead, and we can replace
1012         // it with undef.
1013         AS.DeadOperands.push_back(U);
1014
1015       return;
1016     }
1017
1018     if (!IsOffsetKnown)
1019       return PI.setAborted(&I);
1020
1021     // See if we already have computed info on this node.
1022     uint64_t &Size = PHIOrSelectSizes[&I];
1023     if (!Size) {
1024       // This is a new PHI/Select, check for an unsafe use of it.
1025       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&I, Size))
1026         return PI.setAborted(UnsafeI);
1027     }
1028
1029     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
1030     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
1031     // case them here and use a separate structure to track the operands
1032     // themselves which should be replaced with undef.
1033     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
1034     // for address sanitization.
1035     if (Offset.uge(AllocSize)) {
1036       AS.DeadOperands.push_back(U);
1037       return;
1038     }
1039
1040     insertUse(I, Offset, Size);
1041   }
1042
1043   void visitPHINode(PHINode &PN) { visitPHINodeOrSelectInst(PN); }
1044
1045   void visitSelectInst(SelectInst &SI) { visitPHINodeOrSelectInst(SI); }
1046
1047   /// Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
1048   void visitInstruction(Instruction &I) { PI.setAborted(&I); }
1049 };
1050
1051 AllocaSlices::AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI)
1052     :
1053 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1054       AI(AI),
1055 #endif
1056       PointerEscapingInstr(nullptr) {
1057   SliceBuilder PB(DL, AI, *this);
1058   SliceBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
1059   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
1060     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
1061     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaSlices.
1062     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
1063                                                   : PtrI.getAbortingInst();
1064     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
1065     return;
1066   }
1067
1068   Slices.erase(
1069       llvm::remove_if(Slices, [](const Slice &S) { return S.isDead(); }),
1070       Slices.end());
1071
1072 #ifndef NDEBUG
1073   if (SROARandomShuffleSlices) {
1074     std::mt19937 MT(static_cast<unsigned>(
1075         std::chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count()));
1076     std::shuffle(Slices.begin(), Slices.end(), MT);
1077   }
1078 #endif
1079
1080   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
1081   // and the sizes to be in descending order.
1082   llvm::sort(Slices);
1083 }
1084
1085 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1086
1087 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1088                          StringRef Indent) const {
1089   printSlice(OS, I, Indent);
1090   OS << "\n";
1091   printUse(OS, I, Indent);
1092 }
1093
1094 void AllocaSlices::printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1095                               StringRef Indent) const {
1096   OS << Indent << "[" << I->beginOffset() << "," << I->endOffset() << ")"
1097      << " slice #" << (I - begin())
1098      << (I->isSplittable() ? " (splittable)" : "");
1099 }
1100
1101 void AllocaSlices::printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1102                             StringRef Indent) const {
1103   OS << Indent << "  used by: " << *I->getUse()->getUser() << "\n";
1104 }
1105
1106 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS) const {
1107   if (PointerEscapingInstr) {
1108     OS << "Can't analyze slices for alloca: " << AI << "\n"
1109        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
1110        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
1111     return;
1112   }
1113
1114   OS << "Slices of alloca: " << AI << "\n";
1115   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
1116     print(OS, I);
1117 }
1118
1119 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump(const_iterator I) const {
1120   print(dbgs(), I);
1121 }
1122 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump() const { print(dbgs()); }
1123
1124 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1125
1126 /// Walk the range of a partitioning looking for a common type to cover this
1127 /// sequence of slices.
1128 static Type *findCommonType(AllocaSlices::const_iterator B,
1129                             AllocaSlices::const_iterator E,
1130                             uint64_t EndOffset) {
1131   Type *Ty = nullptr;
1132   bool TyIsCommon = true;
1133   IntegerType *ITy = nullptr;
1134
1135   // Note that we need to look at *every* alloca slice's Use to ensure we
1136   // always get consistent results regardless of the order of slices.
1137   for (AllocaSlices::const_iterator I = B; I != E; ++I) {
1138     Use *U = I->getUse();
1139     if (isa<IntrinsicInst>(*U->getUser()))
1140       continue;
1141     if (I->beginOffset() != B->beginOffset() || I->endOffset() != EndOffset)
1142       continue;
1143
1144     Type *UserTy = nullptr;
1145     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1146       UserTy = LI->getType();
1147     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1148       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1149     }
1150
1151     if (IntegerType *UserITy = dyn_cast_or_null<IntegerType>(UserTy)) {
1152       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
1153       // this for split integer operations where we want to use the type of the
1154       // entity causing the split. Also skip if the type is not a byte width
1155       // multiple.
1156       if (UserITy->getBitWidth() % 8 != 0 ||
1157           UserITy->getBitWidth() / 8 > (EndOffset - B->beginOffset()))
1158         continue;
1159
1160       // Track the largest bitwidth integer type used in this way in case there
1161       // is no common type.
1162       if (!ITy || ITy->getBitWidth() < UserITy->getBitWidth())
1163         ITy = UserITy;
1164     }
1165
1166     // To avoid depending on the order of slices, Ty and TyIsCommon must not
1167     // depend on types skipped above.
1168     if (!UserTy || (Ty && Ty != UserTy))
1169       TyIsCommon = false; // Give up on anything but an iN type.
1170     else
1171       Ty = UserTy;
1172   }
1173
1174   return TyIsCommon ? Ty : ITy;
1175 }
1176
1177 /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1178 /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1179 /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1180 /// From this:
1181 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1182 ///   %V = load i32* %P2
1183 /// to:
1184 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1185 ///   ...
1186 ///   %V2 = load i32* %Other
1187 ///   ...
1188 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1189 ///
1190 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1191 /// to the select can be loaded unconditionally.
1192 ///
1193 /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1194 /// Transforms/Util/Local.h
1195 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN) {
1196   const DataLayout &DL = PN.getModule()->getDataLayout();
1197
1198   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1199   // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1200   // TODO: Allow recursive phi users.
1201   // TODO: Allow stores.
1202   BasicBlock *BB = PN.getParent();
1203   MaybeAlign MaxAlign;
1204   uint64_t APWidth = DL.getIndexTypeSizeInBits(PN.getType());
1205   APInt MaxSize(APWidth, 0);
1206   bool HaveLoad = false;
1207   for (User *U : PN.users()) {
1208     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1209     if (!LI || !LI->isSimple())
1210       return false;
1211
1212     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1213     // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1214     // a PHI.
1215     if (LI->getParent() != BB)
1216       return false;
1217
1218     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1219     // could store.
1220     for (BasicBlock::iterator BBI(PN); &*BBI != LI; ++BBI)
1221       if (BBI->mayWriteToMemory())
1222         return false;
1223
1224     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI->getType());
1225     MaxAlign = std::max(MaxAlign, MaybeAlign(LI->getAlignment()));
1226     MaxSize = MaxSize.ult(Size) ? APInt(APWidth, Size) : MaxSize;
1227     HaveLoad = true;
1228   }
1229
1230   if (!HaveLoad)
1231     return false;
1232
1233   // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1234   // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1235   // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1236   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1237     Instruction *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1238     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1239
1240     // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1241     // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1242     // in the predecessor.
1243     if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1244       return false;
1245
1246     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1247     // critical.
1248     if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1249       continue;
1250
1251     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1252     // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1253     // block.
1254     if (isSafeToLoadUnconditionally(InVal, MaxAlign, MaxSize, DL, TI))
1255       continue;
1256
1257     return false;
1258   }
1259
1260   return true;
1261 }
1262
1263 static void speculatePHINodeLoads(PHINode &PN) {
1264   LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1265
1266   LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1267   Type *LoadTy = SomeLoad->getType();
1268   IRBuilderTy PHIBuilder(&PN);
1269   PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1270                                         PN.getName() + ".sroa.speculated");
1271
1272   // Get the AA tags and alignment to use from one of the loads. It does not
1273   // matter which one we get and if any differ.
1274   AAMDNodes AATags;
1275   SomeLoad->getAAMetadata(AATags);
1276   const MaybeAlign Align = MaybeAlign(SomeLoad->getAlignment());
1277
1278   // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1279   while (!PN.use_empty()) {
1280     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1281     LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1282     LI->eraseFromParent();
1283   }
1284
1285   // Inject loads into all of the pred blocks.
1286   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InjectedLoads;
1287   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1288     BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1289     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1290
1291     // A PHI node is allowed to have multiple (duplicated) entries for the same
1292     // basic block, as long as the value is the same. So if we already injected
1293     // a load in the predecessor, then we should reuse the same load for all
1294     // duplicated entries.
1295     if (Value* V = InjectedLoads.lookup(Pred)) {
1296       NewPN->addIncoming(V, Pred);
1297       continue;
1298     }
1299
1300     Instruction *TI = Pred->getTerminator();
1301     IRBuilderTy PredBuilder(TI);
1302
1303     LoadInst *Load = PredBuilder.CreateLoad(
1304         LoadTy, InVal,
1305         (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." + Pred->getName()));
1306     ++NumLoadsSpeculated;
1307     Load->setAlignment(Align);
1308     if (AATags)
1309       Load->setAAMetadata(AATags);
1310     NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1311     InjectedLoads[Pred] = Load;
1312   }
1313
1314   LLVM_DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1315   PN.eraseFromParent();
1316 }
1317
1318 /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1319 /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1320 /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1321 /// From this:
1322 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1323 ///   %V = load i32* %P2
1324 /// to:
1325 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1326 ///   %V2 = load i32* %Other
1327 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1328 ///
1329 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1330 /// to the select can be loaded unconditionally.
1331 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI) {
1332   Value *TValue = SI.getTrueValue();
1333   Value *FValue = SI.getFalseValue();
1334   const DataLayout &DL = SI.getModule()->getDataLayout();
1335
1336   for (User *U : SI.users()) {
1337     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1338     if (!LI || !LI->isSimple())
1339       return false;
1340
1341     // Both operands to the select need to be dereferenceable, either
1342     // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1343     // accesses to it.
1344     if (!isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI->getType(),
1345                                      MaybeAlign(LI->getAlignment()), DL, LI))
1346       return false;
1347     if (!isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI->getType(),
1348                                      MaybeAlign(LI->getAlignment()), DL, LI))
1349       return false;
1350   }
1351
1352   return true;
1353 }
1354
1355 static void speculateSelectInstLoads(SelectInst &SI) {
1356   LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1357
1358   IRBuilderTy IRB(&SI);
1359   Value *TV = SI.getTrueValue();
1360   Value *FV = SI.getFalseValue();
1361   // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1362   while (!SI.use_empty()) {
1363     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI.user_back());
1364     assert(LI->isSimple() && "We only speculate simple loads");
1365
1366     IRB.SetInsertPoint(LI);
1367     LoadInst *TL = IRB.CreateLoad(LI->getType(), TV,
1368                                   LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1369     LoadInst *FL = IRB.CreateLoad(LI->getType(), FV,
1370                                   LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1371     NumLoadsSpeculated += 2;
1372
1373     // Transfer alignment and AA info if present.
1374     TL->setAlignment(MaybeAlign(LI->getAlignment()));
1375     FL->setAlignment(MaybeAlign(LI->getAlignment()));
1376
1377     AAMDNodes Tags;
1378     LI->getAAMetadata(Tags);
1379     if (Tags) {
1380       TL->setAAMetadata(Tags);
1381       FL->setAAMetadata(Tags);
1382     }
1383
1384     Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1385                                 LI->getName() + ".sroa.speculated");
1386
1387     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1388     LI->replaceAllUsesWith(V);
1389     LI->eraseFromParent();
1390   }
1391   SI.eraseFromParent();
1392 }
1393
1394 /// Build a GEP out of a base pointer and indices.
1395 ///
1396 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1397 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1398 static Value *buildGEP(IRBuilderTy &IRB, Value *BasePtr,
1399                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices, Twine NamePrefix) {
1400   if (Indices.empty())
1401     return BasePtr;
1402
1403   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1404   // in that case.
1405   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1406     return BasePtr;
1407
1408   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr->getType()->getPointerElementType(),
1409                                BasePtr, Indices, NamePrefix + "sroa_idx");
1410 }
1411
1412 /// Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1413 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1414 ///
1415 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1416 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1417 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1418 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1419 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1420 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1421 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1422                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1423                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1424                                     Twine NamePrefix) {
1425   if (Ty == TargetTy)
1426     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1427
1428   // Offset size to use for the indices.
1429   unsigned OffsetSize = DL.getIndexTypeSizeInBits(BasePtr->getType());
1430
1431   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1432   // type.
1433   unsigned NumLayers = 0;
1434   Type *ElementTy = Ty;
1435   do {
1436     if (ElementTy->isPointerTy())
1437       break;
1438
1439     if (ArrayType *ArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(ElementTy)) {
1440       ElementTy = ArrayTy->getElementType();
1441       Indices.push_back(IRB.getIntN(OffsetSize, 0));
1442     } else if (VectorType *VectorTy = dyn_cast<VectorType>(ElementTy)) {
1443       ElementTy = VectorTy->getElementType();
1444       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1445     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1446       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1447         break; // Nothing left to descend into.
1448       ElementTy = *STy->element_begin();
1449       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1450     } else {
1451       break;
1452     }
1453     ++NumLayers;
1454   } while (ElementTy != TargetTy);
1455   if (ElementTy != TargetTy)
1456     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1457
1458   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1459 }
1460
1461 /// Recursively compute indices for a natural GEP.
1462 ///
1463 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1464 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1465 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1466                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1467                                        Type *TargetTy,
1468                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1469                                        Twine NamePrefix) {
1470   if (Offset == 0)
1471     return getNaturalGEPWithType(IRB, DL, Ptr, Ty, TargetTy, Indices,
1472                                  NamePrefix);
1473
1474   // We can't recurse through pointer types.
1475   if (Ty->isPointerTy())
1476     return nullptr;
1477
1478   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1479   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1480   // over a vector from the IR completely.
1481   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1482     unsigned ElementSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1483     if (ElementSizeInBits % 8 != 0) {
1484       // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1485       return nullptr;
1486     }
1487     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1488     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1489     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1490       return nullptr;
1491     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1492     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1493     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, VecTy->getElementType(),
1494                                     Offset, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1495   }
1496
1497   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1498     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1499     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1500     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1501     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1502       return nullptr;
1503
1504     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1505     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1506     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1507                                     Indices, NamePrefix);
1508   }
1509
1510   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1511   if (!STy)
1512     return nullptr;
1513
1514   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1515   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1516   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1517     return nullptr;
1518   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1519   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1520   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1521   if (Offset.uge(DL.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1522     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
1523
1524   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1525   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1526                                   Indices, NamePrefix);
1527 }
1528
1529 /// Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1530 /// resulting in a particular type.
1531 ///
1532 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1533 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1534 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1535 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1536 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1537 ///
1538 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1539 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1540                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1541                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1542                                       Twine NamePrefix) {
1543   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1544
1545   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1546   // an i8.
1547   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy(Ty->getAddressSpace()) && TargetTy->isIntegerTy(8))
1548     return nullptr;
1549
1550   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1551   if (!ElementTy->isSized())
1552     return nullptr; // We can't GEP through an unsized element.
1553   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1554   if (ElementSize == 0)
1555     return nullptr; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1556   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1557
1558   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1559   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1560   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1561                                   Indices, NamePrefix);
1562 }
1563
1564 /// Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1565 /// resulting pointer has PointerTy.
