]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm-project/llvm/lib/Transforms/Scalar/SROA.cpp
Fix a memory leak in if_delgroups() introduced in r334118.
[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/Transforms/Utils/Local.h"
45 #include "llvm/Config/llvm-config.h"
46 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
47 #include "llvm/IR/Constant.h"
48 #include "llvm/IR/ConstantFolder.h"
49 #include "llvm/IR/Constants.h"
50 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
51 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
52 #include "llvm/IR/DebugInfoMetadata.h"
53 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
54 #include "llvm/IR/Dominators.h"
55 #include "llvm/IR/Function.h"
56 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
57 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
58 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
59 #include "llvm/IR/InstVisitor.h"
60 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
61 #include "llvm/IR/Instruction.h"
62 #include "llvm/IR/Instructions.h"
63 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
64 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
65 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
66 #include "llvm/IR/Metadata.h"
67 #include "llvm/IR/Module.h"
68 #include "llvm/IR/Operator.h"
69 #include "llvm/IR/PassManager.h"
70 #include "llvm/IR/Type.h"
71 #include "llvm/IR/Use.h"
72 #include "llvm/IR/User.h"
73 #include "llvm/IR/Value.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/PromoteMemToReg.h"
84 #include <algorithm>
85 #include <cassert>
86 #include <chrono>
87 #include <cstddef>
88 #include <cstdint>
89 #include <cstring>
90 #include <iterator>
91 #include <string>
92 #include <tuple>
93 #include <utility>
94 #include <vector>
95
96 #ifndef NDEBUG
97 // We only use this for a debug check.
98 #include <random>
99 #endif
100
101 using namespace llvm;
102 using namespace llvm::sroa;
103
104 #define DEBUG_TYPE "sroa"
105
106 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
107 STATISTIC(NumAllocaPartitions, "Number of alloca partitions formed");
108 STATISTIC(MaxPartitionsPerAlloca, "Maximum number of partitions per alloca");
109 STATISTIC(NumAllocaPartitionUses, "Number of alloca partition uses rewritten");
110 STATISTIC(MaxUsesPerAllocaPartition, "Maximum number of uses of a partition");
111 STATISTIC(NumNewAllocas, "Number of new, smaller allocas introduced");
112 STATISTIC(NumPromoted, "Number of allocas promoted to SSA values");
113 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
114 STATISTIC(NumDeleted, "Number of instructions deleted");
115 STATISTIC(NumVectorized, "Number of vectorized aggregates");
116
117 /// Hidden option to enable randomly shuffling the slices to help uncover
118 /// instability in their order.
119 static cl::opt<bool> SROARandomShuffleSlices("sroa-random-shuffle-slices",
120                                              cl::init(false), cl::Hidden);
121
122 /// Hidden option to experiment with completely strict handling of inbounds
123 /// GEPs.
124 static cl::opt<bool> SROAStrictInbounds("sroa-strict-inbounds", cl::init(false),
125                                         cl::Hidden);
126
127 namespace {
128
129 /// A custom IRBuilder inserter which prefixes all names, but only in
130 /// Assert builds.
131 class IRBuilderPrefixedInserter : public IRBuilderDefaultInserter {
132   std::string Prefix;
133
134   const Twine getNameWithPrefix(const Twine &Name) const {
135     return Name.isTriviallyEmpty() ? Name : Prefix + Name;
136   }
137
138 public:
139   void SetNamePrefix(const Twine &P) { Prefix = P.str(); }
140
141 protected:
142   void InsertHelper(Instruction *I, const Twine &Name, BasicBlock *BB,
143                     BasicBlock::iterator InsertPt) const {
144     IRBuilderDefaultInserter::InsertHelper(I, getNameWithPrefix(Name), BB,
145                                            InsertPt);
146   }
147 };
148
149 /// Provide a type for IRBuilder that drops names in release builds.
150 using IRBuilderTy = IRBuilder<ConstantFolder, IRBuilderPrefixedInserter>;
151
152 /// A used slice of an alloca.
153 ///
154 /// This structure represents a slice of an alloca used by some instruction. It
155 /// stores both the begin and end offsets of this use, a pointer to the use
156 /// itself, and a flag indicating whether we can classify the use as splittable
157 /// or not when forming partitions of the alloca.
158 class Slice {
159   /// The beginning offset of the range.
160   uint64_t BeginOffset = 0;
161
162   /// The ending offset, not included in the range.
163   uint64_t EndOffset = 0;
164
165   /// Storage for both the use of this slice and whether it can be
166   /// split.
167   PointerIntPair<Use *, 1, bool> UseAndIsSplittable;
168
169 public:
170   Slice() = default;
171
172   Slice(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U, bool IsSplittable)
173       : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset),
174         UseAndIsSplittable(U, IsSplittable) {}
175
176   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
177   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
178
179   bool isSplittable() const { return UseAndIsSplittable.getInt(); }
180   void makeUnsplittable() { UseAndIsSplittable.setInt(false); }
181
182   Use *getUse() const { return UseAndIsSplittable.getPointer(); }
183
184   bool isDead() const { return getUse() == nullptr; }
185   void kill() { UseAndIsSplittable.setPointer(nullptr); }
186
187   /// Support for ordering ranges.
188   ///
189   /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
190   /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
191   /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
192   /// same start position.
193   bool operator<(const Slice &RHS) const {
194     if (beginOffset() < RHS.beginOffset())
195       return true;
196     if (beginOffset() > RHS.beginOffset())
197       return false;
198     if (isSplittable() != RHS.isSplittable())
199       return !isSplittable();
200     if (endOffset() > RHS.endOffset())
201       return true;
202     return false;
203   }
204
205   /// Support comparison with a single offset to allow binary searches.
206   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(const Slice &LHS,
207                                               uint64_t RHSOffset) {
208     return LHS.beginOffset() < RHSOffset;
209   }
210   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
211                                               const Slice &RHS) {
212     return LHSOffset < RHS.beginOffset();
213   }
214
215   bool operator==(const Slice &RHS) const {
216     return isSplittable() == RHS.isSplittable() &&
217            beginOffset() == RHS.beginOffset() && endOffset() == RHS.endOffset();
218   }
219   bool operator!=(const Slice &RHS) const { return !operator==(RHS); }
220 };
221
222 } // end anonymous namespace
223
224 /// Representation of the alloca slices.
225 ///
226 /// This class represents the slices of an alloca which are formed by its
227 /// various uses. If a pointer escapes, we can't fully build a representation
228 /// for the slices used and we reflect that in this structure. The uses are
229 /// stored, sorted by increasing beginning offset and with unsplittable slices
230 /// starting at a particular offset before splittable slices.
231 class llvm::sroa::AllocaSlices {
232 public:
233   /// Construct the slices of a particular alloca.
234   AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI);
235
236   /// Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
237   ///
238   /// If this is true, the slices are never fully built and should be
239   /// ignored.
240   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
241
242   /// Support for iterating over the slices.
243   /// @{
244   using iterator = SmallVectorImpl<Slice>::iterator;
245   using range = iterator_range<iterator>;
246
247   iterator begin() { return Slices.begin(); }
248   iterator end() { return Slices.end(); }
249
250   using const_iterator = SmallVectorImpl<Slice>::const_iterator;
251   using const_range = iterator_range<const_iterator>;
252
253   const_iterator begin() const { return Slices.begin(); }
254   const_iterator end() const { return Slices.end(); }
255   /// @}
256
257   /// Erase a range of slices.
258   void erase(iterator Start, iterator Stop) { Slices.erase(Start, Stop); }
259
260   /// Insert new slices for this alloca.
261   ///
262   /// This moves the slices into the alloca's slices collection, and re-sorts
263   /// everything so that the usual ordering properties of the alloca's slices
264   /// hold.
265   void insert(ArrayRef<Slice> NewSlices) {
266     int OldSize = Slices.size();
267     Slices.append(NewSlices.begin(), NewSlices.end());
268     auto SliceI = Slices.begin() + OldSize;
269     llvm::sort(SliceI, Slices.end());
270     std::inplace_merge(Slices.begin(), SliceI, Slices.end());
271   }
272
273   // Forward declare the iterator and range accessor for walking the
274   // partitions.
275   class partition_iterator;
276   iterator_range<partition_iterator> partitions();
277
278   /// Access the dead users for this alloca.
279   ArrayRef<Instruction *> getDeadUsers() const { return DeadUsers; }
280
281   /// Access the dead operands referring to this alloca.
282   ///
283   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
284   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
285   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
286   /// need to replace with undef.
287   ArrayRef<Use *> getDeadOperands() const { return DeadOperands; }
288
289 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
290   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
291   void printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
292                   StringRef Indent = "  ") const;
293   void printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
294                 StringRef Indent = "  ") const;
295   void print(raw_ostream &OS) const;
296   void dump(const_iterator I) const;
297   void dump() const;
298 #endif
299
300 private:
301   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
302   class SliceBuilder;
303
304   friend class AllocaSlices::SliceBuilder;
305
306 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
307   /// Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
308   AllocaInst &AI;
309 #endif
310
311   /// The instruction responsible for this alloca not having a known set
312   /// of slices.
313   ///
314   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
315   /// store a pointer to that here and abort trying to form slices of the
316   /// alloca. This will be null if the alloca slices are analyzed successfully.
317   Instruction *PointerEscapingInstr;
318
319   /// The slices of the alloca.
320   ///
321   /// We store a vector of the slices formed by uses of the alloca here. This
322   /// vector is sorted by increasing begin offset, and then the unsplittable
323   /// slices before the splittable ones. See the Slice inner class for more
324   /// details.
325   SmallVector<Slice, 8> Slices;
326
327   /// Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
328   ///
329   /// Note that these are not separated by slice. This is because we expect an
330   /// alloca to be completely rewritten or not rewritten at all. If rewritten,
331   /// all these instructions can simply be removed and replaced with undef as
332   /// they come from outside of the allocated space.
333   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
334
335   /// Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
336   ///
337   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
338   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
339   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
340   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
341   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
342   /// the alloca.
343   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
344 };
345
346 /// A partition of the slices.
347 ///
348 /// An ephemeral representation for a range of slices which can be viewed as
349 /// a partition of the alloca. This range represents a span of the alloca's
350 /// memory which cannot be split, and provides access to all of the slices
351 /// overlapping some part of the partition.
352 ///
353 /// Objects of this type are produced by traversing the alloca's slices, but
354 /// are only ephemeral and not persistent.
355 class llvm::sroa::Partition {
356 private:
357   friend class AllocaSlices;
358   friend class AllocaSlices::partition_iterator;
359
360   using iterator = AllocaSlices::iterator;
361
362   /// The beginning and ending offsets of the alloca for this
363   /// partition.
364   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
365
366   /// The start and end iterators of this partition.
367   iterator SI, SJ;
368
369   /// A collection of split slice tails overlapping the partition.
370   SmallVector<Slice *, 4> SplitTails;
371
372   /// Raw constructor builds an empty partition starting and ending at
373   /// the given iterator.
374   Partition(iterator SI) : SI(SI), SJ(SI) {}
375
376 public:
377   /// The start offset of this partition.
378   ///
379   /// All of the contained slices start at or after this offset.
380   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
381
382   /// The end offset of this partition.
383   ///
384   /// All of the contained slices end at or before this offset.
385   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
386
387   /// The size of the partition.
388   ///
389   /// Note that this can never be zero.
390   uint64_t size() const {
391     assert(BeginOffset < EndOffset && "Partitions must span some bytes!");
392     return EndOffset - BeginOffset;
393   }
394
395   /// Test whether this partition contains no slices, and merely spans
396   /// a region occupied by split slices.
397   bool empty() const { return SI == SJ; }
398
399   /// \name Iterate slices that start within the partition.
400   /// These may be splittable or unsplittable. They have a begin offset >= the
401   /// partition begin offset.
402   /// @{
403   // FIXME: We should probably define a "concat_iterator" helper and use that
404   // to stitch together pointee_iterators over the split tails and the
405   // contiguous iterators of the partition. That would give a much nicer
406   // interface here. We could then additionally expose filtered iterators for
407   // split, unsplit, and unsplittable splices based on the usage patterns.
408   iterator begin() const { return SI; }
409   iterator end() const { return SJ; }
410   /// @}
411
412   /// Get the sequence of split slice tails.
413   ///
414   /// These tails are of slices which start before this partition but are
415   /// split and overlap into the partition. We accumulate these while forming
416   /// partitions.
417   ArrayRef<Slice *> splitSliceTails() const { return SplitTails; }
418 };
419
420 /// An iterator over partitions of the alloca's slices.
421 ///
422 /// This iterator implements the core algorithm for partitioning the alloca's
423 /// slices. It is a forward iterator as we don't support backtracking for
424 /// efficiency reasons, and re-use a single storage area to maintain the
425 /// current set of split slices.
426 ///
427 /// It is templated on the slice iterator type to use so that it can operate
428 /// with either const or non-const slice iterators.
429 class AllocaSlices::partition_iterator
430     : public iterator_facade_base<partition_iterator, std::forward_iterator_tag,
431                                   Partition> {
432   friend class AllocaSlices;
433
434   /// Most of the state for walking the partitions is held in a class
435   /// with a nice interface for examining them.
436   Partition P;
437
438   /// We need to keep the end of the slices to know when to stop.
439   AllocaSlices::iterator SE;
440
441   /// We also need to keep track of the maximum split end offset seen.
442   /// FIXME: Do we really?
443   uint64_t MaxSplitSliceEndOffset = 0;
444
445   /// Sets the partition to be empty at given iterator, and sets the
446   /// end iterator.
447   partition_iterator(AllocaSlices::iterator SI, AllocaSlices::iterator SE)
448       : P(SI), SE(SE) {
449     // If not already at the end, advance our state to form the initial
450     // partition.
451     if (SI != SE)
452       advance();
453   }
454
455   /// Advance the iterator to the next partition.
456   ///
457   /// Requires that the iterator not be at the end of the slices.
458   void advance() {
459     assert((P.SI != SE || !P.SplitTails.empty()) &&
460            "Cannot advance past the end of the slices!");
461
462     // Clear out any split uses which have ended.
463     if (!P.SplitTails.empty()) {
464       if (P.EndOffset >= MaxSplitSliceEndOffset) {
465         // If we've finished all splits, this is easy.
466         P.SplitTails.clear();
467         MaxSplitSliceEndOffset = 0;
468       } else {
469         // Remove the uses which have ended in the prior partition. This
470         // cannot change the max split slice end because we just checked that
471         // the prior partition ended prior to that max.
472         P.SplitTails.erase(llvm::remove_if(P.SplitTails,
473                                            [&](Slice *S) {
474                                              return S->endOffset() <=
475                                                     P.EndOffset;
476                                            }),
477                            P.SplitTails.end());
478         assert(llvm::any_of(P.SplitTails,
479                             [&](Slice *S) {
480                               return S->endOffset() == MaxSplitSliceEndOffset;
481                             }) &&
482                "Could not find the current max split slice offset!");
483         assert(llvm::all_of(P.SplitTails,
484                             [&](Slice *S) {
485                               return S->endOffset() <= MaxSplitSliceEndOffset;
486                             }) &&
487                "Max split slice end offset is not actually the max!");
488       }
489     }
490
491     // If P.SI is already at the end, then we've cleared the split tail and
492     // now have an end iterator.
493     if (P.SI == SE) {
494       assert(P.SplitTails.empty() && "Failed to clear the split slices!");
495       return;
496     }
497
498     // If we had a non-empty partition previously, set up the state for
499     // subsequent partitions.
500     if (P.SI != P.SJ) {
501       // Accumulate all the splittable slices which started in the old
502       // partition into the split list.
503       for (Slice &S : P)
504         if (S.isSplittable() && S.endOffset() > P.EndOffset) {
505           P.SplitTails.push_back(&S);
506           MaxSplitSliceEndOffset =
507               std::max(S.endOffset(), MaxSplitSliceEndOffset);
508         }
509
510       // Start from the end of the previous partition.
511       P.SI = P.SJ;
512
513       // If P.SI is now at the end, we at most have a tail of split slices.
514       if (P.SI == SE) {
515         P.BeginOffset = P.EndOffset;
516         P.EndOffset = MaxSplitSliceEndOffset;
517         return;
518       }
519
520       // If the we have split slices and the next slice is after a gap and is
521       // not splittable immediately form an empty partition for the split
522       // slices up until the next slice begins.
523       if (!P.SplitTails.empty() && P.SI->beginOffset() != P.EndOffset &&
524           !P.SI->isSplittable()) {
525         P.BeginOffset = P.EndOffset;
526         P.EndOffset = P.SI->beginOffset();
527         return;
528       }
529     }
530
531     // OK, we need to consume new slices. Set the end offset based on the
532     // current slice, and step SJ past it. The beginning offset of the
533     // partition is the beginning offset of the next slice unless we have
534     // pre-existing split slices that are continuing, in which case we begin
535     // at the prior end offset.
536     P.BeginOffset = P.SplitTails.empty() ? P.SI->beginOffset() : P.EndOffset;
537     P.EndOffset = P.SI->endOffset();
538     ++P.SJ;
539
540     // There are two strategies to form a partition based on whether the
541     // partition starts with an unsplittable slice or a splittable slice.
542     if (!P.SI->isSplittable()) {
543       // When we're forming an unsplittable region, it must always start at
544       // the first slice and will extend through its end.
545       assert(P.BeginOffset == P.SI->beginOffset());
546
547       // Form a partition including all of the overlapping slices with this
548       // unsplittable slice.
549       while (P.SJ != SE && P.SJ->beginOffset() < P.EndOffset) {
550         if (!P.SJ->isSplittable())
551           P.EndOffset = std::max(P.EndOffset, P.SJ->endOffset());
552         ++P.SJ;
553       }
554
555       // We have a partition across a set of overlapping unsplittable
556       // partitions.
557       return;
558     }
559
560     // If we're starting with a splittable slice, then we need to form
561     // a synthetic partition spanning it and any other overlapping splittable
562     // splices.
563     assert(P.SI->isSplittable() && "Forming a splittable partition!");
564
565     // Collect all of the overlapping splittable slices.
566     while (P.SJ != SE && P.SJ->beginOffset() < P.EndOffset &&
567            P.SJ->isSplittable()) {
568       P.EndOffset = std::max(P.EndOffset, P.SJ->endOffset());
569       ++P.SJ;
570     }
571
572     // Back upiP.EndOffset if we ended the span early when encountering an
573     // unsplittable slice. This synthesizes the early end offset of
574     // a partition spanning only splittable slices.
575     if (P.SJ != SE && P.SJ->beginOffset() < P.EndOffset) {
576       assert(!P.SJ->isSplittable());
577       P.EndOffset = P.SJ->beginOffset();
578     }
579   }
580
581 public:
582   bool operator==(const partition_iterator &RHS) const {
583     assert(SE == RHS.SE &&
584            "End iterators don't match between compared partition iterators!");
585
586     // The observed positions of partitions is marked by the P.SI iterator and
587     // the emptiness of the split slices. The latter is only relevant when
588     // P.SI == SE, as the end iterator will additionally have an empty split
589     // slices list, but the prior may have the same P.SI and a tail of split
590     // slices.
591     if (P.SI == RHS.P.SI && P.SplitTails.empty() == RHS.P.SplitTails.empty()) {
592       assert(P.SJ == RHS.P.SJ &&
593              "Same set of slices formed two different sized partitions!");
594       assert(P.SplitTails.size() == RHS.P.SplitTails.size() &&
595              "Same slice position with differently sized non-empty split "
596              "slice tails!");
597       return true;
598     }
599     return false;
600   }
601
602   partition_iterator &operator++() {
603     advance();
604     return *this;
605   }
606
607   Partition &operator*() { return P; }
608 };
609
610 /// A forward range over the partitions of the alloca's slices.
611 ///
612 /// This accesses an iterator range over the partitions of the alloca's
613 /// slices. It computes these partitions on the fly based on the overlapping
614 /// offsets of the slices and the ability to split them. It will visit "empty"
615 /// partitions to cover regions of the alloca only accessed via split
616 /// slices.
617 iterator_range<AllocaSlices::partition_iterator> AllocaSlices::partitions() {
618   return make_range(partition_iterator(begin(), end()),
619                     partition_iterator(end(), end()));
620 }
621
622 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
623   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
624   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
625   // early on.
626   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
627     return SI.getOperand(1 + CI->isZero());
628   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
629     return SI.getOperand(1);
630
631   return nullptr;
632 }
633
634 /// A helper that folds a PHI node or a select.
635 static Value *foldPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
636   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
637     // If PN merges together the same value, return that value.
638     return PN->hasConstantValue();
639   }
640   return foldSelectInst(cast<SelectInst>(I));
641 }
642
643 /// Builder for the alloca slices.
644 ///
645 /// This class builds a set of alloca slices by recursively visiting the uses
646 /// of an alloca and making a slice for each load and store at each offset.
647 class AllocaSlices::SliceBuilder : public PtrUseVisitor<SliceBuilder> {
648   friend class PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
649   friend class InstVisitor<SliceBuilder>;
650
651   using Base = PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
652
653   const uint64_t AllocSize;
654   AllocaSlices &AS;
655
656   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferSliceMap;
657   SmallDenseMap<Instruction *, uint64_t> PHIOrSelectSizes;
658
659   /// Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
660   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
661
662 public:
663   SliceBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS)
664       : PtrUseVisitor<SliceBuilder>(DL),
665         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())), AS(AS) {}
666
667 private:
668   void markAsDead(Instruction &I) {
669     if (VisitedDeadInsts.insert(&I).second)
670       AS.DeadUsers.push_back(&I);
671   }
672
673   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
674                  bool IsSplittable = false) {
675     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
676     // past the end of the allocation.
677     if (Size == 0 || Offset.uge(AllocSize)) {
678       LLVM_DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @"
679                         << Offset
680                         << " which has zero size or starts outside of the "
681                         << AllocSize << " byte alloca:\n"
682                         << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
683                         << "       use: " << I << "\n");
684       return markAsDead(I);
685     }
686
687     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
688     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
689
690     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
691     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
692     // This may appear superficially to be something we could ignore entirely,
693     // but that is not so! There may be widened loads or PHI-node uses where
694     // some instructions are dead but not others. We can't completely ignore
695     // them, and so have to record at least the information here.
696     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
697     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
698       LLVM_DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @"
699                         << Offset << " to remain within the " << AllocSize
700                         << " byte alloca:\n"
701                         << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
702                         << "       use: " << I << "\n");
703       EndOffset = AllocSize;
704     }
705
706     AS.Slices.push_back(Slice(BeginOffset, EndOffset, U, IsSplittable));
707   }
708
709   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
710     if (BC.use_empty())
711       return markAsDead(BC);
712
713     return Base::visitBitCastInst(BC);
714   }
715
716   void visitAddrSpaceCastInst(AddrSpaceCastInst &ASC) {
717     if (ASC.use_empty())
718       return markAsDead(ASC);
719
720     return Base::visitAddrSpaceCastInst(ASC);
721   }
722
723   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
724     if (GEPI.use_empty())
725       return markAsDead(GEPI);
726
727     if (SROAStrictInbounds && GEPI.isInBounds()) {
728       // FIXME: This is a manually un-factored variant of the basic code inside
729       // of GEPs with checking of the inbounds invariant specified in the
730       // langref in a very strict sense. If we ever want to enable
731       // SROAStrictInbounds, this code should be factored cleanly into
732       // PtrUseVisitor, but it is easier to experiment with SROAStrictInbounds
733       // by writing out the code here where we have the underlying allocation
734       // size readily available.
735       APInt GEPOffset = Offset;
736       const DataLayout &DL = GEPI.getModule()->getDataLayout();
737       for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI),
738                              GTE = gep_type_end(GEPI);
739            GTI != GTE; ++GTI) {
740         ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
741         if (!OpC)
742           break;
743
744         // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
745         if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
746           unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
747           const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
748           GEPOffset +=
749               APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(ElementIdx));
750         } else {
751           // For array or vector indices, scale the index by the size of the
752           // type.
753           APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth());
754           GEPOffset += Index * APInt(Offset.getBitWidth(),
755                                      DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
756         }
757
758         // If this index has computed an intermediate pointer which is not
759         // inbounds, then the result of the GEP is a poison value and we can
760         // delete it and all uses.
761         if (GEPOffset.ugt(AllocSize))
762           return markAsDead(GEPI);
763       }
764     }
765
766     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
767   }
768
769   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
770                          uint64_t Size, bool IsVolatile) {
771     // We allow splitting of non-volatile loads and stores where the type is an
772     // integer type. These may be used to implement 'memcpy' or other "transfer
773     // of bits" patterns.
774     bool IsSplittable = Ty->isIntegerTy() && !IsVolatile;
775
776     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
777   }
778
779   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
780     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
781            "All simple FCA loads should have been pre-split");
782
783     if (!IsOffsetKnown)
784       return PI.setAborted(&LI);
785
786     if (LI.isVolatile() &&
787         LI.getPointerAddressSpace() != DL.getAllocaAddrSpace())
788       return PI.setAborted(&LI);
789
790     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI.getType());
791     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, Size, LI.isVolatile());
792   }
793
794   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
795     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
796     if (ValOp == *U)
797       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
798     if (!IsOffsetKnown)
799       return PI.setAborted(&SI);
800
801     if (SI.isVolatile() &&
802         SI.getPointerAddressSpace() != DL.getAllocaAddrSpace())
803       return PI.setAborted(&SI);
804
805     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(ValOp->getType());
806
807     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
808     // bounds of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
809     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
810     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
811     // risk of overflow.
812     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
813     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
814     if (Size > AllocSize || Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
815       LLVM_DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte store @"
816                         << Offset << " which extends past the end of the "
817                         << AllocSize << " byte alloca:\n"
818                         << "    alloca: " << AS.AI << "\n"
819                         << "       use: " << SI << "\n");
820       return markAsDead(SI);
821     }
822
823     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
824            "All simple FCA stores should have been pre-split");
825     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, Size, SI.isVolatile());
826   }
827
828   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
829     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
830     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
831     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
832         (IsOffsetKnown && Offset.uge(AllocSize)))
833       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
834       return markAsDead(II);
835
836     if (!IsOffsetKnown)
837       return PI.setAborted(&II);
838
839     // Don't replace this with a store with a different address space.  TODO:
840     // Use a store with the casted new alloca?