1566 ///
1567 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1568 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1569 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1570 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1571 /// bitcast to the type.
1572 ///
1573 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1574 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1575 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1576 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1577 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1578 /// surrounding code.
1579 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL, Value *Ptr,
1580                              APInt Offset, Type *PointerTy, Twine NamePrefix) {
1581   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1582   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1583   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1584   Visited.insert(Ptr);
1585   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1586
1587   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1588   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1589   // fall back to it, so keep it and the base it was computed from around here.
1590   Value *OffsetPtr = nullptr;
1591   Value *OffsetBasePtr;
1592
1593   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1594   // byte offset.
1595   Value *Int8Ptr = nullptr;
1596   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1597
1598   PointerType *TargetPtrTy = cast<PointerType>(PointerTy);
1599   Type *TargetTy = TargetPtrTy->getElementType();
1600
1601   // As `addrspacecast` is , `Ptr` (the storage pointer) may have different
1602   // address space from the expected `PointerTy` (the pointer to be used).
1603   // Adjust the pointer type based the original storage pointer.
1604   auto AS = cast<PointerType>(Ptr->getType())->getAddressSpace();
1605   PointerTy = TargetTy->getPointerTo(AS);
1606
1607   do {
1608     // First fold any existing GEPs into the offset.
1609     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1610       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1611       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
1612         break;
1613       Offset += GEPOffset;
1614       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1615       if (!Visited.insert(Ptr).second)
1616         break;
1617     }
1618
1619     // See if we can perform a natural GEP here.
1620     Indices.clear();
1621     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, DL, Ptr, Offset, TargetTy,
1622                                            Indices, NamePrefix)) {
1623       // If we have a new natural pointer at the offset, clear out any old
1624       // offset pointer we computed. Unless it is the base pointer or
1625       // a non-instruction, we built a GEP we don't need. Zap it.
1626       if (OffsetPtr && OffsetPtr != OffsetBasePtr)
1627         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr)) {
1628           assert(I->use_empty() && "Built a GEP with uses some how!");
1629           I->eraseFromParent();
1630         }
1631       OffsetPtr = P;
1632       OffsetBasePtr = Ptr;
1633       // If we also found a pointer of the right type, we're done.
1634       if (P->getType() == PointerTy)
1635         break;
1636     }
1637
1638     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1639     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1640       Int8Ptr = Ptr;
1641       Int8PtrOffset = Offset;
1642     }
1643
1644     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1645     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1646       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1647     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1648       if (GA->isInterposable())
1649         break;
1650       Ptr = GA->getAliasee();
1651     } else {
1652       break;
1653     }
1654     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1655   } while (Visited.insert(Ptr).second);
1656
1657   if (!OffsetPtr) {
1658     if (!Int8Ptr) {
1659       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(
1660           Ptr, IRB.getInt8PtrTy(PointerTy->getPointerAddressSpace()),
1661           NamePrefix + "sroa_raw_cast");
1662       Int8PtrOffset = Offset;
1663     }
1664
1665     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0
1666                     ? Int8Ptr
1667                     : IRB.CreateInBoundsGEP(IRB.getInt8Ty(), Int8Ptr,
1668                                             IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1669                                             NamePrefix + "sroa_raw_idx");
1670   }
1671   Ptr = OffsetPtr;
1672
1673   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1674   if (cast<PointerType>(Ptr->getType()) != TargetPtrTy) {
1675     Ptr = IRB.CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(Ptr,
1676                                                   TargetPtrTy,
1677                                                   NamePrefix + "sroa_cast");
1678   }
1679
1680   return Ptr;
1681 }
1682
1683 /// Compute the adjusted alignment for a load or store from an offset.
1684 static Align getAdjustedAlignment(Instruction *I, uint64_t Offset,
1685                                   const DataLayout &DL) {
1686   MaybeAlign Alignment;
1687   Type *Ty;
1688   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
1689     Alignment = MaybeAlign(LI->getAlignment());
1690     Ty = LI->getType();
1691   } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
1692     Alignment = MaybeAlign(SI->getAlignment());
1693     Ty = SI->getValueOperand()->getType();
1694   } else {
1695     llvm_unreachable("Only loads and stores are allowed!");
1696   }
1697   return commonAlignment(DL.getValueOrABITypeAlignment(Alignment, Ty), Offset);
1698 }
1699
1700 /// Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1701 ///
1702 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1703 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1704 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1705 /// underlying value, and convert that value.
1706 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1707   if (OldTy == NewTy)
1708     return true;
1709
1710   // For integer types, we can't handle any bit-width differences. This would
1711   // break both vector conversions with extension and introduce endianness
1712   // issues when in conjunction with loads and stores.
1713   if (isa<IntegerType>(OldTy) && isa<IntegerType>(NewTy)) {
1714     assert(cast<IntegerType>(OldTy)->getBitWidth() !=
1715                cast<IntegerType>(NewTy)->getBitWidth() &&
1716            "We can't have the same bitwidth for different int types");
1717     return false;
1718   }
1719
1720   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1721     return false;
1722   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1723     return false;
1724
1725   // We can convert pointers to integers and vice-versa. Same for vectors
1726   // of pointers and integers.
1727   OldTy = OldTy->getScalarType();
1728   NewTy = NewTy->getScalarType();
1729   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1730     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy()) {
1731       return cast<PointerType>(NewTy)->getPointerAddressSpace() ==
1732         cast<PointerType>(OldTy)->getPointerAddressSpace();
1733     }
1734
1735     // We can convert integers to integral pointers, but not to non-integral
1736     // pointers.
1737     if (OldTy->isIntegerTy())
1738       return !DL.isNonIntegralPointerType(NewTy);
1739
1740     // We can convert integral pointers to integers, but non-integral pointers
1741     // need to remain pointers.
1742     if (!DL.isNonIntegralPointerType(OldTy))
1743       return NewTy->isIntegerTy();
1744
1745     return false;
1746   }
1747
1748   return true;
1749 }
1750
1751 /// Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1752 /// type.
1753 ///
1754 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1755 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1756 /// two types for viability with this routine.
1757 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1758                            Type *NewTy) {
1759   Type *OldTy = V->getType();
1760   assert(canConvertValue(DL, OldTy, NewTy) && "Value not convertable to type");
1761
1762   if (OldTy == NewTy)
1763     return V;
1764
1765   assert(!(isa<IntegerType>(OldTy) && isa<IntegerType>(NewTy)) &&
1766          "Integer types must be the exact same to convert.");
1767
1768   // See if we need inttoptr for this type pair. A cast involving both scalars
1769   // and vectors requires and additional bitcast.
1770   if (OldTy->isIntOrIntVectorTy() && NewTy->isPtrOrPtrVectorTy()) {
1771     // Expand <2 x i32> to i8* --> <2 x i32> to i64 to i8*
1772     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1773       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1774                                 NewTy);
1775
1776     // Expand i128 to <2 x i8*> --> i128 to <2 x i64> to <2 x i8*>
1777     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1778       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1779                                 NewTy);
1780
1781     return IRB.CreateIntToPtr(V, NewTy);
1782   }
1783
1784   // See if we need ptrtoint for this type pair. A cast involving both scalars
1785   // and vectors requires and additional bitcast.
1786   if (OldTy->isPtrOrPtrVectorTy() && NewTy->isIntOrIntVectorTy()) {
1787     // Expand <2 x i8*> to i128 --> <2 x i8*> to <2 x i64> to i128
1788     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1789       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1790                                NewTy);
1791
1792     // Expand i8* to <2 x i32> --> i8* to i64 to <2 x i32>
1793     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1794       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1795                                NewTy);
1796
1797     return IRB.CreatePtrToInt(V, NewTy);
1798   }
1799
1800   return IRB.CreateBitCast(V, NewTy);
1801 }
1802
1803 /// Test whether the given slice use can be promoted to a vector.
1804 ///
1805 /// This function is called to test each entry in a partition which is slated
1806 /// for a single slice.
1807 static bool isVectorPromotionViableForSlice(Partition &P, const Slice &S,
1808                                             VectorType *Ty,
1809                                             uint64_t ElementSize,
1810                                             const DataLayout &DL) {
1811   // First validate the slice offsets.
1812   uint64_t BeginOffset =
1813       std::max(S.beginOffset(), P.beginOffset()) - P.beginOffset();
1814   uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1815   if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1816       BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1817     return false;
1818   uint64_t EndOffset =
1819       std::min(S.endOffset(), P.endOffset()) - P.beginOffset();
1820   uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1821   if (EndIndex * ElementSize != EndOffset || EndIndex > Ty->getNumElements())
1822     return false;
1823
1824   assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1825   uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1826   Type *SliceTy = (NumElements == 1)
1827                       ? Ty->getElementType()
1828                       : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1829
1830   Type *SplitIntTy =
1831       Type::getIntNTy(Ty->getContext(), NumElements * ElementSize * 8);
1832
1833   Use *U = S.getUse();
1834
1835   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1836     if (MI->isVolatile())
1837       return false;
1838     if (!S.isSplittable())
1839       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1840   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1841     if (!II->isLifetimeStartOrEnd())
1842       return false;
1843   } else if (U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1844     // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1845     return false;
1846   } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1847     if (LI->isVolatile())
1848       return false;
1849     Type *LTy = LI->getType();
1850     if (P.beginOffset() > S.beginOffset() || P.endOffset() < S.endOffset()) {
1851       assert(LTy->isIntegerTy());
1852       LTy = SplitIntTy;
1853     }
1854     if (!canConvertValue(DL, SliceTy, LTy))
1855       return false;
1856   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1857     if (SI->isVolatile())
1858       return false;
1859     Type *STy = SI->getValueOperand()->getType();
1860     if (P.beginOffset() > S.beginOffset() || P.endOffset() < S.endOffset()) {
1861       assert(STy->isIntegerTy());
1862       STy = SplitIntTy;
1863     }
1864     if (!canConvertValue(DL, STy, SliceTy))
1865       return false;
1866   } else {
1867     return false;
1868   }
1869
1870   return true;
1871 }
1872
1873 /// Test whether the given alloca partitioning and range of slices can be
1874 /// promoted to a vector.
1875 ///
1876 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1877 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1878 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1879 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1880 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1881 /// be promotable, so we have an early test here.
1882 static VectorType *isVectorPromotionViable(Partition &P, const DataLayout &DL) {
1883   // Collect the candidate types for vector-based promotion. Also track whether
1884   // we have different element types.
1885   SmallVector<VectorType *, 4> CandidateTys;
1886   Type *CommonEltTy = nullptr;
1887   bool HaveCommonEltTy = true;
1888   auto CheckCandidateType = [&](Type *Ty) {
1889     if (auto *VTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1890       // Return if bitcast to vectors is different for total size in bits.
1891       if (!CandidateTys.empty()) {
1892         VectorType *V = CandidateTys[0];
1893         if (DL.getTypeSizeInBits(VTy) != DL.getTypeSizeInBits(V)) {
1894           CandidateTys.clear();
1895           return;
1896         }
1897       }
1898       CandidateTys.push_back(VTy);
1899       if (!CommonEltTy)
1900         CommonEltTy = VTy->getElementType();
1901       else if (CommonEltTy != VTy->getElementType())
1902         HaveCommonEltTy = false;
1903     }
1904   };
1905   // Consider any loads or stores that are the exact size of the slice.
1906   for (const Slice &S : P)
1907     if (S.beginOffset() == P.beginOffset() &&
1908         S.endOffset() == P.endOffset()) {
1909       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(S.getUse()->getUser()))
1910         CheckCandidateType(LI->getType());
1911       else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(S.getUse()->getUser()))
1912         CheckCandidateType(SI->getValueOperand()->getType());
1913     }
1914
1915   // If we didn't find a vector type, nothing to do here.
1916   if (CandidateTys.empty())
1917     return nullptr;
1918
1919   // Remove non-integer vector types if we had multiple common element types.
1920   // FIXME: It'd be nice to replace them with integer vector types, but we can't
1921   // do that until all the backends are known to produce good code for all
1922   // integer vector types.
1923   if (!HaveCommonEltTy) {
1924     CandidateTys.erase(
1925         llvm::remove_if(CandidateTys,
1926                         [](VectorType *VTy) {
1927                           return !VTy->getElementType()->isIntegerTy();
1928                         }),
1929         CandidateTys.end());
1930
1931     // If there were no integer vector types, give up.
1932     if (CandidateTys.empty())
1933       return nullptr;
1934
1935     // Rank the remaining candidate vector types. This is easy because we know
1936     // they're all integer vectors. We sort by ascending number of elements.
1937     auto RankVectorTypes = [&DL](VectorType *RHSTy, VectorType *LHSTy) {
1938       (void)DL;
1939       assert(DL.getTypeSizeInBits(RHSTy) == DL.getTypeSizeInBits(LHSTy) &&
1940              "Cannot have vector types of different sizes!");
1941       assert(RHSTy->getElementType()->isIntegerTy() &&
1942              "All non-integer types eliminated!");
1943       assert(LHSTy->getElementType()->isIntegerTy() &&
1944              "All non-integer types eliminated!");
1945       return RHSTy->getNumElements() < LHSTy->getNumElements();
1946     };
1947     llvm::sort(CandidateTys, RankVectorTypes);
1948     CandidateTys.erase(
1949         std::unique(CandidateTys.begin(), CandidateTys.end(), RankVectorTypes),
1950         CandidateTys.end());
1951   } else {
1952 // The only way to have the same element type in every vector type is to
1953 // have the same vector type. Check that and remove all but one.
1954 #ifndef NDEBUG
1955     for (VectorType *VTy : CandidateTys) {
1956       assert(VTy->getElementType() == CommonEltTy &&
1957              "Unaccounted for element type!");
1958       assert(VTy == CandidateTys[0] &&
1959              "Different vector types with the same element type!");
1960     }
1961 #endif
1962     CandidateTys.resize(1);
1963   }
1964
1965   // Try each vector type, and return the one which works.
1966   auto CheckVectorTypeForPromotion = [&](VectorType *VTy) {
1967     uint64_t ElementSize = DL.getTypeSizeInBits(VTy->getElementType());
1968
1969     // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1970     // that aren't byte sized.
1971     if (ElementSize % 8)
1972       return false;
1973     assert((DL.getTypeSizeInBits(VTy) % 8) == 0 &&
1974            "vector size not a multiple of element size?");
1975     ElementSize /= 8;
1976
1977     for (const Slice &S : P)
1978       if (!isVectorPromotionViableForSlice(P, S, VTy, ElementSize, DL))
1979         return false;
1980
1981     for (const Slice *S : P.splitSliceTails())
1982       if (!isVectorPromotionViableForSlice(P, *S, VTy, ElementSize, DL))
1983         return false;
1984
1985     return true;
1986   };
1987   for (VectorType *VTy : CandidateTys)
1988     if (CheckVectorTypeForPromotion(VTy))
1989       return VTy;
1990
1991   return nullptr;
1992 }
1993
1994 /// Test whether a slice of an alloca is valid for integer widening.
1995 ///
1996 /// This implements the necessary checking for the \c isIntegerWideningViable
1997 /// test below on a single slice of the alloca.
1998 static bool isIntegerWideningViableForSlice(const Slice &S,
1999                                             uint64_t AllocBeginOffset,
2000                                             Type *AllocaTy,
2001                                             const DataLayout &DL,
2002                                             bool &WholeAllocaOp) {
2003   uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(AllocaTy);
2004
2005   uint64_t RelBegin = S.beginOffset() - AllocBeginOffset;
2006   uint64_t RelEnd = S.endOffset() - AllocBeginOffset;
2007
2008   // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
2009   // the end of the alloca's type and into its padding.
2010   if (RelEnd > Size)
2011     return false;
2012
2013   Use *U = S.getUse();
2014
2015   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
2016     if (LI->isVolatile())
2017       return false;
2018     // We can't handle loads that extend past the allocated memory.
2019     if (DL.getTypeStoreSize(LI->getType()) > Size)
2020       return false;
2021     // So far, AllocaSliceRewriter does not support widening split slice tails
2022     // in rewriteIntegerLoad.
2023     if (S.beginOffset() < AllocBeginOffset)
2024       return false;
2025     // Note that we don't count vector loads or stores as whole-alloca
2026     // operations which enable integer widening because we would prefer to use
2027     // vector widening instead.
2028     if (!isa<VectorType>(LI->getType()) && RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2029       WholeAllocaOp = true;
2030     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
2031       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
2032         return false;
2033     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2034                !canConvertValue(DL, AllocaTy, LI->getType())) {
2035       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
2036       // they are promotable.
2037       return false;
2038     }
2039   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
2040     Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
2041     if (SI->isVolatile())
2042       return false;
2043     // We can't handle stores that extend past the allocated memory.
2044     if (DL.getTypeStoreSize(ValueTy) > Size)
2045       return false;
2046     // So far, AllocaSliceRewriter does not support widening split slice tails
2047     // in rewriteIntegerStore.
2048     if (S.beginOffset() < AllocBeginOffset)
2049       return false;
2050     // Note that we don't count vector loads or stores as whole-alloca
2051     // operations which enable integer widening because we would prefer to use
2052     // vector widening instead.
2053     if (!isa<VectorType>(ValueTy) && RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2054       WholeAllocaOp = true;
2055     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
2056       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
2057         return false;
2058     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2059                !canConvertValue(DL, ValueTy, AllocaTy)) {
2060       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
2061       // they are promotable.
2062       return false;
2063     }
2064   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
2065     if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
2066       return false;
2067     if (!S.isSplittable())
2068       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
2069   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
2070     if (!II->isLifetimeStartOrEnd())
2071       return false;
2072   } else {
2073     return false;
2074   }
2075
2076   return true;
2077 }
2078
2079 /// Test whether the given alloca partition's integer operations can be
2080 /// widened to promotable ones.
2081 ///
2082 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
2083 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
2084 /// promote the resulting alloca.
2085 static bool isIntegerWideningViable(Partition &P, Type *AllocaTy,
2086                                     const DataLayout &DL) {
2087   uint64_t SizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
2088   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
2089   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
2090     return false;
2091
2092   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
2093   if (SizeInBits != DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
2094     return false;
2095
2096   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
2097   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
2098   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
2099   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
2100   if (!canConvertValue(DL, AllocaTy, IntTy) ||
2101       !canConvertValue(DL, IntTy, AllocaTy))
2102     return false;
2103
2104   // While examining uses, we ensure that the alloca has a covering load or
2105   // store. We don't want to widen the integer operations only to fail to
2106   // promote due to some other unsplittable entry (which we may make splittable
2107   // later). However, if there are only splittable uses, go ahead and assume
2108   // that we cover the alloca.
2109   // FIXME: We shouldn't consider split slices that happen to start in the
2110   // partition here...
2111   bool WholeAllocaOp =
2112       P.begin() != P.end() ? false : DL.isLegalInteger(SizeInBits);
2113
2114   for (const Slice &S : P)
2115     if (!isIntegerWideningViableForSlice(S, P.beginOffset(), AllocaTy, DL,
2116                                          WholeAllocaOp))
2117       return false;
2118
2119   for (const Slice *S : P.splitSliceTails())
2120     if (!isIntegerWideningViableForSlice(*S, P.beginOffset(), AllocaTy, DL,
2121                                          WholeAllocaOp))
2122       return false;
2123
2124   return WholeAllocaOp;
2125 }
2126
2127 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
2128                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
2129                              const Twine &Name) {
2130   LLVM_DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
2131   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2132   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2133          "Element extends past full value");
2134   uint64_t ShAmt = 8 * Offset;
2135   if (DL.isBigEndian())
2136     ShAmt = 8 * (DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2137   if (ShAmt) {
2138     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
2139     LLVM_DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
2140   }
2141   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2142          "Cannot extract to a larger integer!");
2143   if (Ty != IntTy) {
2144     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
2145     LLVM_DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
2146   }
2147   return V;
2148 }
2149
2150 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *Old,
2151                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
2152   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
2153   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
2154   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2155          "Cannot insert a larger integer!");
2156   LLVM_DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
2157   if (Ty != IntTy) {
2158     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
2159     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
2160   }
2161   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2162          "Element store outside of alloca store");
2163   uint64_t ShAmt = 8 * Offset;
2164   if (DL.isBigEndian())
2165     ShAmt = 8 * (DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2166   if (ShAmt) {
2167     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
2168     LLVM_DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
2169   }
2170
2171   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
2172     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
2173     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
2174     LLVM_DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
2175     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
2176     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
2177   }
2178   return V;
2179 }
2180
2181 static Value *extractVector(IRBuilderTy &IRB, Value *V, unsigned BeginIndex,
2182                             unsigned EndIndex, const Twine &Name) {
2183   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
2184   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2185   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2186
2187   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
2188     return V;
2189
2190   if (NumElements == 1) {
2191     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
2192                                  Name + ".extract");
2193     LLVM_DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
2194     return V;
2195   }
2196
2197   SmallVector<Constant *, 8> Mask;
2198   Mask.reserve(NumElements);
2199   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
2200     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
2201   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
2202                               ConstantVector::get(Mask), Name + ".extract");
2203   LLVM_DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
2204   return V;
2205 }
2206
2207 static Value *insertVector(IRBuilderTy &IRB, Value *Old, Value *V,
2208                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
2209   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
2210   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
2211
2212   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
2213   if (!Ty) {
2214     // Single element to insert.
2215     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
2216                                 Name + ".insert");
2217     LLVM_DEBUG(dbgs() << "     insert: " << *V << "\n");
2218     return V;
2219   }
2220
2221   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
2222          "Too many elements!");
2223   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
2224     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
2225     return V;
2226   }
2227   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
2228
2229   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
2230   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
2231   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
2232   // incoming vector.
2233   SmallVector<Constant *, 8> Mask;
2234   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
2235   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
2236     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
2237       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
2238     else
2239       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
2240   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
2241                               ConstantVector::get(Mask), Name + ".expand");
2242   LLVM_DEBUG(dbgs() << "    shuffle: " << *V << "\n");
2243
2244   Mask.clear();
2245   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
2246     Mask.push_back(IRB.getInt1(i >= BeginIndex && i < EndIndex));
2247
2248   V = IRB.CreateSelect(ConstantVector::get(Mask), V, Old, Name + "blend");
2249
2250   LLVM_DEBUG(dbgs() << "    blend: " << *V << "\n");
2251   return V;
2252 }
2253
2254 /// Visitor to rewrite instructions using p particular slice of an alloca
2255 /// to use a new alloca.
2256 ///
2257 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
2258 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
2259 /// lives here.
2260 class llvm::sroa::AllocaSliceRewriter
2261     : public InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> {
2262   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2263   friend class InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
2264
2265   using Base = InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
2266
2267   const DataLayout &DL;
2268   AllocaSlices &AS;
2269   SROA &Pass;
2270   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2271   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2272   Type *NewAllocaTy;
2273
2274   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2275   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
2276   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
2277   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2278   IntegerType *IntTy;
2279
2280   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2281   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2282   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
2283   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2284   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2285   //     element.
2286   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2287   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2288   //     which are promotable via mem2reg.
2289   VectorType *VecTy;
2290   Type *ElementTy;
2291   uint64_t ElementSize;
2292
2293   // The original offset of the slice currently being rewritten relative to
2294   // the original alloca.
2295   uint64_t BeginOffset = 0;
2296   uint64_t EndOffset = 0;
2297
2298   // The new offsets of the slice currently being rewritten relative to the
2299   // original alloca.
2300   uint64_t NewBeginOffset = 0, NewEndOffset = 0;
2301
2302   uint64_t SliceSize = 0;
2303   bool IsSplittable = false;
2304   bool IsSplit = false;
2305   Use *OldUse = nullptr;
2306   Instruction *OldPtr = nullptr;
2307
2308   // Track post-rewrite users which are PHI nodes and Selects.
2309   SmallSetVector<PHINode *, 8> &PHIUsers;
2310   SmallSetVector<SelectInst *, 8> &SelectUsers;
2311
2312   // Utility IR builder, whose name prefix is setup for each visited use, and
2313   // the insertion point is set to point to the user.
2314   IRBuilderTy IRB;
2315
2316 public:
2317   AllocaSliceRewriter(const DataLayout &DL, AllocaSlices &AS, SROA &Pass,
2318                       AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2319                       uint64_t NewAllocaBeginOffset,
2320                       uint64_t NewAllocaEndOffset, bool IsIntegerPromotable,
2321                       VectorType *PromotableVecTy,
2322                       SmallSetVector<PHINode *, 8> &PHIUsers,
2323                       SmallSetVector<SelectInst *, 8> &SelectUsers)
2324       : DL(DL), AS(AS), Pass(Pass), OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2325         NewAllocaBeginOffset(NewAllocaBeginOffset),
2326         NewAllocaEndOffset(NewAllocaEndOffset),
2327         NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
2328         IntTy(IsIntegerPromotable
2329                   ? Type::getIntNTy(
2330                         NewAI.getContext(),
2331                         DL.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()))
2332                   : nullptr),
2333         VecTy(PromotableVecTy),
2334         ElementTy(VecTy ? VecTy->getElementType() : nullptr),
2335         ElementSize(VecTy ? DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8 : 0),
2336         PHIUsers(PHIUsers), SelectUsers(SelectUsers),
2337         IRB(NewAI.getContext(), ConstantFolder()) {
2338     if (VecTy) {
2339       assert((DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) % 8) == 0 &&
2340              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2341       ++NumVectorized;
2342     }
2343     assert((!IntTy && !VecTy) || (IntTy && !VecTy) || (!IntTy && VecTy));
2344   }
2345
2346   bool visit(AllocaSlices::const_iterator I) {
2347     bool CanSROA = true;
2348     BeginOffset = I->beginOffset();
2349     EndOffset = I->endOffset();
2350     IsSplittable = I->isSplittable();
2351     IsSplit =
2352         BeginOffset < NewAllocaBeginOffset || EndOffset > NewAllocaEndOffset;
2353     LLVM_DEBUG(dbgs() << "  rewriting " << (IsSplit ? "split " : ""));
2354     LLVM_DEBUG(AS.printSlice(dbgs(), I, ""));
2355     LLVM_DEBUG(dbgs() << "\n");
2356
2357     // Compute the intersecting offset range.
2358     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2359     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2360     NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2361     NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2362
2363     SliceSize = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2364
2365     OldUse = I->getUse();
2366     OldPtr = cast<Instruction>(OldUse->get());
2367
2368     Instruction *OldUserI = cast<Instruction>(OldUse->getUser());
2369     IRB.SetInsertPoint(OldUserI);
2370     IRB.SetCurrentDebugLocation(OldUserI->getDebugLoc());
2371     IRB.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) + ".");
2372
2373     CanSROA &= visit(cast<Instruction>(OldUse->getUser()));
2374     if (VecTy || IntTy)
2375       assert(CanSROA);
2376     return CanSROA;
2377   }
2378
2379 private:
2380   // Make sure the other visit overloads are visible.
2381   using Base::visit;
2382
2383   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2384   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2385     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2386     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2387   }
2388
2389   Value *getNewAllocaSlicePtr(IRBuilderTy &IRB, Type *PointerTy) {
2390     // Note that the offset computation can use BeginOffset or NewBeginOffset
2391     // interchangeably for unsplit slices.
2392     assert(IsSplit || BeginOffset == NewBeginOffset);
2393     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2394
2395 #ifndef NDEBUG
2396     StringRef OldName = OldPtr->getName();
2397     // Skip through the last '.sroa.' component of the name.
2398     size_t LastSROAPrefix = OldName.rfind(".sroa.");
2399     if (LastSROAPrefix != StringRef::npos) {
2400       OldName = OldName.substr(LastSROAPrefix + strlen(".sroa."));
2401       // Look for an SROA slice index.
2402       size_t IndexEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2403       if (IndexEnd != StringRef::npos && OldName[IndexEnd] == '.') {
2404         // Strip the index and look for the offset.
2405         OldName = OldName.substr(IndexEnd + 1);
2406         size_t OffsetEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2407         if (OffsetEnd != StringRef::npos && OldName[OffsetEnd] == '.')
2408           // Strip the offset.
2409           OldName = OldName.substr(OffsetEnd + 1);
2410       }
2411     }
2412     // Strip any SROA suffixes as well.
2413     OldName = OldName.substr(0, OldName.find(".sroa_"));
2414 #endif
2415
2416     return getAdjustedPtr(IRB, DL, &NewAI,
2417                           APInt(DL.getIndexTypeSizeInBits(PointerTy), Offset),
2418                           PointerTy,
2419 #ifndef NDEBUG
2420                           Twine(OldName) + "."
2421 #else
2422                           Twine()
2423 #endif
2424                           );
2425   }
2426
2427   /// Compute suitable alignment to access this slice of the *new*
2428   /// alloca.
2429   ///
2430   /// You can optionally pass a type to this routine and if that type's ABI
2431   /// alignment is itself suitable, this will return zero.
2432   MaybeAlign getSliceAlign(Type *Ty = nullptr) {
2433     const MaybeAlign NewAIAlign = DL.getValueOrABITypeAlignment(
2434         MaybeAlign(NewAI.getAlignment()), NewAI.getAllocatedType());
2435     const MaybeAlign Align =
2436         commonAlignment(NewAIAlign, NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2437     return (Ty && Align && Align->value() == DL.getABITypeAlignment(Ty))
2438                ? None
2439                : Align;
2440   }
2441
2442   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
2443     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2444     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2445     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2446     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2447     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2448     return Index;
2449   }
2450
2451   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2452     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2453     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2454       Pass.DeadInsts.insert(I);
2455   }
2456
2457   Value *rewriteVectorizedLoadInst() {
2458     unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2459     unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2460     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2461
2462     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
2463                                      NewAI.getAlignment(), "load");
2464     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2465   }
2466
2467   Value *rewriteIntegerLoad(LoadInst &LI) {
2468     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2469     assert(!LI.isVolatile());
2470     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
2471                                      NewAI.getAlignment(), "load");
2472     V = convertValue(DL, IRB, V, IntTy);
2473     assert(NewBeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2474     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2475     if (Offset > 0 || NewEndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2476       IntegerType *ExtractTy = Type::getIntNTy(LI.getContext(), SliceSize * 8);
2477       V = extractInteger(DL, IRB, V, ExtractTy, Offset, "extract");
2478     }
2479     // It is possible that the extracted type is not the load type. This
2480     // happens if there is a load past the end of the alloca, and as
2481     // a consequence the slice is narrower but still a candidate for integer
2482     // lowering. To handle this case, we just zero extend the extracted
2483     // integer.