841     if (II.isVolatile() && II.getDestAddressSpace() != DL.getAllocaAddrSpace())
842       return PI.setAborted(&II);
843
844     insertUse(II, Offset, Length ? Length->getLimitedValue()
845                                  : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
846               (bool)Length);
847   }
848
849   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
850     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
851     if (Length && Length->getValue() == 0)
852       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
853       return markAsDead(II);
854
855     // Because we can visit these intrinsics twice, also check to see if the
856     // first time marked this instruction as dead. If so, skip it.
857     if (VisitedDeadInsts.count(&II))
858       return;
859
860     if (!IsOffsetKnown)
861       return PI.setAborted(&II);
862
863     // Don't replace this with a load/store with a different address space.
864     // TODO: Use a store with the casted new alloca?
865     if (II.isVolatile() &&
866         (II.getDestAddressSpace() != DL.getAllocaAddrSpace() ||
867          II.getSourceAddressSpace() != DL.getAllocaAddrSpace()))
868       return PI.setAborted(&II);
869
870     // This side of the transfer is completely out-of-bounds, and so we can
871     // nuke the entire transfer. However, we also need to nuke the other side
872     // if already added to our partitions.
873     // FIXME: Yet another place we really should bypass this when
874     // instrumenting for ASan.
875     if (Offset.uge(AllocSize)) {
876       SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI =
877           MemTransferSliceMap.find(&II);
878       if (MTPI != MemTransferSliceMap.end())
879         AS.Slices[MTPI->second].kill();
880       return markAsDead(II);
881     }
882
883     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
884     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue() : AllocSize - RawOffset;
885
886     // Check for the special case where the same exact value is used for both
887     // source and dest.
888     if (*U == II.getRawDest() && *U == II.getRawSource()) {
889       // For non-volatile transfers this is a no-op.
890       if (!II.isVolatile())
891         return markAsDead(II);
892
893       return insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/false);
894     }
895
896     // If we have seen both source and destination for a mem transfer, then
897     // they both point to the same alloca.
898     bool Inserted;
899     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI;
900     std::tie(MTPI, Inserted) =
901         MemTransferSliceMap.insert(std::make_pair(&II, AS.Slices.size()));
902     unsigned PrevIdx = MTPI->second;
903     if (!Inserted) {
904       Slice &PrevP = AS.Slices[PrevIdx];
905
906       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
907       // In that case, we can completely elide the transfer.
908       if (!II.isVolatile() && PrevP.beginOffset() == RawOffset) {
909         PrevP.kill();
910         return markAsDead(II);
911       }
912
913       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
914       // split those.
915       PrevP.makeUnsplittable();
916     }
917
918     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
919     insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/Inserted && Length);
920
921     // Check that we ended up with a valid index in the map.
922     assert(AS.Slices[PrevIdx].getUse()->getUser() == &II &&
923            "Map index doesn't point back to a slice with this user.");
924   }
925
926   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
927   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
928   // doesn't make sense.
929   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
930     if (!IsOffsetKnown)
931       return PI.setAborted(&II);
932
933     if (II.isLifetimeStartOrEnd()) {
934       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
935       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
936                                Length->getLimitedValue());
937       insertUse(II, Offset, Size, true);
938       return;
939     }
940
941     Base::visitIntrinsicInst(II);
942   }
943
944   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
945     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
946     // the same offset to be a viable use for slicing purposes. These uses
947     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
948     // size.
949     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
950     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
951     Visited.insert(Root);
952     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
953     const DataLayout &DL = Root->getModule()->getDataLayout();
954     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
955     // a size zero access.
956     Size = 0;
957     do {
958       Instruction *I, *UsedI;
959       std::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
960
961       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
962         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(LI->getType()));
963         continue;
964       }
965       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
966         Value *Op = SI->getOperand(0);
967         if (Op == UsedI)
968           return SI;
969         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(Op->getType()));
970         continue;
971       }
972
973       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
974         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
975           return GEP;
976       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
977                  !isa<SelectInst>(I) && !isa<AddrSpaceCastInst>(I)) {
978         return I;
979       }
980
981       for (User *U : I->users())
982         if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)).second)
983           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(U)));
984     } while (!Uses.empty());
985
986     return nullptr;
987   }
988
989   void visitPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
990     assert(isa<PHINode>(I) || isa<SelectInst>(I));
991     if (I.use_empty())
992       return markAsDead(I);
993
994     // TODO: We could use SimplifyInstruction here to fold PHINodes and
995     // SelectInsts. However, doing so requires to change the current
996     // dead-operand-tracking mechanism. For instance, suppose neither loading
997     // from %U nor %other traps. Then "load (select undef, %U, %other)" does not
998     // trap either.  However, if we simply replace %U with undef using the
999     // current dead-operand-tracking mechanism, "load (select undef, undef,
1000     // %other)" may trap because the select may return the first operand
1001     // "undef".
1002     if (Value *Result = foldPHINodeOrSelectInst(I)) {
1003       if (Result == *U)
1004         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
1005         // through the PHI/select as if we had RAUW'ed it.
1006         enqueueUsers(I);
1007       else
1008         // Otherwise the operand to the PHI/select is dead, and we can replace
1009         // it with undef.
1010         AS.DeadOperands.push_back(U);
1011
1012       return;
1013     }
1014
1015     if (!IsOffsetKnown)
1016       return PI.setAborted(&I);
1017
1018     // See if we already have computed info on this node.
1019     uint64_t &Size = PHIOrSelectSizes[&I];
1020     if (!Size) {
1021       // This is a new PHI/Select, check for an unsafe use of it.
1022       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&I, Size))
1023         return PI.setAborted(UnsafeI);
1024     }
1025
1026     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
1027     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
1028     // case them here and use a separate structure to track the operands
1029     // themselves which should be replaced with undef.
1030     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
1031     // for address sanitization.
1032     if (Offset.uge(AllocSize)) {
1033       AS.DeadOperands.push_back(U);
1034       return;
1035     }
1036
1037     insertUse(I, Offset, Size);
1038   }
1039
1040   void visitPHINode(PHINode &PN) { visitPHINodeOrSelectInst(PN); }
1041
1042   void visitSelectInst(SelectInst &SI) { visitPHINodeOrSelectInst(SI); }
1043
1044   /// Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
1045   void visitInstruction(Instruction &I) { PI.setAborted(&I); }
1046 };
1047
1048 AllocaSlices::AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI)
1049     :
1050 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1051       AI(AI),
1052 #endif
1053       PointerEscapingInstr(nullptr) {
1054   SliceBuilder PB(DL, AI, *this);
1055   SliceBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
1056   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
1057     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
1058     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaSlices.
1059     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
1060                                                   : PtrI.getAbortingInst();
1061     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
1062     return;
1063   }
1064
1065   Slices.erase(
1066       llvm::remove_if(Slices, [](const Slice &S) { return S.isDead(); }),
1067       Slices.end());
1068
1069 #ifndef NDEBUG
1070   if (SROARandomShuffleSlices) {
1071     std::mt19937 MT(static_cast<unsigned>(
1072         std::chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count()));
1073     std::shuffle(Slices.begin(), Slices.end(), MT);
1074   }
1075 #endif
1076
1077   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
1078   // and the sizes to be in descending order.
1079   llvm::sort(Slices);
1080 }
1081
1082 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1083
1084 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1085                          StringRef Indent) const {
1086   printSlice(OS, I, Indent);
1087   OS << "\n";
1088   printUse(OS, I, Indent);
1089 }
1090
1091 void AllocaSlices::printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1092                               StringRef Indent) const {
1093   OS << Indent << "[" << I->beginOffset() << "," << I->endOffset() << ")"
1094      << " slice #" << (I - begin())
1095      << (I->isSplittable() ? " (splittable)" : "");
1096 }
1097
1098 void AllocaSlices::printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
1099                             StringRef Indent) const {
1100   OS << Indent << "  used by: " << *I->getUse()->getUser() << "\n";
1101 }
1102
1103 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS) const {
1104   if (PointerEscapingInstr) {
1105     OS << "Can't analyze slices for alloca: " << AI << "\n"
1106        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
1107        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
1108     return;
1109   }
1110
1111   OS << "Slices of alloca: " << AI << "\n";
1112   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
1113     print(OS, I);
1114 }
1115
1116 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump(const_iterator I) const {
1117   print(dbgs(), I);
1118 }
1119 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump() const { print(dbgs()); }
1120
1121 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1122
1123 /// Walk the range of a partitioning looking for a common type to cover this
1124 /// sequence of slices.
1125 static Type *findCommonType(AllocaSlices::const_iterator B,
1126                             AllocaSlices::const_iterator E,
1127                             uint64_t EndOffset) {
1128   Type *Ty = nullptr;
1129   bool TyIsCommon = true;
1130   IntegerType *ITy = nullptr;
1131
1132   // Note that we need to look at *every* alloca slice's Use to ensure we
1133   // always get consistent results regardless of the order of slices.
1134   for (AllocaSlices::const_iterator I = B; I != E; ++I) {
1135     Use *U = I->getUse();
1136     if (isa<IntrinsicInst>(*U->getUser()))
1137       continue;
1138     if (I->beginOffset() != B->beginOffset() || I->endOffset() != EndOffset)
1139       continue;
1140
1141     Type *UserTy = nullptr;
1142     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1143       UserTy = LI->getType();
1144     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1145       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1146     }
1147
1148     if (IntegerType *UserITy = dyn_cast_or_null<IntegerType>(UserTy)) {
1149       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
1150       // this for split integer operations where we want to use the type of the
1151       // entity causing the split. Also skip if the type is not a byte width
1152       // multiple.
1153       if (UserITy->getBitWidth() % 8 != 0 ||
1154           UserITy->getBitWidth() / 8 > (EndOffset - B->beginOffset()))
1155         continue;
1156
1157       // Track the largest bitwidth integer type used in this way in case there
1158       // is no common type.
1159       if (!ITy || ITy->getBitWidth() < UserITy->getBitWidth())
1160         ITy = UserITy;
1161     }
1162
1163     // To avoid depending on the order of slices, Ty and TyIsCommon must not
1164     // depend on types skipped above.
1165     if (!UserTy || (Ty && Ty != UserTy))
1166       TyIsCommon = false; // Give up on anything but an iN type.
1167     else
1168       Ty = UserTy;
1169   }
1170
1171   return TyIsCommon ? Ty : ITy;
1172 }
1173
1174 /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1175 /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1176 /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1177 /// From this:
1178 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1179 ///   %V = load i32* %P2
1180 /// to:
1181 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1182 ///   ...
1183 ///   %V2 = load i32* %Other
1184 ///   ...
1185 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1186 ///
1187 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1188 /// to the select can be loaded unconditionally.
1189 ///
1190 /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1191 /// Transforms/Util/Local.h
1192 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN) {
1193   const DataLayout &DL = PN.getModule()->getDataLayout();
1194
1195   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1196   // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1197   // TODO: Allow recursive phi users.
1198   // TODO: Allow stores.
1199   BasicBlock *BB = PN.getParent();
1200   unsigned MaxAlign = 0;
1201   uint64_t APWidth = DL.getIndexTypeSizeInBits(PN.getType());
1202   APInt MaxSize(APWidth, 0);
1203   bool HaveLoad = false;
1204   for (User *U : PN.users()) {
1205     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1206     if (!LI || !LI->isSimple())
1207       return false;
1208
1209     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1210     // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1211     // a PHI.
1212     if (LI->getParent() != BB)
1213       return false;
1214
1215     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1216     // could store.
1217     for (BasicBlock::iterator BBI(PN); &*BBI != LI; ++BBI)
1218       if (BBI->mayWriteToMemory())
1219         return false;
1220
1221     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSizeInBits(LI->getType());
1222     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1223     MaxSize = MaxSize.ult(Size) ? APInt(APWidth, Size) : MaxSize;
1224     HaveLoad = true;
1225   }
1226
1227   if (!HaveLoad)
1228     return false;
1229
1230   // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1231   // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1232   // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1233   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1234     Instruction *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1235     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1236
1237     // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1238     // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1239     // in the predecessor.
1240     if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1241       return false;
1242
1243     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1244     // critical.
1245     if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1246       continue;
1247
1248     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1249     // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1250     // block.
1251     if (isSafeToLoadUnconditionally(InVal, MaxAlign, MaxSize, DL, TI))
1252       continue;
1253
1254     return false;
1255   }
1256
1257   return true;
1258 }
1259
1260 static void speculatePHINodeLoads(PHINode &PN) {
1261   LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1262
1263   LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1264   Type *LoadTy = SomeLoad->getType();
1265   IRBuilderTy PHIBuilder(&PN);
1266   PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1267                                         PN.getName() + ".sroa.speculated");
1268
1269   // Get the AA tags and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1270   // matter which one we get and if any differ.
1271   AAMDNodes AATags;
1272   SomeLoad->getAAMetadata(AATags);
1273   unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1274
1275   // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1276   while (!PN.use_empty()) {
1277     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1278     LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1279     LI->eraseFromParent();
1280   }
1281
1282   // Inject loads into all of the pred blocks.
1283   DenseMap<BasicBlock*, Value*> InjectedLoads;
1284   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1285     BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1286     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1287
1288     // A PHI node is allowed to have multiple (duplicated) entries for the same
1289     // basic block, as long as the value is the same. So if we already injected
1290     // a load in the predecessor, then we should reuse the same load for all
1291     // duplicated entries.