2484     assert(cast<IntegerType>(LI.getType())->getBitWidth() >= SliceSize * 8 &&
2485            "Can only handle an extract for an overly wide load");
2486     if (cast<IntegerType>(LI.getType())->getBitWidth() > SliceSize * 8)
2487       V = IRB.CreateZExt(V, LI.getType());
2488     return V;
2489   }
2490
2491   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2492     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2493     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2494     assert(OldOp == OldPtr);
2495
2496     AAMDNodes AATags;
2497     LI.getAAMetadata(AATags);
2498
2499     unsigned AS = LI.getPointerAddressSpace();
2500
2501     Type *TargetTy = IsSplit ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), SliceSize * 8)
2502                              : LI.getType();
2503     const bool IsLoadPastEnd = DL.getTypeStoreSize(TargetTy) > SliceSize;
2504     bool IsPtrAdjusted = false;
2505     Value *V;
2506     if (VecTy) {
2507       V = rewriteVectorizedLoadInst();
2508     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2509       V = rewriteIntegerLoad(LI);
2510     } else if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2511                NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2512                (canConvertValue(DL, NewAllocaTy, TargetTy) ||
2513                 (IsLoadPastEnd && NewAllocaTy->isIntegerTy() &&
2514                  TargetTy->isIntegerTy()))) {
2515       LoadInst *NewLI = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
2516                                               NewAI.getAlignment(),
2517                                               LI.isVolatile(), LI.getName());
2518       if (AATags)
2519         NewLI->setAAMetadata(AATags);
2520       if (LI.isVolatile())
2521         NewLI->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSyncScopeID());
2522       if (NewLI->isAtomic())
2523         NewLI->setAlignment(LI.getAlign());
2524
2525       // Any !nonnull metadata or !range metadata on the old load is also valid
2526       // on the new load. This is even true in some cases even when the loads
2527       // are different types, for example by mapping !nonnull metadata to
2528       // !range metadata by modeling the null pointer constant converted to the
2529       // integer type.
2530       // FIXME: Add support for range metadata here. Currently the utilities
2531       // for this don't propagate range metadata in trivial cases from one
2532       // integer load to another, don't handle non-addrspace-0 null pointers
2533       // correctly, and don't have any support for mapping ranges as the
2534       // integer type becomes winder or narrower.
2535       if (MDNode *N = LI.getMetadata(LLVMContext::MD_nonnull))
2536         copyNonnullMetadata(LI, N, *NewLI);
2537
2538       // Try to preserve nonnull metadata
2539       V = NewLI;
2540
2541       // If this is an integer load past the end of the slice (which means the
2542       // bytes outside the slice are undef or this load is dead) just forcibly
2543       // fix the integer size with correct handling of endianness.
2544       if (auto *AITy = dyn_cast<IntegerType>(NewAllocaTy))
2545         if (auto *TITy = dyn_cast<IntegerType>(TargetTy))
2546           if (AITy->getBitWidth() < TITy->getBitWidth()) {
2547             V = IRB.CreateZExt(V, TITy, "load.ext");
2548             if (DL.isBigEndian())
2549               V = IRB.CreateShl(V, TITy->getBitWidth() - AITy->getBitWidth(),
2550                                 "endian_shift");
2551           }
2552     } else {
2553       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo(AS);
2554       LoadInst *NewLI = IRB.CreateAlignedLoad(
2555           TargetTy, getNewAllocaSlicePtr(IRB, LTy), getSliceAlign(TargetTy),
2556           LI.isVolatile(), LI.getName());
2557       if (AATags)
2558         NewLI->setAAMetadata(AATags);
2559       if (LI.isVolatile())
2560         NewLI->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSyncScopeID());
2561
2562       V = NewLI;
2563       IsPtrAdjusted = true;
2564     }
2565     V = convertValue(DL, IRB, V, TargetTy);
2566
2567     if (IsSplit) {
2568       assert(!LI.isVolatile());
2569       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2570              "Only integer type loads and stores are split");
2571       assert(SliceSize < DL.getTypeStoreSize(LI.getType()) &&
2572              "Split load isn't smaller than original load");
2573       assert(DL.typeSizeEqualsStoreSize(LI.getType()) &&
2574              "Non-byte-multiple bit width");
2575       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2576       IRB.SetInsertPoint(&*std::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2577       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2578       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2579       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2580       // LI only used for this computation.
2581       Value *Placeholder = new LoadInst(
2582           LI.getType(), UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo(AS)));
2583       V = insertInteger(DL, IRB, Placeholder, V, NewBeginOffset - BeginOffset,
2584                         "insert");
2585       LI.replaceAllUsesWith(V);
2586       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2587       Placeholder->deleteValue();
2588     } else {
2589       LI.replaceAllUsesWith(V);
2590     }
2591
2592     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2593     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2594     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2595     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2596   }
2597
2598   bool rewriteVectorizedStoreInst(Value *V, StoreInst &SI, Value *OldOp,
2599                                   AAMDNodes AATags) {
2600     if (V->getType() != VecTy) {
2601       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2602       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2603       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2604       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2605       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2606       Type *SliceTy = (NumElements == 1)
2607                           ? ElementTy
2608                           : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2609       if (V->getType() != SliceTy)
2610         V = convertValue(DL, IRB, V, SliceTy);
2611
2612       // Mix in the existing elements.
2613       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
2614                                          NewAI.getAlignment(), "load");
2615       V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, "vec");
2616     }
2617     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2618     if (AATags)
2619       Store->setAAMetadata(AATags);
2620     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2621
2622     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2623     return true;
2624   }
2625
2626   bool rewriteIntegerStore(Value *V, StoreInst &SI, AAMDNodes AATags) {
2627     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2628     assert(!SI.isVolatile());
2629     if (DL.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2630       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
2631                                          NewAI.getAlignment(), "oldload");
2632       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2633       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2634       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2635       V = insertInteger(DL, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset, "insert");
2636     }
2637     V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2638     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2639     Store->copyMetadata(SI, {LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access,
2640                              LLVMContext::MD_access_group});
2641     if (AATags)
2642       Store->setAAMetadata(AATags);
2643     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2644     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2645     return true;
2646   }
2647
2648   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2649     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2650     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2651     assert(OldOp == OldPtr);
2652
2653     AAMDNodes AATags;
2654     SI.getAAMetadata(AATags);
2655
2656     Value *V = SI.getValueOperand();
2657
2658     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2659     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2660     if (V->getType()->isPointerTy())
2661       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2662         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2663
2664     if (SliceSize < DL.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2665       assert(!SI.isVolatile());
2666       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2667              "Only integer type loads and stores are split");
2668       assert(DL.typeSizeEqualsStoreSize(V->getType()) &&
2669              "Non-byte-multiple bit width");
2670       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), SliceSize * 8);
2671       V = extractInteger(DL, IRB, V, NarrowTy, NewBeginOffset - BeginOffset,
2672                          "extract");
2673     }
2674
2675     if (VecTy)
2676       return rewriteVectorizedStoreInst(V, SI, OldOp, AATags);
2677     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2678       return rewriteIntegerStore(V, SI, AATags);
2679
2680     const bool IsStorePastEnd = DL.getTypeStoreSize(V->getType()) > SliceSize;
2681     StoreInst *NewSI;
2682     if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2683         NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2684         (canConvertValue(DL, V->getType(), NewAllocaTy) ||
2685          (IsStorePastEnd && NewAllocaTy->isIntegerTy() &&
2686           V->getType()->isIntegerTy()))) {
2687       // If this is an integer store past the end of slice (and thus the bytes
2688       // past that point are irrelevant or this is unreachable), truncate the
2689       // value prior to storing.
2690       if (auto *VITy = dyn_cast<IntegerType>(V->getType()))
2691         if (auto *AITy = dyn_cast<IntegerType>(NewAllocaTy))
2692           if (VITy->getBitWidth() > AITy->getBitWidth()) {
2693             if (DL.isBigEndian())
2694               V = IRB.CreateLShr(V, VITy->getBitWidth() - AITy->getBitWidth(),
2695                                  "endian_shift");
2696             V = IRB.CreateTrunc(V, AITy, "load.trunc");
2697           }
2698
2699       V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2700       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2701                                      SI.isVolatile());
2702     } else {
2703       unsigned AS = SI.getPointerAddressSpace();
2704       Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, V->getType()->getPointerTo(AS));
2705       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, NewPtr, getSliceAlign(V->getType()),
2706                                      SI.isVolatile());
2707     }
2708     NewSI->copyMetadata(SI, {LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access,
2709                              LLVMContext::MD_access_group});
2710     if (AATags)
2711       NewSI->setAAMetadata(AATags);
2712     if (SI.isVolatile())
2713       NewSI->setAtomic(SI.getOrdering(), SI.getSyncScopeID());
2714     if (NewSI->isAtomic())
2715       NewSI->setAlignment(SI.getAlign());
2716     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2717     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2718
2719     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2720     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2721   }
2722
2723   /// Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2724   /// number of bytes.
2725   ///
2726   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2727   /// call this routine.
2728   /// FIXME: Heed the advice above.
2729   ///
2730   /// \param V The i8 value to splat.
2731   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2732   Value *getIntegerSplat(Value *V, unsigned Size) {
2733     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2734     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2735     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2736     if (Size == 1)
2737       return V;
2738
2739     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size * 8);
2740     V = IRB.CreateMul(
2741         IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, "zext"),
2742         ConstantExpr::getUDiv(
2743             Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2744             ConstantExpr::getZExt(Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2745                                   SplatIntTy)),
2746         "isplat");
2747     return V;
2748   }
2749
2750   /// Compute a vector splat for a given element value.
2751   Value *getVectorSplat(Value *V, unsigned NumElements) {
2752     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, "vsplat");
2753     LLVM_DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2754     return V;
2755   }
2756
2757   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2758     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2759     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2760
2761     AAMDNodes AATags;
2762     II.getAAMetadata(AATags);
2763
2764     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2765     // pointer to the new alloca.
2766     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2767       assert(!IsSplit);
2768       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2769       II.setDest(getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()));
2770       II.setDestAlignment(getSliceAlign());
2771
2772       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2773       return false;
2774     }
2775
2776     // Record this instruction for deletion.
2777     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2778
2779     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2780     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2781     
2782     const bool CanContinue = [&]() {
2783       if (VecTy || IntTy)
2784         return true;
2785       if (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2786           EndOffset < NewAllocaEndOffset)
2787         return false;
2788       auto *C = cast<ConstantInt>(II.getLength());
2789       if (C->getBitWidth() > 64)
2790         return false;
2791       const auto Len = C->getZExtValue();
2792       auto *Int8Ty = IntegerType::getInt8Ty(NewAI.getContext());
2793       auto *SrcTy = VectorType::get(Int8Ty, Len);
2794       return canConvertValue(DL, SrcTy, AllocaTy) &&
2795         DL.isLegalInteger(DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy));
2796     }();
2797
2798     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2799     // a single value type, just emit a memset.
2800     if (!CanContinue) {
2801       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2802       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2803       CallInst *New = IRB.CreateMemSet(
2804           getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()), II.getValue(), Size,
2805           MaybeAlign(getSliceAlign()), II.isVolatile());
2806       if (AATags)
2807         New->setAAMetadata(AATags);
2808       LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2809       return false;
2810     }
2811
2812     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2813     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2814     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2815     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2816     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2817     Value *V;
2818
2819     if (VecTy) {
2820       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2821       assert(ElementTy == ScalarTy);
2822
2823       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2824       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2825       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2826       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2827       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2828
2829       Value *Splat =
2830           getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8);
2831       Splat = convertValue(DL, IRB, Splat, ElementTy);
2832       if (NumElements > 1)
2833         Splat = getVectorSplat(Splat, NumElements);
2834
2835       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
2836                                          NewAI.getAlignment(), "oldload");
2837       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, "vec");
2838     } else if (IntTy) {
2839       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2840       // set integer.
2841       assert(!II.isVolatile());
2842
2843       uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2844       V = getIntegerSplat(II.getValue(), Size);
2845
2846       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2847                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2848         Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
2849                                            NewAI.getAlignment(), "oldload");
2850         Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2851         uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2852         V = insertInteger(DL, IRB, Old, V, Offset, "insert");
2853       } else {
2854         assert(V->getType() == IntTy &&
2855                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2856       }
2857       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2858     } else {
2859       // Established these invariants above.
2860       assert(NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2861       assert(NewEndOffset == NewAllocaEndOffset);
2862
2863       V = getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) / 8);
2864       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2865         V = getVectorSplat(V, AllocaVecTy->getNumElements());
2866
2867       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2868     }
2869
2870     StoreInst *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2871                                             II.isVolatile());
2872     if (AATags)
2873       New->setAAMetadata(AATags);
2874     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2875     return !II.isVolatile();
2876   }
2877
2878   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2879     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2880     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2881
2882     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2883
2884     AAMDNodes AATags;
2885     II.getAAMetadata(AATags);
2886
2887     bool IsDest = &II.getRawDestUse() == OldUse;
2888     assert((IsDest && II.getRawDest() == OldPtr) ||
2889            (!IsDest && II.getRawSource() == OldPtr));
2890
2891     MaybeAlign SliceAlign = getSliceAlign();
2892
2893     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2894     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2895     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2896     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2897     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2898     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2899     // update both source and dest of a single call.
2900     if (!IsSplittable) {
2901       Value *AdjustedPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2902       if (IsDest) {
2903         II.setDest(AdjustedPtr);
2904         II.setDestAlignment(SliceAlign);
2905       }
2906       else {
2907         II.setSource(AdjustedPtr);
2908         II.setSourceAlignment(SliceAlign);
2909       }
2910
2911       LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2912       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2913       return false;
2914     }
2915     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2916     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2917     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2918     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2919     // downsides to splitting and transforming the operations.
2920
2921     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2922     // a single value type, just emit a memcpy.
2923     bool EmitMemCpy =
2924         !VecTy && !IntTy &&
2925         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2926          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(NewAI.getAllocatedType()) ||
2927          !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2928
2929     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2930     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2931     // a no-op.
2932     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2933       // Ensure the start lines up.
2934       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2935
2936       // Rewrite the size as needed.
2937       if (NewEndOffset != EndOffset)
2938         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2939                                       NewEndOffset - NewBeginOffset));
2940       return false;
2941     }
2942     // Record this instruction for deletion.
2943     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2944
2945     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2946     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2947     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2948     if (AllocaInst *AI =
2949             dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets())) {
2950       assert(AI != &OldAI && AI != &NewAI &&
2951              "Splittable transfers cannot reach the same alloca on both ends.");
2952       Pass.Worklist.insert(AI);
2953     }
2954
2955     Type *OtherPtrTy = OtherPtr->getType();
2956     unsigned OtherAS = OtherPtrTy->getPointerAddressSpace();
2957
2958     // Compute the relative offset for the other pointer within the transfer.
2959     unsigned OffsetWidth = DL.getIndexSizeInBits(OtherAS);
2960     APInt OtherOffset(OffsetWidth, NewBeginOffset - BeginOffset);
2961     Align OtherAlign =
2962         assumeAligned(IsDest ? II.getSourceAlignment() : II.getDestAlignment());
2963     OtherAlign =
2964         commonAlignment(OtherAlign, OtherOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue());
2965
2966     if (EmitMemCpy) {
2967       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2968       // a single, simple GEP in most cases.
2969       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2970                                 OtherPtr->getName() + ".");
2971
2972       Value *OurPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2973       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2974       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2975
2976       Value *DestPtr, *SrcPtr;
2977       MaybeAlign DestAlign, SrcAlign;
2978       // Note: IsDest is true iff we're copying into the new alloca slice
2979       if (IsDest) {
2980         DestPtr = OurPtr;
2981         DestAlign = SliceAlign;
2982         SrcPtr = OtherPtr;
2983         SrcAlign = OtherAlign;
2984       } else {
2985         DestPtr = OtherPtr;
2986         DestAlign = OtherAlign;
2987         SrcPtr = OurPtr;
2988         SrcAlign = SliceAlign;
2989       }
2990       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(DestPtr, DestAlign, SrcPtr, SrcAlign,
2991                                        Size, II.isVolatile());
2992       if (AATags)
2993         New->setAAMetadata(AATags);
2994       LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2995       return false;
2996     }
2997
2998     bool IsWholeAlloca = NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2999                          NewEndOffset == NewAllocaEndOffset;
3000     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
3001     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(NewBeginOffset) : 0;
3002     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(NewEndOffset) : 0;
3003     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
3004     IntegerType *SubIntTy =
3005         IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size * 8) : nullptr;
3006
3007     // Reset the other pointer type to match the register type we're going to
3008     // use, but using the address space of the original other pointer.
3009     Type *OtherTy;
3010     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
3011       if (NumElements == 1)
3012         OtherTy = VecTy->getElementType();
3013       else
3014         OtherTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
3015     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
3016       OtherTy = SubIntTy;
3017     } else {
3018       OtherTy = NewAllocaTy;
3019     }
3020     OtherPtrTy = OtherTy->getPointerTo(OtherAS);
3021
3022     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
3023                                    OtherPtr->getName() + ".");
3024     MaybeAlign SrcAlign = OtherAlign;
3025     Value *DstPtr = &NewAI;
3026     MaybeAlign DstAlign = SliceAlign;
3027     if (!IsDest) {
3028       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
3029       std::swap(SrcAlign, DstAlign);
3030     }
3031
3032     Value *Src;
3033     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
3034       Src = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
3035                                   NewAI.getAlignment(), "load");
3036       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, "vec");
3037     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
3038       Src = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
3039                                   NewAI.getAlignment(), "load");
3040       Src = convertValue(DL, IRB, Src, IntTy);
3041       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
3042       Src = extractInteger(DL, IRB, Src, SubIntTy, Offset, "extract");
3043     } else {
3044       LoadInst *Load = IRB.CreateAlignedLoad(OtherTy, SrcPtr, SrcAlign,
3045                                              II.isVolatile(), "copyload");
3046       if (AATags)
3047         Load->setAAMetadata(AATags);
3048       Src = Load;
3049     }
3050
3051     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
3052       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
3053                                          NewAI.getAlignment(), "oldload");
3054       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, "vec");
3055     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
3056       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
3057                                          NewAI.getAlignment(), "oldload");
3058       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
3059       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
3060       Src = insertInteger(DL, IRB, Old, Src, Offset, "insert");
3061       Src = convertValue(DL, IRB, Src, NewAllocaTy);
3062     }
3063
3064     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
3065         IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, DstAlign, II.isVolatile()));
3066     if (AATags)
3067       Store->setAAMetadata(AATags);
3068     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
3069     return !II.isVolatile();
3070   }
3071
3072   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
3073     assert(II.isLifetimeStartOrEnd());
3074     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
3075     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
3076
3077     // Record this instruction for deletion.
3078     Pass.DeadInsts.insert(&II);
3079
3080     // Lifetime intrinsics are only promotable if they cover the whole alloca.
3081     // Therefore, we drop lifetime intrinsics which don't cover the whole
3082     // alloca.
3083     // (In theory, intrinsics which partially cover an alloca could be
3084     // promoted, but PromoteMemToReg doesn't handle that case.)
3085     // FIXME: Check whether the alloca is promotable before dropping the
3086     // lifetime intrinsics?
3087     if (NewBeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
3088         NewEndOffset != NewAllocaEndOffset)
3089       return true;
3090
3091     ConstantInt *Size =
3092         ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
3093                          NewEndOffset - NewBeginOffset);
3094     // Lifetime intrinsics always expect an i8* so directly get such a pointer
3095     // for the new alloca slice.
3096     Type *PointerTy = IRB.getInt8PtrTy(OldPtr->getType()->getPointerAddressSpace());
3097     Value *Ptr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, PointerTy);
3098     Value *New;
3099     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
3100       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
3101     else
3102       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
3103
3104     (void)New;
3105     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
3106
3107     return true;
3108   }
3109
3110   void fixLoadStoreAlign(Instruction &Root) {
3111     // This algorithm implements the same visitor loop as
3112     // hasUnsafePHIOrSelectUse, and fixes the alignment of each load
3113     // or store found.
3114     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
3115     SmallVector<Instruction *, 4> Uses;
3116     Visited.insert(&Root);
3117     Uses.push_back(&Root);
3118     do {
3119       Instruction *I = Uses.pop_back_val();
3120
3121       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3122         MaybeAlign LoadAlign = DL.getValueOrABITypeAlignment(
3123             MaybeAlign(LI->getAlignment()), LI->getType());
3124         LI->setAlignment(std::min(LoadAlign, getSliceAlign()));
3125         continue;
3126       }
3127       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
3128           Value *Op = SI->getOperand(0);
3129           MaybeAlign StoreAlign = DL.getValueOrABITypeAlignment(
3130               MaybeAlign(SI->getAlignment()), Op->getType());
3131           SI->setAlignment(std::min(StoreAlign, getSliceAlign()));
3132           continue;
3133       }
3134
3135       assert(isa<BitCastInst>(I) || isa<AddrSpaceCastInst>(I) ||
3136              isa<PHINode>(I) || isa<SelectInst>(I) ||
3137              isa<GetElementPtrInst>(I));
3138       for (User *U : I->users())
3139         if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)).second)
3140           Uses.push_back(cast<Instruction>(U));
3141     } while (!Uses.empty());
3142   }
3143
3144   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
3145     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
3146     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "PHIs are unsplittable");
3147     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "PHIs are unsplittable");
3148
3149     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
3150     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
3151     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
3152     // dominate the PHI.
3153     IRBuilderTy PtrBuilder(IRB);
3154     if (isa<PHINode>(OldPtr))
3155       PtrBuilder.SetInsertPoint(&*OldPtr->getParent()->getFirstInsertionPt());
3156     else
3157       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr);
3158     PtrBuilder.SetCurrentDebugLocation(OldPtr->getDebugLoc());
3159
3160     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
3161     // Replace the operands which were using the old pointer.
3162     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
3163
3164     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
3165     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
3166
3167     // Fix the alignment of any loads or stores using this PHI node.
3168     fixLoadStoreAlign(PN);
3169
3170     // PHIs can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
3171     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
3172     // fully-rewritten alloca.
3173     PHIUsers.insert(&PN);
3174     return true;
3175   }
3176
3177   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
3178     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
3179     assert((SI.getTrueValue() == OldPtr || SI.getFalseValue() == OldPtr) &&
3180            "Pointer isn't an operand!");
3181     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Selects are unsplittable");
3182     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "Selects are unsplittable");
3183
3184     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
3185     // Replace the operands which were using the old pointer.
3186     if (SI.getOperand(1) == OldPtr)
3187       SI.setOperand(1, NewPtr);
3188     if (SI.getOperand(2) == OldPtr)
3189       SI.setOperand(2, NewPtr);
3190
3191     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
3192     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
3193
3194     // Fix the alignment of any loads or stores using this select.
3195     fixLoadStoreAlign(SI);
3196
3197     // Selects can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
3198     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
3199     // fully-rewritten alloca.
3200     SelectUsers.insert(&SI);
3201     return true;
3202   }
3203 };
3204
3205 namespace {
3206
3207 /// Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
3208 ///
3209 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
3210 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
3211 /// with scalar loads and stores.
3212 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
3213   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
3214   friend class InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
3215
3216   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
3217   SmallVector<Use *, 8> Queue;
3218
3219   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
3220   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
3221
3222   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
3223   /// value (as opposed to the user).
3224   Use *U = nullptr;
3225
3226   /// Used to calculate offsets, and hence alignment, of subobjects.
3227   const DataLayout &DL;
3228
3229 public:
3230   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
3231
3232   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
3233   /// it.
3234   bool rewrite(Instruction &I) {
3235     LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
3236     enqueueUsers(I);
3237     bool Changed = false;
3238     while (!Queue.empty()) {
3239       U = Queue.pop_back_val();
3240       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
3241     }
3242     return Changed;
3243   }
3244
3245 private:
3246   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
3247   /// This uses a set to de-duplicate users.
3248   void enqueueUsers(Instruction &I) {
3249     for (Use &U : I.uses())
3250       if (Visited.insert(U.getUser()).second)
3251         Queue.push_back(&U);
3252   }
3253
3254   // Conservative default is to not rewrite anything.
3255   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
3256
3257   /// Generic recursive split emission class.
3258   template <typename Derived> class OpSplitter {
3259   protected:
3260     /// The builder used to form new instructions.
3261     IRBuilderTy IRB;
3262
3263     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
3264     /// appropriate value within the aggregate.
3265     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
3266
3267     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
3268     /// within the aggregate.
3269     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
3270
3271     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
3272     /// split operations.
3273     Value *Ptr;
3274
3275     /// The base pointee type being GEPed into.
3276     Type *BaseTy;
3277
3278     /// Known alignment of the base pointer.
3279     Align BaseAlign;
3280
3281     /// To calculate offset of each component so we can correctly deduce
3282     /// alignments.
3283     const DataLayout &DL;
3284
3285     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
3286     /// single zero GEP index.
3287     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr, Type *BaseTy,
3288                Align BaseAlign, const DataLayout &DL)
3289         : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr),
3290           BaseTy(BaseTy), BaseAlign(BaseAlign), DL(DL) {}
3291
3292   public:
3293     /// Generic recursive split emission routine.
3294     ///
3295     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
3296     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
3297     /// and emits that single value operation via the template argument.
3298     ///
3299     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
3300     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
3301     /// formatted differently (GEPs need actual values).
3302     ///
3303     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
3304     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
3305     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
3306     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3307       if (Ty->isSingleValueType()) {
3308         unsigned Offset = DL.getIndexedOffsetInType(BaseTy, GEPIndices);
3309         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(
3310             Ty, Agg, commonAlignment(BaseAlign, Offset), Name);
3311       }
3312
3313       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3314         unsigned OldSize = Indices.size();
3315         (void)OldSize;
3316         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
3317              ++Idx) {
3318           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3319           Indices.push_back(Idx);
3320           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3321           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3322           GEPIndices.pop_back();
3323           Indices.pop_back();
3324         }
3325         return;
3326       }
3327
3328       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3329         unsigned OldSize = Indices.size();
3330         (void)OldSize;
3331         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
3332              ++Idx) {
3333           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3334           Indices.push_back(Idx);
3335           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3336           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3337           GEPIndices.pop_back();
3338           Indices.pop_back();
3339         }
3340         return;
3341       }
3342
3343       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
3344     }
3345   };
3346
3347   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
3348     AAMDNodes AATags;
3349
3350     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr, Type *BaseTy,
3351                    AAMDNodes AATags, Align BaseAlign, const DataLayout &DL)
3352         : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr, BaseTy, BaseAlign,
3353                                      DL),
3354           AATags(AATags) {}
3355
3356     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
3357     /// recursive emission to actually load values.
3358     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, Align Alignment, const Twine &Name) {
3359       assert(Ty->isSingleValueType());
3360       // Load the single value and insert it using the indices.
3361       Value *GEP =
3362           IRB.CreateInBoundsGEP(BaseTy, Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
3363       LoadInst *Load =
3364           IRB.CreateAlignedLoad(Ty, GEP, Alignment.value(), Name + ".load");
3365       if (AATags)
3366         Load->setAAMetadata(AATags);
3367       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
3368       LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
3369     }
3370   };
3371
3372   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
3373     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
3374     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
3375       return false;
3376
3377     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
3378     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
3379     AAMDNodes AATags;
3380     LI.getAAMetadata(AATags);
3381     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U, LI.getType(), AATags,
3382                             getAdjustedAlignment(&LI, 0, DL), DL);
3383     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
3384     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
3385     LI.replaceAllUsesWith(V);
3386     LI.eraseFromParent();
3387     return true;
3388   }
3389
3390   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
3391     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr, Type *BaseTy,
3392                     AAMDNodes AATags, Align BaseAlign, const DataLayout &DL)
3393         : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr, BaseTy, BaseAlign,
3394                                       DL),
3395           AATags(AATags) {}
3396     AAMDNodes AATags;
3397     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
3398     /// recursive emission to actually produce stores.
3399     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, Align Alignment, const Twine &Name) {
3400       assert(Ty->isSingleValueType());
3401       // Extract the single value and store it using the indices.
3402       //
3403       // The gep and extractvalue values are factored out of the CreateStore
3404       // call to make the output independent of the argument evaluation order.
3405       Value *ExtractValue =
3406           IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract");
3407       Value *InBoundsGEP =
3408           IRB.CreateInBoundsGEP(BaseTy, Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
3409       StoreInst *Store =
3410           IRB.CreateAlignedStore(ExtractValue, InBoundsGEP, Alignment.value());
3411       if (AATags)
3412         Store->setAAMetadata(AATags);
3413       LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
3414     }
3415   };
3416
3417   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
3418     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
3419       return false;
3420     Value *V = SI.getValueOperand();
3421     if (V->getType()->isSingleValueType())
3422       return false;
3423
3424     // We have an aggregate being stored, split it apart.
3425     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
3426     AAMDNodes AATags;
3427     SI.getAAMetadata(AATags);
3428     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U, V->getType(), AATags,
3429                              getAdjustedAlignment(&SI, 0, DL), DL);
3430     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
3431     SI.eraseFromParent();
3432     return true;
3433   }
3434
3435   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
3436     enqueueUsers(BC);
3437     return false;
3438   }
3439
3440   bool visitAddrSpaceCastInst(AddrSpaceCastInst &ASC) {
3441     enqueueUsers(ASC);
3442     return false;
3443   }
3444
3445   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
3446     enqueueUsers(GEPI);
3447     return false;
3448   }
3449
3450   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
3451     enqueueUsers(PN);
3452     return false;
3453   }
3454
3455   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
3456     enqueueUsers(SI);
3457     return false;
3458   }
3459 };
3460
3461 } // end anonymous namespace
3462
3463 /// Strip aggregate type wrapping.
3464 ///
3465 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
3466 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
3467 /// size or the allocated size.
3468 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
3469   if (Ty->isSingleValueType())
3470     return Ty;
3471
3472   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
3473   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
3474
3475   Type *InnerTy;
3476   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3477     InnerTy = ArrTy->getElementType();
3478   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3479     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3480     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
3481     InnerTy = STy->getElementType(Index);
3482   } else {
3483     return Ty;
3484   }
3485
3486   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
3487       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
3488     return Ty;
3489
3490   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
3491 }
3492
3493 /// Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
3494 /// offset and size.