1292     if (Value* V = InjectedLoads.lookup(Pred)) {
1293       NewPN->addIncoming(V, Pred);
1294       continue;
1295     }
1296
1297     Instruction *TI = Pred->getTerminator();
1298     IRBuilderTy PredBuilder(TI);
1299
1300     LoadInst *Load = PredBuilder.CreateLoad(
1301         LoadTy, InVal,
1302         (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." + Pred->getName()));
1303     ++NumLoadsSpeculated;
1304     Load->setAlignment(Align);
1305     if (AATags)
1306       Load->setAAMetadata(AATags);
1307     NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1308     InjectedLoads[Pred] = Load;
1309   }
1310
1311   LLVM_DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1312   PN.eraseFromParent();
1313 }
1314
1315 /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1316 /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1317 /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1318 /// From this:
1319 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1320 ///   %V = load i32* %P2
1321 /// to:
1322 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1323 ///   %V2 = load i32* %Other
1324 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1325 ///
1326 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1327 /// to the select can be loaded unconditionally.
1328 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI) {
1329   Value *TValue = SI.getTrueValue();
1330   Value *FValue = SI.getFalseValue();
1331   const DataLayout &DL = SI.getModule()->getDataLayout();
1332
1333   for (User *U : SI.users()) {
1334     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1335     if (!LI || !LI->isSimple())
1336       return false;
1337
1338     // Both operands to the select need to be dereferenceable, either
1339     // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1340     // accesses to it.
1341     if (!isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI->getType(), LI->getAlignment(),
1342                                      DL, LI))
1343       return false;
1344     if (!isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI->getType(), LI->getAlignment(),
1345                                      DL, LI))
1346       return false;
1347   }
1348
1349   return true;
1350 }
1351
1352 static void speculateSelectInstLoads(SelectInst &SI) {
1353   LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1354
1355   IRBuilderTy IRB(&SI);
1356   Value *TV = SI.getTrueValue();
1357   Value *FV = SI.getFalseValue();
1358   // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1359   while (!SI.use_empty()) {
1360     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI.user_back());
1361     assert(LI->isSimple() && "We only speculate simple loads");
1362
1363     IRB.SetInsertPoint(LI);
1364     LoadInst *TL = IRB.CreateLoad(LI->getType(), TV,
1365                                   LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1366     LoadInst *FL = IRB.CreateLoad(LI->getType(), FV,
1367                                   LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1368     NumLoadsSpeculated += 2;
1369
1370     // Transfer alignment and AA info if present.
1371     TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1372     FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1373
1374     AAMDNodes Tags;
1375     LI->getAAMetadata(Tags);
1376     if (Tags) {
1377       TL->setAAMetadata(Tags);
1378       FL->setAAMetadata(Tags);
1379     }
1380
1381     Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1382                                 LI->getName() + ".sroa.speculated");
1383
1384     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1385     LI->replaceAllUsesWith(V);
1386     LI->eraseFromParent();
1387   }
1388   SI.eraseFromParent();
1389 }
1390
1391 /// Build a GEP out of a base pointer and indices.
1392 ///
1393 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1394 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1395 static Value *buildGEP(IRBuilderTy &IRB, Value *BasePtr,
1396                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices, Twine NamePrefix) {
1397   if (Indices.empty())
1398     return BasePtr;
1399
1400   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1401   // in that case.
1402   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1403     return BasePtr;
1404
1405   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr->getType()->getPointerElementType(),
1406                                BasePtr, Indices, NamePrefix + "sroa_idx");
1407 }
1408
1409 /// Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1410 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1411 ///
1412 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1413 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1414 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1415 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1416 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1417 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1418 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1419                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1420                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1421                                     Twine NamePrefix) {
1422   if (Ty == TargetTy)
1423     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1424
1425   // Offset size to use for the indices.
1426   unsigned OffsetSize = DL.getIndexTypeSizeInBits(BasePtr->getType());
1427
1428   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1429   // type.
1430   unsigned NumLayers = 0;
1431   Type *ElementTy = Ty;
1432   do {
1433     if (ElementTy->isPointerTy())
1434       break;
1435
1436     if (ArrayType *ArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(ElementTy)) {
1437       ElementTy = ArrayTy->getElementType();
1438       Indices.push_back(IRB.getIntN(OffsetSize, 0));
1439     } else if (VectorType *VectorTy = dyn_cast<VectorType>(ElementTy)) {
1440       ElementTy = VectorTy->getElementType();
1441       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1442     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1443       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1444         break; // Nothing left to descend into.
1445       ElementTy = *STy->element_begin();
1446       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1447     } else {
1448       break;
1449     }
1450     ++NumLayers;
1451   } while (ElementTy != TargetTy);
1452   if (ElementTy != TargetTy)
1453     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1454
1455   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1456 }
1457
1458 /// Recursively compute indices for a natural GEP.
1459 ///
1460 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1461 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1462 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1463                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1464                                        Type *TargetTy,
1465                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1466                                        Twine NamePrefix) {
1467   if (Offset == 0)
1468     return getNaturalGEPWithType(IRB, DL, Ptr, Ty, TargetTy, Indices,
1469                                  NamePrefix);
1470
1471   // We can't recurse through pointer types.
1472   if (Ty->isPointerTy())
1473     return nullptr;
1474
1475   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1476   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1477   // over a vector from the IR completely.
1478   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1479     unsigned ElementSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1480     if (ElementSizeInBits % 8 != 0) {
1481       // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1482       return nullptr;
1483     }
1484     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1485     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1486     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1487       return nullptr;
1488     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1489     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1490     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, VecTy->getElementType(),
1491                                     Offset, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1492   }
1493
1494   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1495     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1496     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1497     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1498     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1499       return nullptr;
1500
1501     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1502     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1503     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1504                                     Indices, NamePrefix);
1505   }
1506
1507   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1508   if (!STy)
1509     return nullptr;
1510
1511   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1512   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1513   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1514     return nullptr;
1515   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1516   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1517   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1518   if (Offset.uge(DL.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1519     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
1520
1521   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1522   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1523                                   Indices, NamePrefix);
1524 }
1525
1526 /// Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1527 /// resulting in a particular type.
1528 ///
1529 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1530 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1531 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1532 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1533 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1534 ///
1535 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1536 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1537                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1538                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1539                                       Twine NamePrefix) {
1540   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1541
1542   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1543   // an i8.
1544   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy(Ty->getAddressSpace()) && TargetTy->isIntegerTy(8))
1545     return nullptr;
1546
1547   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1548   if (!ElementTy->isSized())
1549     return nullptr; // We can't GEP through an unsized element.
1550   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1551   if (ElementSize == 0)
1552     return nullptr; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1553   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1554
1555   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1556   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1557   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1558                                   Indices, NamePrefix);
1559 }
1560
1561 /// Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1562 /// resulting pointer has PointerTy.
1563 ///
1564 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1565 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1566 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1567 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1568 /// bitcast to the type.
1569 ///
1570 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1571 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1572 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1573 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1574 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1575 /// surrounding code.
1576 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL, Value *Ptr,
1577                              APInt Offset, Type *PointerTy, Twine NamePrefix) {
1578   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1579   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1580   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1581   Visited.insert(Ptr);
1582   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1583
1584   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1585   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1586   // fall back to it, so keep it and the base it was computed from around here.
1587   Value *OffsetPtr = nullptr;
1588   Value *OffsetBasePtr;
1589
1590   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1591   // byte offset.
1592   Value *Int8Ptr = nullptr;
1593   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1594
1595   PointerType *TargetPtrTy = cast<PointerType>(PointerTy);
1596   Type *TargetTy = TargetPtrTy->getElementType();
1597
1598   // As `addrspacecast` is , `Ptr` (the storage pointer) may have different
1599   // address space from the expected `PointerTy` (the pointer to be used).
1600   // Adjust the pointer type based the original storage pointer.
1601   auto AS = cast<PointerType>(Ptr->getType())->getAddressSpace();
1602   PointerTy = TargetTy->getPointerTo(AS);
1603
1604   do {
1605     // First fold any existing GEPs into the offset.
1606     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1607       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1608       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
1609         break;
1610       Offset += GEPOffset;
1611       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1612       if (!Visited.insert(Ptr).second)
1613         break;
1614     }
1615
1616     // See if we can perform a natural GEP here.
1617     Indices.clear();
1618     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, DL, Ptr, Offset, TargetTy,
1619                                            Indices, NamePrefix)) {
1620       // If we have a new natural pointer at the offset, clear out any old
1621       // offset pointer we computed. Unless it is the base pointer or
1622       // a non-instruction, we built a GEP we don't need. Zap it.
1623       if (OffsetPtr && OffsetPtr != OffsetBasePtr)
1624         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr)) {
1625           assert(I->use_empty() && "Built a GEP with uses some how!");
1626           I->eraseFromParent();
1627         }
1628       OffsetPtr = P;
1629       OffsetBasePtr = Ptr;
1630       // If we also found a pointer of the right type, we're done.
1631       if (P->getType() == PointerTy)
1632         break;
1633     }
1634
1635     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1636     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1637       Int8Ptr = Ptr;
1638       Int8PtrOffset = Offset;
1639     }
1640
1641     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1642     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1643       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1644     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1645       if (GA->isInterposable())
1646         break;
1647       Ptr = GA->getAliasee();
1648     } else {
1649       break;
1650     }
1651     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1652   } while (Visited.insert(Ptr).second);
1653
1654   if (!OffsetPtr) {
1655     if (!Int8Ptr) {
1656       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(
1657           Ptr, IRB.getInt8PtrTy(PointerTy->getPointerAddressSpace()),
1658           NamePrefix + "sroa_raw_cast");
1659       Int8PtrOffset = Offset;
1660     }
1661
1662     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0
1663                     ? Int8Ptr
1664                     : IRB.CreateInBoundsGEP(IRB.getInt8Ty(), Int8Ptr,
1665                                             IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1666                                             NamePrefix + "sroa_raw_idx");
1667   }
1668   Ptr = OffsetPtr;
1669
1670   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1671   if (cast<PointerType>(Ptr->getType()) != TargetPtrTy) {
1672     Ptr = IRB.CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(Ptr,
1673                                                   TargetPtrTy,
1674                                                   NamePrefix + "sroa_cast");
1675   }
1676
1677   return Ptr;
1678 }
1679
1680 /// Compute the adjusted alignment for a load or store from an offset.
1681 static unsigned getAdjustedAlignment(Instruction *I, uint64_t Offset,
1682                                      const DataLayout &DL) {
1683   unsigned Alignment;
1684   Type *Ty;
1685   if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
1686     Alignment = LI->getAlignment();
1687     Ty = LI->getType();
1688   } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
1689     Alignment = SI->getAlignment();
1690     Ty = SI->getValueOperand()->getType();
1691   } else {
1692     llvm_unreachable("Only loads and stores are allowed!");
1693   }
1694
1695   if (!Alignment)
1696     Alignment = DL.getABITypeAlignment(Ty);
1697
1698   return MinAlign(Alignment, Offset);
1699 }
1700
1701 /// Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1702 ///
1703 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1704 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1705 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1706 /// underlying value, and convert that value.
1707 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1708   if (OldTy == NewTy)
1709     return true;
1710
1711   // For integer types, we can't handle any bit-width differences. This would
1712   // break both vector conversions with extension and introduce endianness
1713   // issues when in conjunction with loads and stores.
1714   if (isa<IntegerType>(OldTy) && isa<IntegerType>(NewTy)) {
1715     assert(cast<IntegerType>(OldTy)->getBitWidth() !=
1716                cast<IntegerType>(NewTy)->getBitWidth() &&
1717            "We can't have the same bitwidth for different int types");
1718     return false;
1719   }
1720
1721   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1722     return false;
1723   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1724     return false;
1725
1726   // We can convert pointers to integers and vice-versa. Same for vectors
1727   // of pointers and integers.
1728   OldTy = OldTy->getScalarType();
1729   NewTy = NewTy->getScalarType();
1730   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1731     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy()) {
1732       return cast<PointerType>(NewTy)->getPointerAddressSpace() ==
1733         cast<PointerType>(OldTy)->getPointerAddressSpace();
1734     }
1735
1736     // We can convert integers to integral pointers, but not to non-integral
1737     // pointers.
1738     if (OldTy->isIntegerTy())
1739       return !DL.isNonIntegralPointerType(NewTy);
1740
1741     // We can convert integral pointers to integers, but non-integral pointers
1742     // need to remain pointers.
1743     if (!DL.isNonIntegralPointerType(OldTy))
1744       return NewTy->isIntegerTy();
1745
1746     return false;
1747   }
1748
1749   return true;
1750 }
1751
1752 /// Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1753 /// type.
1754 ///
1755 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1756 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1757 /// two types for viability with this routine.
1758 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1759                            Type *NewTy) {
1760   Type *OldTy = V->getType();
1761   assert(canConvertValue(DL, OldTy, NewTy) && "Value not convertable to type");
1762
1763   if (OldTy == NewTy)
1764     return V;
1765
1766   assert(!(isa<IntegerType>(OldTy) && isa<IntegerType>(NewTy)) &&
1767          "Integer types must be the exact same to convert.");
1768
1769   // See if we need inttoptr for this type pair. A cast involving both scalars
1770   // and vectors requires and additional bitcast.
1771   if (OldTy->isIntOrIntVectorTy() && NewTy->isPtrOrPtrVectorTy()) {
1772     // Expand <2 x i32> to i8* --> <2 x i32> to i64 to i8*
1773     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1774       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1775                                 NewTy);
1776
1777     // Expand i128 to <2 x i8*> --> i128 to <2 x i64> to <2 x i8*>
1778     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1779       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1780                                 NewTy);
1781
1782     return IRB.CreateIntToPtr(V, NewTy);
1783   }
1784
1785   // See if we need ptrtoint for this type pair. A cast involving both scalars
1786   // and vectors requires and additional bitcast.
1787   if (OldTy->isPtrOrPtrVectorTy() && NewTy->isIntOrIntVectorTy()) {
1788     // Expand <2 x i8*> to i128 --> <2 x i8*> to <2 x i64> to i128
1789     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1790       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1791                                NewTy);
1792
1793     // Expand i8* to <2 x i32> --> i8* to i64 to <2 x i32>
1794     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1795       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1796                                NewTy);
1797
1798     return IRB.CreatePtrToInt(V, NewTy);
1799   }
1800
1801   return IRB.CreateBitCast(V, NewTy);
1802 }
1803
1804 /// Test whether the given slice use can be promoted to a vector.
1805 ///
1806 /// This function is called to test each entry in a partition which is slated
1807 /// for a single slice.
1808 static bool isVectorPromotionViableForSlice(Partition &P, const Slice &S,
1809                                             VectorType *Ty,
1810                                             uint64_t ElementSize,
1811                                             const DataLayout &DL) {
1812   // First validate the slice offsets.
1813   uint64_t BeginOffset =
1814       std::max(S.beginOffset(), P.beginOffset()) - P.beginOffset();
1815   uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1816   if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1817       BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1818     return false;
1819   uint64_t EndOffset =
1820       std::min(S.endOffset(), P.endOffset()) - P.beginOffset();
1821   uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1822   if (EndIndex * ElementSize != EndOffset || EndIndex > Ty->getNumElements())
1823     return false;
1824
1825   assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1826   uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1827   Type *SliceTy = (NumElements == 1)
1828                       ? Ty->getElementType()
1829                       : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1830
1831   Type *SplitIntTy =
1832       Type::getIntNTy(Ty->getContext(), NumElements * ElementSize * 8);
1833
1834   Use *U = S.getUse();
1835
1836   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1837     if (MI->isVolatile())
1838       return false;
1839     if (!S.isSplittable())
1840       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1841   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1842     if (!II->isLifetimeStartOrEnd())
1843       return false;
1844   } else if (U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1845     // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1846     return false;
1847   } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1848     if (LI->isVolatile())
1849       return false;
1850     Type *LTy = LI->getType();
1851     if (P.beginOffset() > S.beginOffset() || P.endOffset() < S.endOffset()) {
1852       assert(LTy->isIntegerTy());
1853       LTy = SplitIntTy;
1854     }
1855     if (!canConvertValue(DL, SliceTy, LTy))
1856       return false;
1857   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1858     if (SI->isVolatile())
1859       return false;
1860     Type *STy = SI->getValueOperand()->getType();
1861     if (P.beginOffset() > S.beginOffset() || P.endOffset() < S.endOffset()) {
1862       assert(STy->isIntegerTy());
1863       STy = SplitIntTy;
1864     }
1865     if (!canConvertValue(DL, STy, SliceTy))
1866       return false;
1867   } else {
1868     return false;
1869   }
1870
1871   return true;
1872 }
1873
1874 /// Test whether the given alloca partitioning and range of slices can be
1875 /// promoted to a vector.
1876 ///
1877 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1878 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1879 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1880 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1881 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1882 /// be promotable, so we have an early test here.
1883 static VectorType *isVectorPromotionViable(Partition &P, const DataLayout &DL) {
1884   // Collect the candidate types for vector-based promotion. Also track whether
1885   // we have different element types.
1886   SmallVector<VectorType *, 4> CandidateTys;
1887   Type *CommonEltTy = nullptr;
1888   bool HaveCommonEltTy = true;
1889   auto CheckCandidateType = [&](Type *Ty) {
1890     if (auto *VTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1891       CandidateTys.push_back(VTy);
1892       if (!CommonEltTy)
1893         CommonEltTy = VTy->getElementType();
1894       else if (CommonEltTy != VTy->getElementType())
1895         HaveCommonEltTy = false;
1896     }
1897   };
1898   // Consider any loads or stores that are the exact size of the slice.
1899   for (const Slice &S : P)
1900     if (S.beginOffset() == P.beginOffset() &&
1901         S.endOffset() == P.endOffset()) {
1902       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(S.getUse()->getUser()))
1903         CheckCandidateType(LI->getType());
1904       else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(S.getUse()->getUser()))
1905         CheckCandidateType(SI->getValueOperand()->getType());
1906     }
1907
1908   // If we didn't find a vector type, nothing to do here.
1909   if (CandidateTys.empty())
1910     return nullptr;
1911
1912   // Remove non-integer vector types if we had multiple common element types.
1913   // FIXME: It'd be nice to replace them with integer vector types, but we can't
1914   // do that until all the backends are known to produce good code for all
1915   // integer vector types.
1916   if (!HaveCommonEltTy) {
1917     CandidateTys.erase(
1918         llvm::remove_if(CandidateTys,
1919                         [](VectorType *VTy) {
1920                           return !VTy->getElementType()->isIntegerTy();
1921                         }),
1922         CandidateTys.end());
1923
1924     // If there were no integer vector types, give up.
1925     if (CandidateTys.empty())
1926       return nullptr;
1927
1928     // Rank the remaining candidate vector types. This is easy because we know
1929     // they're all integer vectors. We sort by ascending number of elements.
1930     auto RankVectorTypes = [&DL](VectorType *RHSTy, VectorType *LHSTy) {
1931       (void)DL;
1932       assert(DL.getTypeSizeInBits(RHSTy) == DL.getTypeSizeInBits(LHSTy) &&
1933              "Cannot have vector types of different sizes!");
1934       assert(RHSTy->getElementType()->isIntegerTy() &&
1935              "All non-integer types eliminated!");
1936       assert(LHSTy->getElementType()->isIntegerTy() &&
1937              "All non-integer types eliminated!");
1938       return RHSTy->getNumElements() < LHSTy->getNumElements();
1939     };
1940     llvm::sort(CandidateTys, RankVectorTypes);
1941     CandidateTys.erase(
1942         std::unique(CandidateTys.begin(), CandidateTys.end(), RankVectorTypes),
1943         CandidateTys.end());
1944   } else {
1945 // The only way to have the same element type in every vector type is to
1946 // have the same vector type. Check that and remove all but one.
1947 #ifndef NDEBUG
1948     for (VectorType *VTy : CandidateTys) {
1949       assert(VTy->getElementType() == CommonEltTy &&
1950              "Unaccounted for element type!");
1951       assert(VTy == CandidateTys[0] &&
1952              "Different vector types with the same element type!");
1953     }
1954 #endif
1955     CandidateTys.resize(1);
1956   }
1957
1958   // Try each vector type, and return the one which works.
1959   auto CheckVectorTypeForPromotion = [&](VectorType *VTy) {
1960     uint64_t ElementSize = DL.getTypeSizeInBits(VTy->getElementType());
1961
1962     // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1963     // that aren't byte sized.
1964     if (ElementSize % 8)
1965       return false;
1966     assert((DL.getTypeSizeInBits(VTy) % 8) == 0 &&
1967            "vector size not a multiple of element size?");
1968     ElementSize /= 8;
1969
1970     for (const Slice &S : P)
1971       if (!isVectorPromotionViableForSlice(P, S, VTy, ElementSize, DL))
1972         return false;
1973
1974     for (const Slice *S : P.splitSliceTails())
1975       if (!isVectorPromotionViableForSlice(P, *S, VTy, ElementSize, DL))
1976         return false;
1977
1978     return true;
1979   };
1980   for (VectorType *VTy : CandidateTys)
1981     if (CheckVectorTypeForPromotion(VTy))
1982       return VTy;
1983
1984   return nullptr;
1985 }
1986
1987 /// Test whether a slice of an alloca is valid for integer widening.
1988 ///
1989 /// This implements the necessary checking for the \c isIntegerWideningViable
1990 /// test below on a single slice of the alloca.
1991 static bool isIntegerWideningViableForSlice(const Slice &S,
1992                                             uint64_t AllocBeginOffset,
1993                                             Type *AllocaTy,
1994                                             const DataLayout &DL,
1995                                             bool &WholeAllocaOp) {
1996   uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(AllocaTy);
1997
1998   uint64_t RelBegin = S.beginOffset() - AllocBeginOffset;
1999   uint64_t RelEnd = S.endOffset() - AllocBeginOffset;
2000
2001   // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
2002   // the end of the alloca's type and into its padding.
2003   if (RelEnd > Size)
2004     return false;
2005
2006   Use *U = S.getUse();
2007
2008   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
2009     if (LI->isVolatile())
2010       return false;
2011     // We can't handle loads that extend past the allocated memory.
2012     if (DL.getTypeStoreSize(LI->getType()) > Size)
2013       return false;
2014     // So far, AllocaSliceRewriter does not support widening split slice tails
2015     // in rewriteIntegerLoad.
2016     if (S.beginOffset() < AllocBeginOffset)
2017       return false;
2018     // Note that we don't count vector loads or stores as whole-alloca
2019     // operations which enable integer widening because we would prefer to use
2020     // vector widening instead.
2021     if (!isa<VectorType>(LI->getType()) && RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2022       WholeAllocaOp = true;
2023     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
2024       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
2025         return false;
2026     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2027                !canConvertValue(DL, AllocaTy, LI->getType())) {
2028       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
2029       // they are promotable.
2030       return false;
2031     }
2032   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
2033     Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
2034     if (SI->isVolatile())
2035       return false;
2036     // We can't handle stores that extend past the allocated memory.
2037     if (DL.getTypeStoreSize(ValueTy) > Size)
2038       return false;
2039     // So far, AllocaSliceRewriter does not support widening split slice tails
2040     // in rewriteIntegerStore.
2041     if (S.beginOffset() < AllocBeginOffset)
2042       return false;
2043     // Note that we don't count vector loads or stores as whole-alloca
2044     // operations which enable integer widening because we would prefer to use
2045     // vector widening instead.
2046     if (!isa<VectorType>(ValueTy) && RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
2047       WholeAllocaOp = true;
2048     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
2049       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
2050         return false;
2051     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
2052                !canConvertValue(DL, ValueTy, AllocaTy)) {
2053       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
2054       // they are promotable.
2055       return false;
2056     }
2057   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
2058     if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
2059       return false;
2060     if (!S.isSplittable())
2061       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
2062   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
2063     if (!II->isLifetimeStartOrEnd())
2064       return false;
2065   } else {
2066     return false;
2067   }
2068
2069   return true;
2070 }
2071
2072 /// Test whether the given alloca partition's integer operations can be
2073 /// widened to promotable ones.
2074 ///
2075 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
2076 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
2077 /// promote the resulting alloca.
2078 static bool isIntegerWideningViable(Partition &P, Type *AllocaTy,
2079                                     const DataLayout &DL) {
2080   uint64_t SizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
2081   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
2082   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
2083     return false;
2084
2085   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
2086   if (SizeInBits != DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
2087     return false;
2088
2089   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
2090   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
2091   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
2092   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
2093   if (!canConvertValue(DL, AllocaTy, IntTy) ||
2094       !canConvertValue(DL, IntTy, AllocaTy))
2095     return false;
2096
2097   // While examining uses, we ensure that the alloca has a covering load or
2098   // store. We don't want to widen the integer operations only to fail to
2099   // promote due to some other unsplittable entry (which we may make splittable
2100   // later). However, if there are only splittable uses, go ahead and assume
2101   // that we cover the alloca.
2102   // FIXME: We shouldn't consider split slices that happen to start in the
2103   // partition here...
2104   bool WholeAllocaOp =
2105       P.begin() != P.end() ? false : DL.isLegalInteger(SizeInBits);
2106
2107   for (const Slice &S : P)
2108     if (!isIntegerWideningViableForSlice(S, P.beginOffset(), AllocaTy, DL,
2109                                          WholeAllocaOp))
2110       return false;
2111
2112   for (const Slice *S : P.splitSliceTails())
2113     if (!isIntegerWideningViableForSlice(*S, P.beginOffset(), AllocaTy, DL,
2114                                          WholeAllocaOp))
2115       return false;
2116
2117   return WholeAllocaOp;
2118 }
2119
2120 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
2121                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
2122                              const Twine &Name) {
2123   LLVM_DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
2124   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2125   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2126          "Element extends past full value");
2127   uint64_t ShAmt = 8 * Offset;
2128   if (DL.isBigEndian())
2129     ShAmt = 8 * (DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2130   if (ShAmt) {
2131     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
2132     LLVM_DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
2133   }
2134   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2135          "Cannot extract to a larger integer!");
2136   if (Ty != IntTy) {
2137     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
2138     LLVM_DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
2139   }
2140   return V;
2141 }
2142
2143 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *Old,
2144                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
2145   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
2146   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
2147   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
2148          "Cannot insert a larger integer!");
2149   LLVM_DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
2150   if (Ty != IntTy) {
2151     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
2152     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
2153   }
2154   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
2155          "Element store outside of alloca store");
2156   uint64_t ShAmt = 8 * Offset;
2157   if (DL.isBigEndian())
2158     ShAmt = 8 * (DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
2159   if (ShAmt) {
2160     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
2161     LLVM_DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
2162   }
2163
2164   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
2165     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
2166     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
2167     LLVM_DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
2168     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
2169     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
2170   }
2171   return V;
2172 }
2173
2174 static Value *extractVector(IRBuilderTy &IRB, Value *V, unsigned BeginIndex,
2175                             unsigned EndIndex, const Twine &Name) {
2176   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
2177   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2178   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2179
2180   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
2181     return V;
2182
2183   if (NumElements == 1) {
2184     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
2185                                  Name + ".extract");
2186     LLVM_DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
2187     return V;
2188   }
2189
2190   SmallVector<Constant *, 8> Mask;
2191   Mask.reserve(NumElements);
2192   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
2193     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
2194   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
2195                               ConstantVector::get(Mask), Name + ".extract");
2196   LLVM_DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
2197   return V;
2198 }
2199
2200 static Value *insertVector(IRBuilderTy &IRB, Value *Old, Value *V,
2201                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
2202   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
2203   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
2204
2205   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
2206   if (!Ty) {
2207     // Single element to insert.