3495 ///
3496 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
3497 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
3498 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
3499 /// and the same for structs.
3500 ///
3501 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
3502 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
3503 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
3504 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
3505 /// return a type if necessary.
3506 static Type *getTypePartition(const DataLayout &DL, Type *Ty, uint64_t Offset,
3507                               uint64_t Size) {
3508   if (Offset == 0 && DL.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
3509     return stripAggregateTypeWrapping(DL, Ty);
3510   if (Offset > DL.getTypeAllocSize(Ty) ||
3511       (DL.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
3512     return nullptr;
3513
3514   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
3515     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
3516     uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3517     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
3518     if (NumSkippedElements >= SeqTy->getNumElements())
3519       return nullptr;
3520     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3521
3522     // First check if we need to recurse.
3523     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3524       // Bail if the partition ends in a different array element.
3525       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3526         return nullptr;
3527       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3528       return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3529     }
3530     assert(Offset == 0);
3531
3532     if (Size == ElementSize)
3533       return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3534     assert(Size > ElementSize);
3535     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3536     if (NumElements * ElementSize != Size)
3537       return nullptr;
3538     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3539   }
3540
3541   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3542   if (!STy)
3543     return nullptr;
3544
3545   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3546   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3547     return nullptr;
3548   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3549   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3550     return nullptr;
3551
3552   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3553   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3554
3555   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3556   uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3557   if (Offset >= ElementSize)
3558     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
3559
3560   // See if any partition must be contained by the element.
3561   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3562     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3563       return nullptr;
3564     return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3565   }
3566   assert(Offset == 0);
3567
3568   if (Size == ElementSize)
3569     return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3570
3571   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3572                                EE = STy->element_end();
3573   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3574     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3575     if (Index == EndIndex)
3576       return nullptr; // Within a single element and its padding.
3577
3578     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3579     // expected size.
3580     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3581     // sub-struct to find a natural end point.
3582     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3583       return nullptr;
3584
3585     assert(Index < EndIndex);
3586     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3587   }
3588
3589   // Try to build up a sub-structure.
3590   StructType *SubTy =
3591       StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE), STy->isPacked());
3592   const StructLayout *SubSL = DL.getStructLayout(SubTy);
3593   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3594     return nullptr; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3595
3596   return SubTy;
3597 }
3598
3599 /// Pre-split loads and stores to simplify rewriting.
3600 ///
3601 /// We want to break up the splittable load+store pairs as much as
3602 /// possible. This is important to do as a preprocessing step, as once we
3603 /// start rewriting the accesses to partitions of the alloca we lose the
3604 /// necessary information to correctly split apart paired loads and stores
3605 /// which both point into this alloca. The case to consider is something like
3606 /// the following:
3607 ///
3608 ///   %a = alloca [12 x i8]
3609 ///   %gep1 = getelementptr [12 x i8]* %a, i32 0, i32 0
3610 ///   %gep2 = getelementptr [12 x i8]* %a, i32 0, i32 4
3611 ///   %gep3 = getelementptr [12 x i8]* %a, i32 0, i32 8
3612 ///   %iptr1 = bitcast i8* %gep1 to i64*
3613 ///   %iptr2 = bitcast i8* %gep2 to i64*
3614 ///   %fptr1 = bitcast i8* %gep1 to float*
3615 ///   %fptr2 = bitcast i8* %gep2 to float*
3616 ///   %fptr3 = bitcast i8* %gep3 to float*
3617 ///   store float 0.0, float* %fptr1
3618 ///   store float 1.0, float* %fptr2
3619 ///   %v = load i64* %iptr1
3620 ///   store i64 %v, i64* %iptr2
3621 ///   %f1 = load float* %fptr2
3622 ///   %f2 = load float* %fptr3
3623 ///
3624 /// Here we want to form 3 partitions of the alloca, each 4 bytes large, and
3625 /// promote everything so we recover the 2 SSA values that should have been
3626 /// there all along.
3627 ///
3628 /// \returns true if any changes are made.
3629 bool SROA::presplitLoadsAndStores(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS) {
3630   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Pre-splitting loads and stores\n");
3631
3632   // Track the loads and stores which are candidates for pre-splitting here, in
3633   // the order they first appear during the partition scan. These give stable
3634   // iteration order and a basis for tracking which loads and stores we
3635   // actually split.
3636   SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
3637   SmallVector<StoreInst *, 4> Stores;
3638
3639   // We need to accumulate the splits required of each load or store where we
3640   // can find them via a direct lookup. This is important to cross-check loads
3641   // and stores against each other. We also track the slice so that we can kill
3642   // all the slices that end up split.
3643   struct SplitOffsets {
3644     Slice *S;
3645     std::vector<uint64_t> Splits;
3646   };
3647   SmallDenseMap<Instruction *, SplitOffsets, 8> SplitOffsetsMap;
3648
3649   // Track loads out of this alloca which cannot, for any reason, be pre-split.
3650   // This is important as we also cannot pre-split stores of those loads!
3651   // FIXME: This is all pretty gross. It means that we can be more aggressive
3652   // in pre-splitting when the load feeding the store happens to come from
3653   // a separate alloca. Put another way, the effectiveness of SROA would be
3654   // decreased by a frontend which just concatenated all of its local allocas
3655   // into one big flat alloca. But defeating such patterns is exactly the job
3656   // SROA is tasked with! Sadly, to not have this discrepancy we would have
3657   // change store pre-splitting to actually force pre-splitting of the load
3658   // that feeds it *and all stores*. That makes pre-splitting much harder, but
3659   // maybe it would make it more principled?
3660   SmallPtrSet<LoadInst *, 8> UnsplittableLoads;
3661
3662   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Searching for candidate loads and stores\n");
3663   for (auto &P : AS.partitions()) {
3664     for (Slice &S : P) {
3665       Instruction *I = cast<Instruction>(S.getUse()->getUser());
3666       if (!S.isSplittable() || S.endOffset() <= P.endOffset()) {
3667         // If this is a load we have to track that it can't participate in any
3668         // pre-splitting. If this is a store of a load we have to track that
3669         // that load also can't participate in any pre-splitting.
3670         if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
3671           UnsplittableLoads.insert(LI);
3672         else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
3673           if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(SI->getValueOperand()))
3674             UnsplittableLoads.insert(LI);
3675         continue;
3676       }
3677       assert(P.endOffset() > S.beginOffset() &&
3678              "Empty or backwards partition!");
3679
3680       // Determine if this is a pre-splittable slice.
3681       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3682         assert(!LI->isVolatile() && "Cannot split volatile loads!");
3683
3684         // The load must be used exclusively to store into other pointers for
3685         // us to be able to arbitrarily pre-split it. The stores must also be
3686         // simple to avoid changing semantics.
3687         auto IsLoadSimplyStored = [](LoadInst *LI) {
3688           for (User *LU : LI->users()) {
3689             auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(LU);
3690             if (!SI || !SI->isSimple())
3691               return false;
3692           }
3693           return true;
3694         };
3695         if (!IsLoadSimplyStored(LI)) {
3696           UnsplittableLoads.insert(LI);
3697           continue;
3698         }
3699
3700         Loads.push_back(LI);
3701       } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
3702         if (S.getUse() != &SI->getOperandUse(SI->getPointerOperandIndex()))
3703           // Skip stores *of* pointers. FIXME: This shouldn't even be possible!
3704           continue;
3705         auto *StoredLoad = dyn_cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3706         if (!StoredLoad || !StoredLoad->isSimple())
3707           continue;
3708         assert(!SI->isVolatile() && "Cannot split volatile stores!");
3709
3710         Stores.push_back(SI);
3711       } else {
3712         // Other uses cannot be pre-split.
3713         continue;
3714       }
3715
3716       // Record the initial split.
3717       LLVM_DEBUG(dbgs() << "    Candidate: " << *I << "\n");
3718       auto &Offsets = SplitOffsetsMap[I];
3719       assert(Offsets.Splits.empty() &&
3720              "Should not have splits the first time we see an instruction!");
3721       Offsets.S = &S;
3722       Offsets.Splits.push_back(P.endOffset() - S.beginOffset());
3723     }
3724
3725     // Now scan the already split slices, and add a split for any of them which
3726     // we're going to pre-split.
3727     for (Slice *S : P.splitSliceTails()) {
3728       auto SplitOffsetsMapI =
3729           SplitOffsetsMap.find(cast<Instruction>(S->getUse()->getUser()));
3730       if (SplitOffsetsMapI == SplitOffsetsMap.end())
3731         continue;
3732       auto &Offsets = SplitOffsetsMapI->second;
3733
3734       assert(Offsets.S == S && "Found a mismatched slice!");
3735       assert(!Offsets.Splits.empty() &&
3736              "Cannot have an empty set of splits on the second partition!");
3737       assert(Offsets.Splits.back() ==
3738                  P.beginOffset() - Offsets.S->beginOffset() &&
3739              "Previous split does not end where this one begins!");
3740
3741       // Record each split. The last partition's end isn't needed as the size
3742       // of the slice dictates that.
3743       if (S->endOffset() > P.endOffset())
3744         Offsets.Splits.push_back(P.endOffset() - Offsets.S->beginOffset());
3745     }
3746   }
3747
3748   // We may have split loads where some of their stores are split stores. For
3749   // such loads and stores, we can only pre-split them if their splits exactly
3750   // match relative to their starting offset. We have to verify this prior to
3751   // any rewriting.
3752   Stores.erase(
3753       llvm::remove_if(Stores,
3754                       [&UnsplittableLoads, &SplitOffsetsMap](StoreInst *SI) {
3755                         // Lookup the load we are storing in our map of split
3756                         // offsets.
3757                         auto *LI = cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3758                         // If it was completely unsplittable, then we're done,
3759                         // and this store can't be pre-split.
3760                         if (UnsplittableLoads.count(LI))
3761                           return true;
3762
3763                         auto LoadOffsetsI = SplitOffsetsMap.find(LI);
3764                         if (LoadOffsetsI == SplitOffsetsMap.end())
3765                           return false; // Unrelated loads are definitely safe.
3766                         auto &LoadOffsets = LoadOffsetsI->second;
3767
3768                         // Now lookup the store's offsets.
3769                         auto &StoreOffsets = SplitOffsetsMap[SI];
3770
3771                         // If the relative offsets of each split in the load and
3772                         // store match exactly, then we can split them and we
3773                         // don't need to remove them here.
3774                         if (LoadOffsets.Splits == StoreOffsets.Splits)
3775                           return false;
3776
3777                         LLVM_DEBUG(
3778                             dbgs()
3779                             << "    Mismatched splits for load and store:\n"
3780                             << "      " << *LI << "\n"
3781                             << "      " << *SI << "\n");
3782
3783                         // We've found a store and load that we need to split
3784                         // with mismatched relative splits. Just give up on them
3785                         // and remove both instructions from our list of
3786                         // candidates.
3787                         UnsplittableLoads.insert(LI);
3788                         return true;
3789                       }),
3790       Stores.end());
3791   // Now we have to go *back* through all the stores, because a later store may
3792   // have caused an earlier store's load to become unsplittable and if it is
3793   // unsplittable for the later store, then we can't rely on it being split in
3794   // the earlier store either.
3795   Stores.erase(llvm::remove_if(Stores,
3796                                [&UnsplittableLoads](StoreInst *SI) {
3797                                  auto *LI =
3798                                      cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3799                                  return UnsplittableLoads.count(LI);
3800                                }),
3801                Stores.end());
3802   // Once we've established all the loads that can't be split for some reason,
3803   // filter any that made it into our list out.
3804   Loads.erase(llvm::remove_if(Loads,
3805                               [&UnsplittableLoads](LoadInst *LI) {
3806                                 return UnsplittableLoads.count(LI);
3807                               }),
3808               Loads.end());
3809
3810   // If no loads or stores are left, there is no pre-splitting to be done for
3811   // this alloca.
3812   if (Loads.empty() && Stores.empty())
3813     return false;
3814
3815   // From here on, we can't fail and will be building new accesses, so rig up
3816   // an IR builder.
3817   IRBuilderTy IRB(&AI);
3818
3819   // Collect the new slices which we will merge into the alloca slices.
3820   SmallVector<Slice, 4> NewSlices;
3821
3822   // Track any allocas we end up splitting loads and stores for so we iterate
3823   // on them.
3824   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> ResplitPromotableAllocas;
3825
3826   // At this point, we have collected all of the loads and stores we can
3827   // pre-split, and the specific splits needed for them. We actually do the
3828   // splitting in a specific order in order to handle when one of the loads in
3829   // the value operand to one of the stores.
3830   //
3831   // First, we rewrite all of the split loads, and just accumulate each split
3832   // load in a parallel structure. We also build the slices for them and append
3833   // them to the alloca slices.
3834   SmallDenseMap<LoadInst *, std::vector<LoadInst *>, 1> SplitLoadsMap;
3835   std::vector<LoadInst *> SplitLoads;
3836   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
3837   for (LoadInst *LI : Loads) {
3838     SplitLoads.clear();
3839
3840     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(LI->getType());
3841     uint64_t LoadSize = Ty->getBitWidth() / 8;
3842     assert(LoadSize > 0 && "Cannot have a zero-sized integer load!");
3843
3844     auto &Offsets = SplitOffsetsMap[LI];
3845     assert(LoadSize == Offsets.S->endOffset() - Offsets.S->beginOffset() &&
3846            "Slice size should always match load size exactly!");
3847     uint64_t BaseOffset = Offsets.S->beginOffset();
3848     assert(BaseOffset + LoadSize > BaseOffset &&
3849            "Cannot represent alloca access size using 64-bit integers!");
3850
3851     Instruction *BasePtr = cast<Instruction>(LI->getPointerOperand());
3852     IRB.SetInsertPoint(LI);
3853
3854     LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Splitting load: " << *LI << "\n");
3855
3856     uint64_t PartOffset = 0, PartSize = Offsets.Splits.front();
3857     int Idx = 0, Size = Offsets.Splits.size();
3858     for (;;) {
3859       auto *PartTy = Type::getIntNTy(Ty->getContext(), PartSize * 8);
3860       auto AS = LI->getPointerAddressSpace();
3861       auto *PartPtrTy = PartTy->getPointerTo(AS);
3862       LoadInst *PLoad = IRB.CreateAlignedLoad(
3863           PartTy,
3864           getAdjustedPtr(IRB, DL, BasePtr,
3865                          APInt(DL.getIndexSizeInBits(AS), PartOffset),
3866                          PartPtrTy, BasePtr->getName() + "."),
3867           getAdjustedAlignment(LI, PartOffset, DL).value(),
3868           /*IsVolatile*/ false, LI->getName());
3869       PLoad->copyMetadata(*LI, {LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access,
3870                                 LLVMContext::MD_access_group});
3871
3872       // Append this load onto the list of split loads so we can find it later
3873       // to rewrite the stores.
3874       SplitLoads.push_back(PLoad);
3875
3876       // Now build a new slice for the alloca.