2208     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
2209                                 Name + ".insert");
2210     LLVM_DEBUG(dbgs() << "     insert: " << *V << "\n");
2211     return V;
2212   }
2213
2214   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
2215          "Too many elements!");
2216   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
2217     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
2218     return V;
2219   }
2220   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
2221
2222   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
2223   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
2224   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
2225   // incoming vector.
2226   SmallVector<Constant *, 8> Mask;
2227   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
2228   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
2229     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
2230       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
2231     else
2232       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
2233   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
2234                               ConstantVector::get(Mask), Name + ".expand");
2235   LLVM_DEBUG(dbgs() << "    shuffle: " << *V << "\n");
2236
2237   Mask.clear();
2238   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
2239     Mask.push_back(IRB.getInt1(i >= BeginIndex && i < EndIndex));
2240
2241   V = IRB.CreateSelect(ConstantVector::get(Mask), V, Old, Name + "blend");
2242
2243   LLVM_DEBUG(dbgs() << "    blend: " << *V << "\n");
2244   return V;
2245 }
2246
2247 /// Visitor to rewrite instructions using p particular slice of an alloca
2248 /// to use a new alloca.
2249 ///
2250 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
2251 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
2252 /// lives here.
2253 class llvm::sroa::AllocaSliceRewriter
2254     : public InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> {
2255   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2256   friend class InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
2257
2258   using Base = InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
2259
2260   const DataLayout &DL;
2261   AllocaSlices &AS;
2262   SROA &Pass;
2263   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2264   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2265   Type *NewAllocaTy;
2266
2267   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2268   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
2269   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
2270   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2271   IntegerType *IntTy;
2272
2273   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2274   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2275   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
2276   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2277   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2278   //     element.
2279   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2280   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2281   //     which are promotable via mem2reg.
2282   VectorType *VecTy;
2283   Type *ElementTy;
2284   uint64_t ElementSize;
2285
2286   // The original offset of the slice currently being rewritten relative to
2287   // the original alloca.
2288   uint64_t BeginOffset = 0;
2289   uint64_t EndOffset = 0;
2290
2291   // The new offsets of the slice currently being rewritten relative to the
2292   // original alloca.
2293   uint64_t NewBeginOffset, NewEndOffset;
2294
2295   uint64_t SliceSize;
2296   bool IsSplittable = false;
2297   bool IsSplit = false;
2298   Use *OldUse = nullptr;
2299   Instruction *OldPtr = nullptr;
2300
2301   // Track post-rewrite users which are PHI nodes and Selects.
2302   SmallSetVector<PHINode *, 8> &PHIUsers;
2303   SmallSetVector<SelectInst *, 8> &SelectUsers;
2304
2305   // Utility IR builder, whose name prefix is setup for each visited use, and
2306   // the insertion point is set to point to the user.
2307   IRBuilderTy IRB;
2308
2309 public:
2310   AllocaSliceRewriter(const DataLayout &DL, AllocaSlices &AS, SROA &Pass,
2311                       AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2312                       uint64_t NewAllocaBeginOffset,
2313                       uint64_t NewAllocaEndOffset, bool IsIntegerPromotable,
2314                       VectorType *PromotableVecTy,
2315                       SmallSetVector<PHINode *, 8> &PHIUsers,
2316                       SmallSetVector<SelectInst *, 8> &SelectUsers)
2317       : DL(DL), AS(AS), Pass(Pass), OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2318         NewAllocaBeginOffset(NewAllocaBeginOffset),
2319         NewAllocaEndOffset(NewAllocaEndOffset),
2320         NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
2321         IntTy(IsIntegerPromotable
2322                   ? Type::getIntNTy(
2323                         NewAI.getContext(),
2324                         DL.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()))
2325                   : nullptr),
2326         VecTy(PromotableVecTy),
2327         ElementTy(VecTy ? VecTy->getElementType() : nullptr),
2328         ElementSize(VecTy ? DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8 : 0),
2329         PHIUsers(PHIUsers), SelectUsers(SelectUsers),
2330         IRB(NewAI.getContext(), ConstantFolder()) {
2331     if (VecTy) {
2332       assert((DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) % 8) == 0 &&
2333              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2334       ++NumVectorized;
2335     }
2336     assert((!IntTy && !VecTy) || (IntTy && !VecTy) || (!IntTy && VecTy));
2337   }
2338
2339   bool visit(AllocaSlices::const_iterator I) {
2340     bool CanSROA = true;
2341     BeginOffset = I->beginOffset();
2342     EndOffset = I->endOffset();
2343     IsSplittable = I->isSplittable();
2344     IsSplit =
2345         BeginOffset < NewAllocaBeginOffset || EndOffset > NewAllocaEndOffset;
2346     LLVM_DEBUG(dbgs() << "  rewriting " << (IsSplit ? "split " : ""));
2347     LLVM_DEBUG(AS.printSlice(dbgs(), I, ""));
2348     LLVM_DEBUG(dbgs() << "\n");
2349
2350     // Compute the intersecting offset range.
2351     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2352     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2353     NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2354     NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2355
2356     SliceSize = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2357
2358     OldUse = I->getUse();
2359     OldPtr = cast<Instruction>(OldUse->get());
2360
2361     Instruction *OldUserI = cast<Instruction>(OldUse->getUser());
2362     IRB.SetInsertPoint(OldUserI);
2363     IRB.SetCurrentDebugLocation(OldUserI->getDebugLoc());
2364     IRB.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) + ".");
2365
2366     CanSROA &= visit(cast<Instruction>(OldUse->getUser()));
2367     if (VecTy || IntTy)
2368       assert(CanSROA);
2369     return CanSROA;
2370   }
2371
2372 private:
2373   // Make sure the other visit overloads are visible.
2374   using Base::visit;
2375
2376   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2377   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2378     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2379     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2380   }
2381
2382   Value *getNewAllocaSlicePtr(IRBuilderTy &IRB, Type *PointerTy) {
2383     // Note that the offset computation can use BeginOffset or NewBeginOffset
2384     // interchangeably for unsplit slices.
2385     assert(IsSplit || BeginOffset == NewBeginOffset);
2386     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2387
2388 #ifndef NDEBUG
2389     StringRef OldName = OldPtr->getName();
2390     // Skip through the last '.sroa.' component of the name.
2391     size_t LastSROAPrefix = OldName.rfind(".sroa.");
2392     if (LastSROAPrefix != StringRef::npos) {
2393       OldName = OldName.substr(LastSROAPrefix + strlen(".sroa."));
2394       // Look for an SROA slice index.
2395       size_t IndexEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2396       if (IndexEnd != StringRef::npos && OldName[IndexEnd] == '.') {
2397         // Strip the index and look for the offset.
2398         OldName = OldName.substr(IndexEnd + 1);
2399         size_t OffsetEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2400         if (OffsetEnd != StringRef::npos && OldName[OffsetEnd] == '.')
2401           // Strip the offset.
2402           OldName = OldName.substr(OffsetEnd + 1);
2403       }
2404     }
2405     // Strip any SROA suffixes as well.
2406     OldName = OldName.substr(0, OldName.find(".sroa_"));
2407 #endif
2408
2409     return getAdjustedPtr(IRB, DL, &NewAI,
2410                           APInt(DL.getIndexTypeSizeInBits(PointerTy), Offset),
2411                           PointerTy,
2412 #ifndef NDEBUG
2413                           Twine(OldName) + "."
2414 #else
2415                           Twine()
2416 #endif
2417                           );
2418   }
2419
2420   /// Compute suitable alignment to access this slice of the *new*
2421   /// alloca.
2422   ///
2423   /// You can optionally pass a type to this routine and if that type's ABI
2424   /// alignment is itself suitable, this will return zero.
2425   unsigned getSliceAlign(Type *Ty = nullptr) {
2426     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2427     if (!NewAIAlign)
2428       NewAIAlign = DL.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2429     unsigned Align =
2430         MinAlign(NewAIAlign, NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2431     return (Ty && Align == DL.getABITypeAlignment(Ty)) ? 0 : Align;
2432   }
2433
2434   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
2435     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2436     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2437     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2438     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2439     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2440     return Index;
2441   }
2442
2443   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2444     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2445     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2446       Pass.DeadInsts.insert(I);
2447   }
2448
2449   Value *rewriteVectorizedLoadInst() {
2450     unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2451     unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2452     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2453
2454     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
2455                                      NewAI.getAlignment(), "load");
2456     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2457   }
2458
2459   Value *rewriteIntegerLoad(LoadInst &LI) {
2460     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2461     assert(!LI.isVolatile());
2462     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
2463                                      NewAI.getAlignment(), "load");
2464     V = convertValue(DL, IRB, V, IntTy);
2465     assert(NewBeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2466     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2467     if (Offset > 0 || NewEndOffset < NewAllocaEndOffset) {
2468       IntegerType *ExtractTy = Type::getIntNTy(LI.getContext(), SliceSize * 8);
2469       V = extractInteger(DL, IRB, V, ExtractTy, Offset, "extract");
2470     }
2471     // It is possible that the extracted type is not the load type. This
2472     // happens if there is a load past the end of the alloca, and as
2473     // a consequence the slice is narrower but still a candidate for integer
2474     // lowering. To handle this case, we just zero extend the extracted
2475     // integer.
2476     assert(cast<IntegerType>(LI.getType())->getBitWidth() >= SliceSize * 8 &&
2477            "Can only handle an extract for an overly wide load");
2478     if (cast<IntegerType>(LI.getType())->getBitWidth() > SliceSize * 8)
2479       V = IRB.CreateZExt(V, LI.getType());
2480     return V;
2481   }
2482
2483   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2484     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2485     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2486     assert(OldOp == OldPtr);
2487
2488     AAMDNodes AATags;
2489     LI.getAAMetadata(AATags);
2490
2491     unsigned AS = LI.getPointerAddressSpace();
2492
2493     Type *TargetTy = IsSplit ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), SliceSize * 8)
2494                              : LI.getType();
2495     const bool IsLoadPastEnd = DL.getTypeStoreSize(TargetTy) > SliceSize;
2496     bool IsPtrAdjusted = false;
2497     Value *V;
2498     if (VecTy) {
2499       V = rewriteVectorizedLoadInst();
2500     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2501       V = rewriteIntegerLoad(LI);
2502     } else if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2503                NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2504                (canConvertValue(DL, NewAllocaTy, TargetTy) ||
2505                 (IsLoadPastEnd && NewAllocaTy->isIntegerTy() &&
2506                  TargetTy->isIntegerTy()))) {
2507       LoadInst *NewLI = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
2508                                               NewAI.getAlignment(),
2509                                               LI.isVolatile(), LI.getName());
2510       if (AATags)
2511         NewLI->setAAMetadata(AATags);
2512       if (LI.isVolatile())
2513         NewLI->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSyncScopeID());
2514
2515       // Any !nonnull metadata or !range metadata on the old load is also valid
2516       // on the new load. This is even true in some cases even when the loads
2517       // are different types, for example by mapping !nonnull metadata to
2518       // !range metadata by modeling the null pointer constant converted to the
2519       // integer type.
2520       // FIXME: Add support for range metadata here. Currently the utilities
2521       // for this don't propagate range metadata in trivial cases from one
2522       // integer load to another, don't handle non-addrspace-0 null pointers
2523       // correctly, and don't have any support for mapping ranges as the
2524       // integer type becomes winder or narrower.
2525       if (MDNode *N = LI.getMetadata(LLVMContext::MD_nonnull))
2526         copyNonnullMetadata(LI, N, *NewLI);
2527
2528       // Try to preserve nonnull metadata
2529       V = NewLI;
2530
2531       // If this is an integer load past the end of the slice (which means the
2532       // bytes outside the slice are undef or this load is dead) just forcibly
2533       // fix the integer size with correct handling of endianness.