3877       NewSlices.push_back(
3878           Slice(BaseOffset + PartOffset, BaseOffset + PartOffset + PartSize,
3879                 &PLoad->getOperandUse(PLoad->getPointerOperandIndex()),
3880                 /*IsSplittable*/ false));
3881       LLVM_DEBUG(dbgs() << "    new slice [" << NewSlices.back().beginOffset()
3882                         << ", " << NewSlices.back().endOffset()
3883                         << "): " << *PLoad << "\n");
3884
3885       // See if we've handled all the splits.
3886       if (Idx >= Size)
3887         break;
3888
3889       // Setup the next partition.
3890       PartOffset = Offsets.Splits[Idx];
3891       ++Idx;
3892       PartSize = (Idx < Size ? Offsets.Splits[Idx] : LoadSize) - PartOffset;
3893     }
3894
3895     // Now that we have the split loads, do the slow walk over all uses of the
3896     // load and rewrite them as split stores, or save the split loads to use
3897     // below if the store is going to be split there anyways.
3898     bool DeferredStores = false;
3899     for (User *LU : LI->users()) {
3900       StoreInst *SI = cast<StoreInst>(LU);
3901       if (!Stores.empty() && SplitOffsetsMap.count(SI)) {
3902         DeferredStores = true;
3903         LLVM_DEBUG(dbgs() << "    Deferred splitting of store: " << *SI
3904                           << "\n");
3905         continue;
3906       }
3907
3908       Value *StoreBasePtr = SI->getPointerOperand();
3909       IRB.SetInsertPoint(SI);
3910
3911       LLVM_DEBUG(dbgs() << "    Splitting store of load: " << *SI << "\n");
3912
3913       for (int Idx = 0, Size = SplitLoads.size(); Idx < Size; ++Idx) {
3914         LoadInst *PLoad = SplitLoads[Idx];
3915         uint64_t PartOffset = Idx == 0 ? 0 : Offsets.Splits[Idx - 1];
3916         auto *PartPtrTy =
3917             PLoad->getType()->getPointerTo(SI->getPointerAddressSpace());
3918
3919         auto AS = SI->getPointerAddressSpace();
3920         StoreInst *PStore = IRB.CreateAlignedStore(
3921             PLoad,
3922             getAdjustedPtr(IRB, DL, StoreBasePtr,
3923                            APInt(DL.getIndexSizeInBits(AS), PartOffset),
3924                            PartPtrTy, StoreBasePtr->getName() + "."),
3925             getAdjustedAlignment(SI, PartOffset, DL).value(),
3926             /*IsVolatile*/ false);
3927         PStore->copyMetadata(*LI, {LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access,
3928                                    LLVMContext::MD_access_group});
3929         LLVM_DEBUG(dbgs() << "      +" << PartOffset << ":" << *PStore << "\n");
3930       }
3931
3932       // We want to immediately iterate on any allocas impacted by splitting
3933       // this store, and we have to track any promotable alloca (indicated by
3934       // a direct store) as needing to be resplit because it is no longer
3935       // promotable.
3936       if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(StoreBasePtr)) {
3937         ResplitPromotableAllocas.insert(OtherAI);
3938         Worklist.insert(OtherAI);
3939       } else if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(
3940                      StoreBasePtr->stripInBoundsOffsets())) {
3941         Worklist.insert(OtherAI);
3942       }
3943
3944       // Mark the original store as dead.
3945       DeadInsts.insert(SI);
3946     }
3947
3948     // Save the split loads if there are deferred stores among the users.
3949     if (DeferredStores)
3950       SplitLoadsMap.insert(std::make_pair(LI, std::move(SplitLoads)));
3951
3952     // Mark the original load as dead and kill the original slice.
3953     DeadInsts.insert(LI);
3954     Offsets.S->kill();
3955   }
3956
3957   // Second, we rewrite all of the split stores. At this point, we know that
3958   // all loads from this alloca have been split already. For stores of such
3959   // loads, we can simply look up the pre-existing split loads. For stores of
3960   // other loads, we split those loads first and then write split stores of
3961   // them.
3962   for (StoreInst *SI : Stores) {
3963     auto *LI = cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3964     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(LI->getType());
3965     uint64_t StoreSize = Ty->getBitWidth() / 8;
3966     assert(StoreSize > 0 && "Cannot have a zero-sized integer store!");
3967
3968     auto &Offsets = SplitOffsetsMap[SI];
3969     assert(StoreSize == Offsets.S->endOffset() - Offsets.S->beginOffset() &&
3970            "Slice size should always match load size exactly!");
3971     uint64_t BaseOffset = Offsets.S->beginOffset();
3972     assert(BaseOffset + StoreSize > BaseOffset &&
3973            "Cannot represent alloca access size using 64-bit integers!");
3974
3975     Value *LoadBasePtr = LI->getPointerOperand();
3976     Instruction *StoreBasePtr = cast<Instruction>(SI->getPointerOperand());
3977
3978     LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Splitting store: " << *SI << "\n");
3979
3980     // Check whether we have an already split load.
3981     auto SplitLoadsMapI = SplitLoadsMap.find(LI);
3982     std::vector<LoadInst *> *SplitLoads = nullptr;
3983     if (SplitLoadsMapI != SplitLoadsMap.end()) {
3984       SplitLoads = &SplitLoadsMapI->second;
3985       assert(SplitLoads->size() == Offsets.Splits.size() + 1 &&
3986              "Too few split loads for the number of splits in the store!");
3987     } else {
3988       LLVM_DEBUG(dbgs() << "          of load: " << *LI << "\n");
3989     }
3990
3991     uint64_t PartOffset = 0, PartSize = Offsets.Splits.front();
3992     int Idx = 0, Size = Offsets.Splits.size();
3993     for (;;) {
3994       auto *PartTy = Type::getIntNTy(Ty->getContext(), PartSize * 8);
3995       auto *LoadPartPtrTy = PartTy->getPointerTo(LI->getPointerAddressSpace());
3996       auto *StorePartPtrTy = PartTy->getPointerTo(SI->getPointerAddressSpace());
3997
3998       // Either lookup a split load or create one.
3999       LoadInst *PLoad;
4000       if (SplitLoads) {
4001         PLoad = (*SplitLoads)[Idx];
4002       } else {
4003         IRB.SetInsertPoint(LI);
4004         auto AS = LI->getPointerAddressSpace();
4005         PLoad = IRB.CreateAlignedLoad(
4006             PartTy,
4007             getAdjustedPtr(IRB, DL, LoadBasePtr,
4008                            APInt(DL.getIndexSizeInBits(AS), PartOffset),
4009                            LoadPartPtrTy, LoadBasePtr->getName() + "."),
4010             getAdjustedAlignment(LI, PartOffset, DL).value(),
4011             /*IsVolatile*/ false, LI->getName());
4012       }
4013
4014       // And store this partition.
4015       IRB.SetInsertPoint(SI);
4016       auto AS = SI->getPointerAddressSpace();
4017       StoreInst *PStore = IRB.CreateAlignedStore(
4018           PLoad,
4019           getAdjustedPtr(IRB, DL, StoreBasePtr,
4020                          APInt(DL.getIndexSizeInBits(AS), PartOffset),
4021                          StorePartPtrTy, StoreBasePtr->getName() + "."),
4022           getAdjustedAlignment(SI, PartOffset, DL).value(),
4023           /*IsVolatile*/ false);
4024
4025       // Now build a new slice for the alloca.
4026       NewSlices.push_back(
4027           Slice(BaseOffset + PartOffset, BaseOffset + PartOffset + PartSize,
4028                 &PStore->getOperandUse(PStore->getPointerOperandIndex()),
4029                 /*IsSplittable*/ false));
4030       LLVM_DEBUG(dbgs() << "    new slice [" << NewSlices.back().beginOffset()
4031                         << ", " << NewSlices.back().endOffset()
4032                         << "): " << *PStore << "\n");
4033       if (!SplitLoads) {
4034         LLVM_DEBUG(dbgs() << "      of split load: " << *PLoad << "\n");
4035       }
4036
4037       // See if we've finished all the splits.
4038       if (Idx >= Size)
4039         break;
4040
4041       // Setup the next partition.
4042       PartOffset = Offsets.Splits[Idx];
4043       ++Idx;
4044       PartSize = (Idx < Size ? Offsets.Splits[Idx] : StoreSize) - PartOffset;
4045     }
4046
4047     // We want to immediately iterate on any allocas impacted by splitting
4048     // this load, which is only relevant if it isn't a load of this alloca and
4049     // thus we didn't already split the loads above. We also have to keep track
4050     // of any promotable allocas we split loads on as they can no longer be
4051     // promoted.
4052     if (!SplitLoads) {
4053       if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(LoadBasePtr)) {
4054         assert(OtherAI != &AI && "We can't re-split our own alloca!");
4055         ResplitPromotableAllocas.insert(OtherAI);
4056         Worklist.insert(OtherAI);
4057       } else if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(
4058                      LoadBasePtr->stripInBoundsOffsets())) {
4059         assert(OtherAI != &AI && "We can't re-split our own alloca!");
4060         Worklist.insert(OtherAI);
4061       }
4062     }
4063
4064     // Mark the original store as dead now that we've split it up and kill its
4065     // slice. Note that we leave the original load in place unless this store
4066     // was its only use. It may in turn be split up if it is an alloca load
4067     // for some other alloca, but it may be a normal load. This may introduce
4068     // redundant loads, but where those can be merged the rest of the optimizer
4069     // should handle the merging, and this uncovers SSA splits which is more
4070     // important. In practice, the original loads will almost always be fully
4071     // split and removed eventually, and the splits will be merged by any
4072     // trivial CSE, including instcombine.
4073     if (LI->hasOneUse()) {
4074       assert(*LI->user_begin() == SI && "Single use isn't this store!");
4075       DeadInsts.insert(LI);
4076     }
4077     DeadInsts.insert(SI);
4078     Offsets.S->kill();
4079   }
4080
4081   // Remove the killed slices that have ben pre-split.
4082   AS.erase(llvm::remove_if(AS, [](const Slice &S) { return S.isDead(); }),
4083            AS.end());
4084
4085   // Insert our new slices. This will sort and merge them into the sorted
4086   // sequence.
4087   AS.insert(NewSlices);
4088
4089   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Pre-split slices:\n");
4090 #ifndef NDEBUG
4091   for (auto I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
4092     LLVM_DEBUG(AS.print(dbgs(), I, "    "));
4093 #endif
4094
4095   // Finally, don't try to promote any allocas that new require re-splitting.
4096   // They have already been added to the worklist above.
4097   PromotableAllocas.erase(
4098       llvm::remove_if(
4099           PromotableAllocas,
4100           [&](AllocaInst *AI) { return ResplitPromotableAllocas.count(AI); }),
4101       PromotableAllocas.end());
4102
4103   return true;
4104 }
4105
4106 /// Rewrite an alloca partition's users.
4107 ///
4108 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
4109 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
4110 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
4111 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
4112 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
4113 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
4114 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
4115 /// promoted.
4116 AllocaInst *SROA::rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS,
4117                                    Partition &P) {
4118   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
4119   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
4120   // or an i8 array of an appropriate size.
4121   Type *SliceTy = nullptr;
4122   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
4123   if (Type *CommonUseTy = findCommonType(P.begin(), P.end(), P.endOffset()))
4124     if (DL.getTypeAllocSize(CommonUseTy) >= P.size())
4125       SliceTy = CommonUseTy;
4126   if (!SliceTy)
4127     if (Type *TypePartitionTy = getTypePartition(DL, AI.getAllocatedType(),
4128                                                  P.beginOffset(), P.size()))
4129       SliceTy = TypePartitionTy;
4130   if ((!SliceTy || (SliceTy->isArrayTy() &&
4131                     SliceTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
4132       DL.isLegalInteger(P.size() * 8))
4133     SliceTy = Type::getIntNTy(*C, P.size() * 8);
4134   if (!SliceTy)
4135     SliceTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), P.size());
4136   assert(DL.getTypeAllocSize(SliceTy) >= P.size());
4137
4138   bool IsIntegerPromotable = isIntegerWideningViable(P, SliceTy, DL);
4139
4140   VectorType *VecTy =
4141       IsIntegerPromotable ? nullptr : isVectorPromotionViable(P, DL);
4142   if (VecTy)
4143     SliceTy = VecTy;
4144
4145   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
4146   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
4147   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
4148   // perform phi and select speculation.
4149   // P.beginOffset() can be non-zero even with the same type in a case with
4150   // out-of-bounds access (e.g. @PR35657 function in SROA/basictest.ll).
4151   AllocaInst *NewAI;
4152   if (SliceTy == AI.getAllocatedType() && P.beginOffset() == 0) {
4153     NewAI = &AI;
4154     // FIXME: We should be able to bail at this point with "nothing changed".
4155     // FIXME: We might want to defer PHI speculation until after here.
4156     // FIXME: return nullptr;
4157   } else {
4158     // If alignment is unspecified we fallback on the one required by the ABI
4159     // for this type. We also make sure the alignment is compatible with
4160     // P.beginOffset().
4161     const Align Alignment = commonAlignment(
4162         DL.getValueOrABITypeAlignment(MaybeAlign(AI.getAlignment()),
4163                                       AI.getAllocatedType()),
4164         P.beginOffset());
4165     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
4166     // the alloca's alignment unconstrained.
4167     const bool IsUnconstrained = Alignment <= DL.getABITypeAlignment(SliceTy);
4168     NewAI = new AllocaInst(
4169         SliceTy, AI.getType()->getAddressSpace(), nullptr,
4170         IsUnconstrained ? MaybeAlign() : Alignment,
4171         AI.getName() + ".sroa." + Twine(P.begin() - AS.begin()), &AI);
4172     // Copy the old AI debug location over to the new one.
4173     NewAI->setDebugLoc(AI.getDebugLoc());
4174     ++NumNewAllocas;
4175   }
4176
4177   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
4178                     << "[" << P.beginOffset() << "," << P.endOffset()
4179                     << ") to: " << *NewAI << "\n");
4180
4181   // Track the high watermark on the worklist as it is only relevant for
4182   // promoted allocas. We will reset it to this point if the alloca is not in
4183   // fact scheduled for promotion.
4184   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
4185   unsigned NumUses = 0;
4186   SmallSetVector<PHINode *, 8> PHIUsers;
4187   SmallSetVector<SelectInst *, 8> SelectUsers;
4188
4189   AllocaSliceRewriter Rewriter(DL, AS, *this, AI, *NewAI, P.beginOffset(),
4190                                P.endOffset(), IsIntegerPromotable, VecTy,
4191                                PHIUsers, SelectUsers);
4192   bool Promotable = true;
4193   for (Slice *S : P.splitSliceTails()) {
4194     Promotable &= Rewriter.visit(S);
4195     ++NumUses;
4196   }
4197   for (Slice &S : P) {
4198     Promotable &= Rewriter.visit(&S);
4199     ++NumUses;
4200   }
4201
4202   NumAllocaPartitionUses += NumUses;
4203   MaxUsesPerAllocaPartition.updateMax(NumUses);
4204
4205   // Now that we've processed all the slices in the new partition, check if any
4206   // PHIs or Selects would block promotion.
4207   for (PHINode *PHI : PHIUsers)
4208     if (!isSafePHIToSpeculate(*PHI)) {
4209       Promotable = false;
4210       PHIUsers.clear();
4211       SelectUsers.clear();
4212       break;
4213     }
4214
4215   for (SelectInst *Sel : SelectUsers)
4216     if (!isSafeSelectToSpeculate(*Sel)) {
4217       Promotable = false;
4218       PHIUsers.clear();
4219       SelectUsers.clear();
4220       break;
4221     }
4222
4223   if (Promotable) {
4224     if (PHIUsers.empty() && SelectUsers.empty()) {
4225       // Promote the alloca.
4226       PromotableAllocas.push_back(NewAI);
4227     } else {
4228       // If we have either PHIs or Selects to speculate, add them to those
4229       // worklists and re-queue the new alloca so that we promote in on the
4230       // next iteration.
4231       for (PHINode *PHIUser : PHIUsers)
4232         SpeculatablePHIs.insert(PHIUser);
4233       for (SelectInst *SelectUser : SelectUsers)
4234         SpeculatableSelects.insert(SelectUser);
4235       Worklist.insert(NewAI);
4236     }
4237   } else {
4238     // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
4239     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
4240       PostPromotionWorklist.pop_back();
4241
4242     // We couldn't promote and we didn't create a new partition, nothing
4243     // happened.
4244     if (NewAI == &AI)
4245       return nullptr;
4246
4247     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
4248     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
4249     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
4250     Worklist.insert(NewAI);
4251   }
4252
4253   return NewAI;
4254 }
4255
4256 /// Walks the slices of an alloca and form partitions based on them,
4257 /// rewriting each of their uses.
4258 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS) {
4259   if (AS.begin() == AS.end())
4260     return false;
4261
4262   unsigned NumPartitions = 0;
4263   bool Changed = false;
4264   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
4265
4266   // First try to pre-split loads and stores.
4267   Changed |= presplitLoadsAndStores(AI, AS);
4268
4269   // Now that we have identified any pre-splitting opportunities,
4270   // mark loads and stores unsplittable except for the following case.
4271   // We leave a slice splittable if all other slices are disjoint or fully
4272   // included in the slice, such as whole-alloca loads and stores.
4273   // If we fail to split these during pre-splitting, we want to force them
4274   // to be rewritten into a partition.
4275   bool IsSorted = true;
4276
4277   uint64_t AllocaSize = DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType());
4278   const uint64_t MaxBitVectorSize = 1024;
4279   if (AllocaSize <= MaxBitVectorSize) {
4280     // If a byte boundary is included in any load or store, a slice starting or
4281     // ending at the boundary is not splittable.
4282     SmallBitVector SplittableOffset(AllocaSize + 1, true);
4283     for (Slice &S : AS)
4284       for (unsigned O = S.beginOffset() + 1;
4285            O < S.endOffset() && O < AllocaSize; O++)
4286         SplittableOffset.reset(O);
4287
4288     for (Slice &S : AS) {
4289       if (!S.isSplittable())
4290         continue;
4291
4292       if ((S.beginOffset() > AllocaSize || SplittableOffset[S.beginOffset()]) &&
4293           (S.endOffset() > AllocaSize || SplittableOffset[S.endOffset()]))
4294         continue;
4295
4296       if (isa<LoadInst>(S.getUse()->getUser()) ||
4297           isa<StoreInst>(S.getUse()->getUser())) {
4298         S.makeUnsplittable();
4299         IsSorted = false;
4300       }
4301     }
4302   }
4303   else {
4304     // We only allow whole-alloca splittable loads and stores
4305     // for a large alloca to avoid creating too large BitVector.
4306     for (Slice &S : AS) {
4307       if (!S.isSplittable())
4308         continue;
4309
4310       if (S.beginOffset() == 0 && S.endOffset() >= AllocaSize)
4311         continue;
4312
4313       if (isa<LoadInst>(S.getUse()->getUser()) ||
4314           isa<StoreInst>(S.getUse()->getUser())) {
4315         S.makeUnsplittable();
4316         IsSorted = false;
4317       }
4318     }
4319   }
4320
4321   if (!IsSorted)
4322     llvm::sort(AS);
4323
4324   /// Describes the allocas introduced by rewritePartition in order to migrate
4325   /// the debug info.
4326   struct Fragment {
4327     AllocaInst *Alloca;
4328     uint64_t Offset;
4329     uint64_t Size;
4330     Fragment(AllocaInst *AI, uint64_t O, uint64_t S)
4331       : Alloca(AI), Offset(O), Size(S) {}
4332   };
4333   SmallVector<Fragment, 4> Fragments;
4334
4335   // Rewrite each partition.
4336   for (auto &P : AS.partitions()) {
4337     if (AllocaInst *NewAI = rewritePartition(AI, AS, P)) {
4338       Changed = true;
4339       if (NewAI != &AI) {
4340         uint64_t SizeOfByte = 8;
4341         uint64_t AllocaSize = DL.getTypeSizeInBits(NewAI->getAllocatedType());
4342         // Don't include any padding.
4343         uint64_t Size = std::min(AllocaSize, P.size() * SizeOfByte);
4344         Fragments.push_back(Fragment(NewAI, P.beginOffset() * SizeOfByte, Size));
4345       }
4346     }
4347     ++NumPartitions;
4348   }
4349
4350   NumAllocaPartitions += NumPartitions;
4351   MaxPartitionsPerAlloca.updateMax(NumPartitions);
4352
4353   // Migrate debug information from the old alloca to the new alloca(s)
4354   // and the individual partitions.
4355   TinyPtrVector<DbgVariableIntrinsic *> DbgDeclares = FindDbgAddrUses(&AI);
4356   if (!DbgDeclares.empty()) {
4357     auto *Var = DbgDeclares.front()->getVariable();
4358     auto *Expr = DbgDeclares.front()->getExpression();
4359     auto VarSize = Var->getSizeInBits();
4360     DIBuilder DIB(*AI.getModule(), /*AllowUnresolved*/ false);
4361     uint64_t AllocaSize = DL.getTypeSizeInBits(AI.getAllocatedType());
4362     for (auto Fragment : Fragments) {
4363       // Create a fragment expression describing the new partition or reuse AI's
4364       // expression if there is only one partition.
4365       auto *FragmentExpr = Expr;
4366       if (Fragment.Size < AllocaSize || Expr->isFragment()) {
4367         // If this alloca is already a scalar replacement of a larger aggregate,
4368         // Fragment.Offset describes the offset inside the scalar.
4369         auto ExprFragment = Expr->getFragmentInfo();
4370         uint64_t Offset = ExprFragment ? ExprFragment->OffsetInBits : 0;
4371         uint64_t Start = Offset + Fragment.Offset;
4372         uint64_t Size = Fragment.Size;
4373         if (ExprFragment) {
4374           uint64_t AbsEnd =
4375               ExprFragment->OffsetInBits + ExprFragment->SizeInBits;
4376           if (Start >= AbsEnd)
4377             // No need to describe a SROAed padding.
4378             continue;
4379           Size = std::min(Size, AbsEnd - Start);
4380         }
4381         // The new, smaller fragment is stenciled out from the old fragment.
4382         if (auto OrigFragment = FragmentExpr->getFragmentInfo()) {
4383           assert(Start >= OrigFragment->OffsetInBits &&
4384                  "new fragment is outside of original fragment");
4385           Start -= OrigFragment->OffsetInBits;
4386         }
4387
4388         // The alloca may be larger than the variable.
4389         if (VarSize) {
4390           if (Size > *VarSize)
4391             Size = *VarSize;
4392           if (Size == 0 || Start + Size > *VarSize)
4393             continue;
4394         }
4395
4396         // Avoid creating a fragment expression that covers the entire variable.
4397         if (!VarSize || *VarSize != Size) {
4398           if (auto E =
4399                   DIExpression::createFragmentExpression(Expr, Start, Size))
4400             FragmentExpr = *E;
4401           else
4402             continue;
4403         }
4404       }
4405
4406       // Remove any existing intrinsics describing the same alloca.
4407       for (DbgVariableIntrinsic *OldDII : FindDbgAddrUses(Fragment.Alloca))
4408         OldDII->eraseFromParent();
4409
4410       DIB.insertDeclare(Fragment.Alloca, Var, FragmentExpr,
4411                         DbgDeclares.front()->getDebugLoc(), &AI);
4412     }
4413   }
4414   return Changed;
4415 }
4416
4417 /// Clobber a use with undef, deleting the used value if it becomes dead.
4418 void SROA::clobberUse(Use &U) {
4419   Value *OldV = U;
4420   // Replace the use with an undef value.
4421   U = UndefValue::get(OldV->getType());
4422
4423   // Check for this making an instruction dead. We have to garbage collect
4424   // all the dead instructions to ensure the uses of any alloca end up being
4425   // minimal.
4426   if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
4427     if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
4428       DeadInsts.insert(OldI);
4429     }
4430 }
4431
4432 /// Analyze an alloca for SROA.
4433 ///
4434 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
4435 /// the slices of the alloca, and then hands it off to be split and
4436 /// rewritten as needed.
4437 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
4438   LLVM_DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
4439   ++NumAllocasAnalyzed;
4440
4441   // Special case dead allocas, as they're trivial.
4442   if (AI.use_empty()) {
4443     AI.eraseFromParent();
4444     return true;
4445   }
4446   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
4447
4448   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
4449   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
4450       DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
4451     return false;
4452
4453   bool Changed = false;
4454
4455   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
4456   // better splitting and promotion opportunities.
4457   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(DL);
4458   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
4459
4460   // Build the slices using a recursive instruction-visiting builder.
4461   AllocaSlices AS(DL, AI);
4462   LLVM_DEBUG(AS.print(dbgs()));
4463   if (AS.isEscaped())
4464     return Changed;
4465
4466   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
4467   for (Instruction *DeadUser : AS.getDeadUsers()) {
4468     // Free up everything used by this instruction.
4469     for (Use &DeadOp : DeadUser->operands())
4470       clobberUse(DeadOp);
4471
4472     // Now replace the uses of this instruction.
4473     DeadUser->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(DeadUser->getType()));
4474
4475     // And mark it for deletion.
4476     DeadInsts.insert(DeadUser);
4477     Changed = true;
4478   }
4479   for (Use *DeadOp : AS.getDeadOperands()) {
4480     clobberUse(*DeadOp);
4481     Changed = true;
4482   }
4483
4484   // No slices to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
4485   if (AS.begin() == AS.end())
4486     return Changed;
4487
4488   Changed |= splitAlloca(AI, AS);
4489
4490   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Speculating PHIs\n");
4491   while (!SpeculatablePHIs.empty())
4492     speculatePHINodeLoads(*SpeculatablePHIs.pop_back_val());
4493
4494   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Speculating Selects\n");
4495   while (!SpeculatableSelects.empty())
4496     speculateSelectInstLoads(*SpeculatableSelects.pop_back_val());
4497
4498   return Changed;
4499 }
4500
4501 /// Delete the dead instructions accumulated in this run.
4502 ///
4503 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
4504 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
4505 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
4506 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
4507 ///
4508 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
4509 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
4510 bool SROA::deleteDeadInstructions(
4511     SmallPtrSetImpl<AllocaInst *> &DeletedAllocas) {
4512   bool Changed = false;
4513   while (!DeadInsts.empty()) {
4514     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
4515     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
4516
4517     // If the instruction is an alloca, find the possible dbg.declare connected
4518     // to it, and remove it too. We must do this before calling RAUW or we will
4519     // not be able to find it.
4520     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I)) {
4521       DeletedAllocas.insert(AI);
4522       for (DbgVariableIntrinsic *OldDII : FindDbgAddrUses(AI))
4523         OldDII->eraseFromParent();
4524     }
4525
4526     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
4527
4528     for (Use &Operand : I->operands())
4529       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Operand)) {
4530         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
4531         Operand = nullptr;
4532         if (isInstructionTriviallyDead(U))
4533           DeadInsts.insert(U);
4534       }
4535
4536     ++NumDeleted;
4537     I->eraseFromParent();
4538     Changed = true;
4539   }
4540   return Changed;
4541 }
4542
4543 /// Promote the allocas, using the best available technique.
4544 ///
4545 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
4546 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
4547 /// This function returns whether any promotion occurred.
4548 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
4549   if (PromotableAllocas.empty())
4550     return false;
4551
4552   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
4553
4554   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
4555   PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT, AC);
4556   PromotableAllocas.clear();
4557   return true;
4558 }
4559
4560 PreservedAnalyses SROA::runImpl(Function &F, DominatorTree &RunDT,
4561                                 AssumptionCache &RunAC) {
4562   LLVM_DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
4563   C = &F.getContext();
4564   DT = &RunDT;
4565   AC = &RunAC;
4566
4567   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
4568   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = std::prev(EntryBB.end());
4569        I != E; ++I) {
4570     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
4571       Worklist.insert(AI);
4572   }
4573
4574   bool Changed = false;
4575   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
4576   // the list of promotable allocas.
4577   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
4578
4579   do {
4580     while (!Worklist.empty()) {
4581       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
4582       Changed |= deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
4583
4584       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
4585       // continue processing them.
4586       if (!DeletedAllocas.empty()) {
4587         auto IsInSet = [&](AllocaInst *AI) { return DeletedAllocas.count(AI); };
4588         Worklist.remove_if(IsInSet);
4589         PostPromotionWorklist.remove_if(IsInSet);
4590         PromotableAllocas.erase(llvm::remove_if(PromotableAllocas, IsInSet),
4591                                 PromotableAllocas.end());
4592         DeletedAllocas.clear();
4593       }
4594     }
4595
4596     Changed |= promoteAllocas(F);
4597
4598     Worklist = PostPromotionWorklist;
4599     PostPromotionWorklist.clear();
4600   } while (!Worklist.empty());
4601
4602   if (!Changed)
4603     return PreservedAnalyses::all();
4604
4605   PreservedAnalyses PA;
4606   PA.preserveSet<CFGAnalyses>();
4607   PA.preserve<GlobalsAA>();
4608   return PA;
4609 }
4610
4611 PreservedAnalyses SROA::run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM) {
4612   return runImpl(F, AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F),
4613                  AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F));
4614 }
4615
4616 /// A legacy pass for the legacy pass manager that wraps the \c SROA pass.
4617 ///
4618 /// This is in the llvm namespace purely to allow it to be a friend of the \c
4619 /// SROA pass.
4620 class llvm::sroa::SROALegacyPass : public FunctionPass {
4621   /// The SROA implementation.
4622   SROA Impl;
4623
4624 public:
4625   static char ID;
4626
4627   SROALegacyPass() : FunctionPass(ID) {
4628     initializeSROALegacyPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
4629   }
4630
4631   bool runOnFunction(Function &F) override {
4632     if (skipFunction(F))
4633       return false;
4634
4635     auto PA = Impl.runImpl(
4636         F, getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree(),
4637         getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F));
4638     return !PA.areAllPreserved();
4639   }
4640
4641   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
4642     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
4643     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
4644     AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
4645     AU.setPreservesCFG();
4646   }
4647
4648   StringRef getPassName() const override { return "SROA"; }
4649 };
4650
4651 char SROALegacyPass::ID = 0;
4652
4653 FunctionPass *llvm::createSROAPass() { return new SROALegacyPass(); }
4654
4655 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROALegacyPass, "sroa",
4656                       "Scalar Replacement Of Aggregates", false, false)
4657 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
4658 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
4659 INITIALIZE_PASS_END(SROALegacyPass, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
4660                     false, false)