2534       if (auto *AITy = dyn_cast<IntegerType>(NewAllocaTy))
2535         if (auto *TITy = dyn_cast<IntegerType>(TargetTy))
2536           if (AITy->getBitWidth() < TITy->getBitWidth()) {
2537             V = IRB.CreateZExt(V, TITy, "load.ext");
2538             if (DL.isBigEndian())
2539               V = IRB.CreateShl(V, TITy->getBitWidth() - AITy->getBitWidth(),
2540                                 "endian_shift");
2541           }
2542     } else {
2543       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo(AS);
2544       LoadInst *NewLI = IRB.CreateAlignedLoad(
2545           TargetTy, getNewAllocaSlicePtr(IRB, LTy), getSliceAlign(TargetTy),
2546           LI.isVolatile(), LI.getName());
2547       if (AATags)
2548         NewLI->setAAMetadata(AATags);
2549       if (LI.isVolatile())
2550         NewLI->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSyncScopeID());
2551
2552       V = NewLI;
2553       IsPtrAdjusted = true;
2554     }
2555     V = convertValue(DL, IRB, V, TargetTy);
2556
2557     if (IsSplit) {
2558       assert(!LI.isVolatile());
2559       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2560              "Only integer type loads and stores are split");
2561       assert(SliceSize < DL.getTypeStoreSize(LI.getType()) &&
2562              "Split load isn't smaller than original load");
2563       assert(DL.typeSizeEqualsStoreSize(LI.getType()) &&
2564              "Non-byte-multiple bit width");
2565       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2566       IRB.SetInsertPoint(&*std::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2567       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2568       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2569       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2570       // LI only used for this computation.
2571       Value *Placeholder = new LoadInst(
2572           LI.getType(), UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo(AS)));
2573       V = insertInteger(DL, IRB, Placeholder, V, NewBeginOffset - BeginOffset,
2574                         "insert");
2575       LI.replaceAllUsesWith(V);
2576       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2577       Placeholder->deleteValue();
2578     } else {
2579       LI.replaceAllUsesWith(V);
2580     }
2581
2582     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2583     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2584     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2585     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2586   }
2587
2588   bool rewriteVectorizedStoreInst(Value *V, StoreInst &SI, Value *OldOp,
2589                                   AAMDNodes AATags) {
2590     if (V->getType() != VecTy) {
2591       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2592       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2593       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2594       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2595       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2596       Type *SliceTy = (NumElements == 1)
2597                           ? ElementTy
2598                           : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2599       if (V->getType() != SliceTy)
2600         V = convertValue(DL, IRB, V, SliceTy);
2601
2602       // Mix in the existing elements.
2603       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
2604                                          NewAI.getAlignment(), "load");
2605       V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, "vec");
2606     }
2607     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2608     if (AATags)
2609       Store->setAAMetadata(AATags);
2610     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2611
2612     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2613     return true;
2614   }
2615
2616   bool rewriteIntegerStore(Value *V, StoreInst &SI, AAMDNodes AATags) {
2617     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2618     assert(!SI.isVolatile());
2619     if (DL.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2620       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
2621                                          NewAI.getAlignment(), "oldload");
2622       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2623       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2624       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2625       V = insertInteger(DL, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset, "insert");
2626     }
2627     V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2628     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2629     Store->copyMetadata(SI, {LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access,
2630                              LLVMContext::MD_access_group});
2631     if (AATags)
2632       Store->setAAMetadata(AATags);
2633     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2634     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2635     return true;
2636   }
2637
2638   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2639     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2640     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2641     assert(OldOp == OldPtr);
2642
2643     AAMDNodes AATags;
2644     SI.getAAMetadata(AATags);
2645
2646     Value *V = SI.getValueOperand();
2647
2648     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2649     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2650     if (V->getType()->isPointerTy())
2651       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2652         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2653
2654     if (SliceSize < DL.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2655       assert(!SI.isVolatile());
2656       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2657              "Only integer type loads and stores are split");
2658       assert(DL.typeSizeEqualsStoreSize(V->getType()) &&
2659              "Non-byte-multiple bit width");
2660       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), SliceSize * 8);
2661       V = extractInteger(DL, IRB, V, NarrowTy, NewBeginOffset - BeginOffset,
2662                          "extract");
2663     }
2664
2665     if (VecTy)
2666       return rewriteVectorizedStoreInst(V, SI, OldOp, AATags);
2667     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2668       return rewriteIntegerStore(V, SI, AATags);
2669
2670     const bool IsStorePastEnd = DL.getTypeStoreSize(V->getType()) > SliceSize;
2671     StoreInst *NewSI;
2672     if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2673         NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2674         (canConvertValue(DL, V->getType(), NewAllocaTy) ||
2675          (IsStorePastEnd && NewAllocaTy->isIntegerTy() &&
2676           V->getType()->isIntegerTy()))) {
2677       // If this is an integer store past the end of slice (and thus the bytes
2678       // past that point are irrelevant or this is unreachable), truncate the
2679       // value prior to storing.
2680       if (auto *VITy = dyn_cast<IntegerType>(V->getType()))
2681         if (auto *AITy = dyn_cast<IntegerType>(NewAllocaTy))
2682           if (VITy->getBitWidth() > AITy->getBitWidth()) {
2683             if (DL.isBigEndian())
2684               V = IRB.CreateLShr(V, VITy->getBitWidth() - AITy->getBitWidth(),
2685                                  "endian_shift");
2686             V = IRB.CreateTrunc(V, AITy, "load.trunc");
2687           }
2688
2689       V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2690       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2691                                      SI.isVolatile());
2692     } else {
2693       unsigned AS = SI.getPointerAddressSpace();
2694       Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, V->getType()->getPointerTo(AS));
2695       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, NewPtr, getSliceAlign(V->getType()),
2696                                      SI.isVolatile());
2697     }
2698     NewSI->copyMetadata(SI, {LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access,
2699                              LLVMContext::MD_access_group});
2700     if (AATags)
2701       NewSI->setAAMetadata(AATags);
2702     if (SI.isVolatile())
2703       NewSI->setAtomic(SI.getOrdering(), SI.getSyncScopeID());
2704     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2705     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2706
2707     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2708     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2709   }
2710
2711   /// Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2712   /// number of bytes.
2713   ///
2714   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2715   /// call this routine.
2716   /// FIXME: Heed the advice above.
2717   ///
2718   /// \param V The i8 value to splat.
2719   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2720   Value *getIntegerSplat(Value *V, unsigned Size) {
2721     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2722     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2723     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2724     if (Size == 1)
2725       return V;
2726
2727     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size * 8);
2728     V = IRB.CreateMul(
2729         IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, "zext"),
2730         ConstantExpr::getUDiv(
2731             Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2732             ConstantExpr::getZExt(Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2733                                   SplatIntTy)),
2734         "isplat");
2735     return V;
2736   }
2737
2738   /// Compute a vector splat for a given element value.
2739   Value *getVectorSplat(Value *V, unsigned NumElements) {
2740     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, "vsplat");
2741     LLVM_DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2742     return V;
2743   }
2744
2745   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2746     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2747     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2748
2749     AAMDNodes AATags;
2750     II.getAAMetadata(AATags);
2751
2752     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2753     // pointer to the new alloca.
2754     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2755       assert(!IsSplit);
2756       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2757       II.setDest(getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()));
2758       II.setDestAlignment(getSliceAlign());
2759
2760       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2761       return false;
2762     }
2763
2764     // Record this instruction for deletion.
2765     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2766
2767     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2768     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2769     
2770     const bool CanContinue = [&]() {
2771       if (VecTy || IntTy)
2772         return true;
2773       if (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2774           EndOffset < NewAllocaEndOffset)
2775         return false;
2776       auto *C = cast<ConstantInt>(II.getLength());
2777       if (C->getBitWidth() > 64)
2778         return false;
2779       const auto Len = C->getZExtValue();
2780       auto *Int8Ty = IntegerType::getInt8Ty(NewAI.getContext());
2781       auto *SrcTy = VectorType::get(Int8Ty, Len);
2782       return canConvertValue(DL, SrcTy, AllocaTy) &&
2783         DL.isLegalInteger(DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy));
2784     }();
2785
2786     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2787     // a single value type, just emit a memset.
2788     if (!CanContinue) {
2789       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2790       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2791       CallInst *New = IRB.CreateMemSet(
2792           getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()), II.getValue(), Size,
2793           getSliceAlign(), II.isVolatile());
2794       if (AATags)
2795         New->setAAMetadata(AATags);
2796       LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2797       return false;
2798     }
2799
2800     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2801     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2802     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2803     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2804     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2805     Value *V;
2806
2807     if (VecTy) {
2808       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2809       assert(ElementTy == ScalarTy);
2810
2811       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2812       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2813       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2814       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2815       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2816
2817       Value *Splat =
2818           getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8);
2819       Splat = convertValue(DL, IRB, Splat, ElementTy);
2820       if (NumElements > 1)
2821         Splat = getVectorSplat(Splat, NumElements);
2822
2823       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
2824                                          NewAI.getAlignment(), "oldload");
2825       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, "vec");
2826     } else if (IntTy) {
2827       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2828       // set integer.
2829       assert(!II.isVolatile());
2830
2831       uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2832       V = getIntegerSplat(II.getValue(), Size);
2833
2834       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2835                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2836         Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
2837                                            NewAI.getAlignment(), "oldload");
2838         Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2839         uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2840         V = insertInteger(DL, IRB, Old, V, Offset, "insert");
2841       } else {
2842         assert(V->getType() == IntTy &&
2843                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2844       }
2845       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2846     } else {
2847       // Established these invariants above.
2848       assert(NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2849       assert(NewEndOffset == NewAllocaEndOffset);
2850
2851       V = getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) / 8);
2852       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2853         V = getVectorSplat(V, AllocaVecTy->getNumElements());
2854
2855       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2856     }
2857
2858     StoreInst *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2859                                             II.isVolatile());
2860     if (AATags)
2861       New->setAAMetadata(AATags);
2862     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2863     return !II.isVolatile();
2864   }
2865
2866   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2867     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2868     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2869
2870     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2871
2872     AAMDNodes AATags;
2873     II.getAAMetadata(AATags);
2874
2875     bool IsDest = &II.getRawDestUse() == OldUse;
2876     assert((IsDest && II.getRawDest() == OldPtr) ||
2877            (!IsDest && II.getRawSource() == OldPtr));
2878
2879     unsigned SliceAlign = getSliceAlign();
2880
2881     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2882     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2883     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2884     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2885     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2886     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2887     // update both source and dest of a single call.
2888     if (!IsSplittable) {
2889       Value *AdjustedPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2890       if (IsDest) {
2891         II.setDest(AdjustedPtr);
2892         II.setDestAlignment(SliceAlign);
2893       }
2894       else {
2895         II.setSource(AdjustedPtr);
2896         II.setSourceAlignment(SliceAlign);
2897       }
2898
2899       LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2900       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2901       return false;
2902     }
2903     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2904     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2905     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2906     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2907     // downsides to splitting and transforming the operations.
2908
2909     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2910     // a single value type, just emit a memcpy.
2911     bool EmitMemCpy =
2912         !VecTy && !IntTy &&
2913         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2914          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(NewAI.getAllocatedType()) ||
2915          !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2916
2917     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2918     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2919     // a no-op.
2920     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2921       // Ensure the start lines up.
2922       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2923
2924       // Rewrite the size as needed.
2925       if (NewEndOffset != EndOffset)
2926         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2927                                       NewEndOffset - NewBeginOffset));
2928       return false;
2929     }
2930     // Record this instruction for deletion.
2931     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2932
2933     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2934     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2935     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2936     if (AllocaInst *AI =
2937             dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets())) {
2938       assert(AI != &OldAI && AI != &NewAI &&
2939              "Splittable transfers cannot reach the same alloca on both ends.");
2940       Pass.Worklist.insert(AI);
2941     }
2942
2943     Type *OtherPtrTy = OtherPtr->getType();
2944     unsigned OtherAS = OtherPtrTy->getPointerAddressSpace();
2945
2946     // Compute the relative offset for the other pointer within the transfer.
2947     unsigned OffsetWidth = DL.getIndexSizeInBits(OtherAS);
2948     APInt OtherOffset(OffsetWidth, NewBeginOffset - BeginOffset);
2949     unsigned OtherAlign =
2950       IsDest ? II.getSourceAlignment() : II.getDestAlignment();
2951     OtherAlign =  MinAlign(OtherAlign ? OtherAlign : 1,
2952                            OtherOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue());
2953
2954     if (EmitMemCpy) {
2955       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2956       // a single, simple GEP in most cases.
2957       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2958                                 OtherPtr->getName() + ".");
2959
2960       Value *OurPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2961       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2962       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2963
2964       Value *DestPtr, *SrcPtr;
2965       unsigned DestAlign, SrcAlign;
2966       // Note: IsDest is true iff we're copying into the new alloca slice
2967       if (IsDest) {
2968         DestPtr = OurPtr;
2969         DestAlign = SliceAlign;
2970         SrcPtr = OtherPtr;
2971         SrcAlign = OtherAlign;
2972       } else {
2973         DestPtr = OtherPtr;
2974         DestAlign = OtherAlign;
2975         SrcPtr = OurPtr;
2976         SrcAlign = SliceAlign;
2977       }
2978       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(DestPtr, DestAlign, SrcPtr, SrcAlign,
2979                                        Size, II.isVolatile());
2980       if (AATags)
2981         New->setAAMetadata(AATags);
2982       LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2983       return false;
2984     }
2985
2986     bool IsWholeAlloca = NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2987                          NewEndOffset == NewAllocaEndOffset;
2988     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2989     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(NewBeginOffset) : 0;
2990     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(NewEndOffset) : 0;
2991     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2992     IntegerType *SubIntTy =
2993         IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size * 8) : nullptr;
2994
2995     // Reset the other pointer type to match the register type we're going to
2996     // use, but using the address space of the original other pointer.
2997     Type *OtherTy;
2998     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
2999       if (NumElements == 1)
3000         OtherTy = VecTy->getElementType();
3001       else
3002         OtherTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
3003     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
3004       OtherTy = SubIntTy;
3005     } else {
3006       OtherTy = NewAllocaTy;
3007     }
3008     OtherPtrTy = OtherTy->getPointerTo(OtherAS);
3009
3010     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
3011                                    OtherPtr->getName() + ".");
3012     unsigned SrcAlign = OtherAlign;
3013     Value *DstPtr = &NewAI;
3014     unsigned DstAlign = SliceAlign;
3015     if (!IsDest) {
3016       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
3017       std::swap(SrcAlign, DstAlign);
3018     }
3019
3020     Value *Src;
3021     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
3022       Src = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
3023                                   NewAI.getAlignment(), "load");
3024       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, "vec");
3025     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
3026       Src = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
3027                                   NewAI.getAlignment(), "load");
3028       Src = convertValue(DL, IRB, Src, IntTy);
3029       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
3030       Src = extractInteger(DL, IRB, Src, SubIntTy, Offset, "extract");
3031     } else {
3032       LoadInst *Load = IRB.CreateAlignedLoad(OtherTy, SrcPtr, SrcAlign,
3033                                              II.isVolatile(), "copyload");
3034       if (AATags)
3035         Load->setAAMetadata(AATags);
3036       Src = Load;
3037     }
3038
3039     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
3040       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
3041                                          NewAI.getAlignment(), "oldload");
3042       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, "vec");
3043     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
3044       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(NewAI.getAllocatedType(), &NewAI,
3045                                          NewAI.getAlignment(), "oldload");
3046       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
3047       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
3048       Src = insertInteger(DL, IRB, Old, Src, Offset, "insert");
3049       Src = convertValue(DL, IRB, Src, NewAllocaTy);
3050     }
3051
3052     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
3053         IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, DstAlign, II.isVolatile()));
3054     if (AATags)
3055       Store->setAAMetadata(AATags);
3056     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
3057     return !II.isVolatile();
3058   }
3059
3060   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
3061     assert(II.isLifetimeStartOrEnd());
3062     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
3063     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
3064
3065     // Record this instruction for deletion.
3066     Pass.DeadInsts.insert(&II);
3067
3068     // Lifetime intrinsics are only promotable if they cover the whole alloca.
3069     // Therefore, we drop lifetime intrinsics which don't cover the whole
3070     // alloca.
3071     // (In theory, intrinsics which partially cover an alloca could be
3072     // promoted, but PromoteMemToReg doesn't handle that case.)
3073     // FIXME: Check whether the alloca is promotable before dropping the
3074     // lifetime intrinsics?
3075     if (NewBeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
3076         NewEndOffset != NewAllocaEndOffset)
3077       return true;
3078
3079     ConstantInt *Size =
3080         ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
3081                          NewEndOffset - NewBeginOffset);
3082     // Lifetime intrinsics always expect an i8* so directly get such a pointer
3083     // for the new alloca slice.
3084     Type *PointerTy = IRB.getInt8PtrTy(OldPtr->getType()->getPointerAddressSpace());
3085     Value *Ptr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, PointerTy);
3086     Value *New;
3087     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
3088       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
3089     else
3090       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
3091
3092     (void)New;
3093     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
3094
3095     return true;
3096   }
3097
3098   void fixLoadStoreAlign(Instruction &Root) {
3099     // This algorithm implements the same visitor loop as
3100     // hasUnsafePHIOrSelectUse, and fixes the alignment of each load
3101     // or store found.
3102     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
3103     SmallVector<Instruction *, 4> Uses;
3104     Visited.insert(&Root);
3105     Uses.push_back(&Root);
3106     do {
3107       Instruction *I = Uses.pop_back_val();
3108
3109       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3110         unsigned LoadAlign = LI->getAlignment();
3111         if (!LoadAlign)
3112           LoadAlign = DL.getABITypeAlignment(LI->getType());
3113         LI->setAlignment(std::min(LoadAlign, getSliceAlign()));
3114         continue;
3115       }
3116       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
3117         unsigned StoreAlign = SI->getAlignment();
3118         if (!StoreAlign) {
3119           Value *Op = SI->getOperand(0);
3120           StoreAlign = DL.getABITypeAlignment(Op->getType());
3121         }
3122         SI->setAlignment(std::min(StoreAlign, getSliceAlign()));
3123         continue;
3124       }
3125
3126       assert(isa<BitCastInst>(I) || isa<AddrSpaceCastInst>(I) ||
3127              isa<PHINode>(I) || isa<SelectInst>(I) ||
3128              isa<GetElementPtrInst>(I));
3129       for (User *U : I->users())
3130         if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)).second)
3131           Uses.push_back(cast<Instruction>(U));
3132     } while (!Uses.empty());
3133   }
3134
3135   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
3136     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
3137     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "PHIs are unsplittable");
3138     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "PHIs are unsplittable");
3139
3140     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
3141     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
3142     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
3143     // dominate the PHI.
3144     IRBuilderTy PtrBuilder(IRB);
3145     if (isa<PHINode>(OldPtr))
3146       PtrBuilder.SetInsertPoint(&*OldPtr->getParent()->getFirstInsertionPt());
3147     else
3148       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr);
3149     PtrBuilder.SetCurrentDebugLocation(OldPtr->getDebugLoc());
3150
3151     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
3152     // Replace the operands which were using the old pointer.
3153     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
3154
3155     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
3156     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
3157
3158     // Fix the alignment of any loads or stores using this PHI node.
3159     fixLoadStoreAlign(PN);
3160
3161     // PHIs can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
3162     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
3163     // fully-rewritten alloca.
3164     PHIUsers.insert(&PN);
3165     return true;
3166   }
3167
3168   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
3169     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
3170     assert((SI.getTrueValue() == OldPtr || SI.getFalseValue() == OldPtr) &&
3171            "Pointer isn't an operand!");
3172     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Selects are unsplittable");
3173     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "Selects are unsplittable");
3174
3175     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
3176     // Replace the operands which were using the old pointer.
3177     if (SI.getOperand(1) == OldPtr)
3178       SI.setOperand(1, NewPtr);
3179     if (SI.getOperand(2) == OldPtr)
3180       SI.setOperand(2, NewPtr);
3181
3182     LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
3183     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
3184
3185     // Fix the alignment of any loads or stores using this select.
3186     fixLoadStoreAlign(SI);
3187
3188     // Selects can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
3189     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
3190     // fully-rewritten alloca.
3191     SelectUsers.insert(&SI);
3192     return true;
3193   }
3194 };
3195
3196 namespace {
3197
3198 /// Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
3199 ///
3200 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
3201 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
3202 /// with scalar loads and stores.
3203 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
3204   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
3205   friend class InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
3206
3207   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
3208   SmallVector<Use *, 8> Queue;
3209
3210   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
3211   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
3212
3213   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
3214   /// value (as opposed to the user).
3215   Use *U;
3216
3217   /// Used to calculate offsets, and hence alignment, of subobjects.
3218   const DataLayout &DL;
3219
3220 public:
3221   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
3222
3223   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
3224   /// it.
3225   bool rewrite(Instruction &I) {
3226     LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
3227     enqueueUsers(I);
3228     bool Changed = false;
3229     while (!Queue.empty()) {
3230       U = Queue.pop_back_val();
3231       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
3232     }
3233     return Changed;
3234   }
3235
3236 private:
3237   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
3238   /// This uses a set to de-duplicate users.
3239   void enqueueUsers(Instruction &I) {
3240     for (Use &U : I.uses())
3241       if (Visited.insert(U.getUser()).second)
3242         Queue.push_back(&U);
3243   }
3244
3245   // Conservative default is to not rewrite anything.
3246   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
3247
3248   /// Generic recursive split emission class.
3249   template <typename Derived> class OpSplitter {
3250   protected:
3251     /// The builder used to form new instructions.
3252     IRBuilderTy IRB;
3253
3254     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
3255     /// appropriate value within the aggregate.
3256     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
3257
3258     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
3259     /// within the aggregate.
3260     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
3261
3262     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
3263     /// split operations.
3264     Value *Ptr;
3265
3266     /// The base pointee type being GEPed into.
3267     Type *BaseTy;
3268
3269     /// Known alignment of the base pointer.
3270     unsigned BaseAlign;
3271
3272     /// To calculate offset of each component so we can correctly deduce
3273     /// alignments.
3274     const DataLayout &DL;
3275
3276     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
3277     /// single zero GEP index.
3278     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr, Type *BaseTy,
3279                unsigned BaseAlign, const DataLayout &DL)
3280         : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr),
3281           BaseTy(BaseTy), BaseAlign(BaseAlign), DL(DL) {}
3282
3283   public:
3284     /// Generic recursive split emission routine.
3285     ///
3286     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
3287     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
3288     /// and emits that single value operation via the template argument.
3289     ///
3290     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
3291     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
3292     /// formatted differently (GEPs need actual values).
3293     ///
3294     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
3295     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
3296     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
3297     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
3298       if (Ty->isSingleValueType()) {
3299         unsigned Offset = DL.getIndexedOffsetInType(BaseTy, GEPIndices);
3300         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(
3301             Ty, Agg, MinAlign(BaseAlign, Offset), Name);
3302       }
3303
3304       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3305         unsigned OldSize = Indices.size();
3306         (void)OldSize;
3307         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
3308              ++Idx) {
3309           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3310           Indices.push_back(Idx);
3311           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3312           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3313           GEPIndices.pop_back();
3314           Indices.pop_back();
3315         }
3316         return;
3317       }
3318
3319       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3320         unsigned OldSize = Indices.size();
3321         (void)OldSize;
3322         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
3323              ++Idx) {
3324           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
3325           Indices.push_back(Idx);
3326           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
3327           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
3328           GEPIndices.pop_back();
3329           Indices.pop_back();
3330         }
3331         return;
3332       }
3333
3334       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
3335     }
3336   };
3337
3338   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
3339     AAMDNodes AATags;
3340
3341     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr, Type *BaseTy,
3342                    AAMDNodes AATags, unsigned BaseAlign, const DataLayout &DL)
3343         : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr, BaseTy, BaseAlign,
3344                                      DL), AATags(AATags) {}
3345
3346     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
3347     /// recursive emission to actually load values.
3348     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, unsigned Align, const Twine &Name) {
3349       assert(Ty->isSingleValueType());
3350       // Load the single value and insert it using the indices.
3351       Value *GEP =
3352           IRB.CreateInBoundsGEP(BaseTy, Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
3353       LoadInst *Load = IRB.CreateAlignedLoad(Ty, GEP, Align, Name + ".load");
3354       if (AATags)
3355         Load->setAAMetadata(AATags);
3356       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
3357       LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
3358     }
3359   };
3360
3361   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
3362     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
3363     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
3364       return false;
3365
3366     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
3367     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
3368     AAMDNodes AATags;
3369     LI.getAAMetadata(AATags);
3370     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U, LI.getType(), AATags,
3371                             getAdjustedAlignment(&LI, 0, DL), DL);
3372     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
3373     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
3374     LI.replaceAllUsesWith(V);
3375     LI.eraseFromParent();
3376     return true;
3377   }
3378
3379   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
3380     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr, Type *BaseTy,
3381                     AAMDNodes AATags, unsigned BaseAlign, const DataLayout &DL)
3382         : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr, BaseTy, BaseAlign,
3383                                       DL),
3384           AATags(AATags) {}
3385     AAMDNodes AATags;
3386     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
3387     /// recursive emission to actually produce stores.
3388     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, unsigned Align, const Twine &Name) {
3389       assert(Ty->isSingleValueType());
3390       // Extract the single value and store it using the indices.
3391       //
3392       // The gep and extractvalue values are factored out of the CreateStore
3393       // call to make the output independent of the argument evaluation order.
3394       Value *ExtractValue =
3395           IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract");
3396       Value *InBoundsGEP =
3397           IRB.CreateInBoundsGEP(BaseTy, Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
3398       StoreInst *Store =
3399           IRB.CreateAlignedStore(ExtractValue, InBoundsGEP, Align);
3400       if (AATags)
3401         Store->setAAMetadata(AATags);
3402       LLVM_DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
3403     }
3404   };
3405
3406   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
3407     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
3408       return false;
3409     Value *V = SI.getValueOperand();
3410     if (V->getType()->isSingleValueType())
3411       return false;
3412
3413     // We have an aggregate being stored, split it apart.
3414     LLVM_DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
3415     AAMDNodes AATags;
3416     SI.getAAMetadata(AATags);
3417     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U, V->getType(), AATags,
3418                              getAdjustedAlignment(&SI, 0, DL), DL);
3419     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
3420     SI.eraseFromParent();
3421     return true;
3422   }
3423
3424   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
3425     enqueueUsers(BC);
3426     return false;
3427   }
3428
3429   bool visitAddrSpaceCastInst(AddrSpaceCastInst &ASC) {
3430     enqueueUsers(ASC);
3431     return false;
3432   }
3433
3434   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
3435     enqueueUsers(GEPI);
3436     return false;
3437   }
3438
3439   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
3440     enqueueUsers(PN);
3441     return false;
3442   }
3443
3444   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
3445     enqueueUsers(SI);
3446     return false;
3447   }
3448 };
3449
3450 } // end anonymous namespace
3451
3452 /// Strip aggregate type wrapping.
3453 ///
3454 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
3455 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
3456 /// size or the allocated size.
3457 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
3458   if (Ty->isSingleValueType())
3459     return Ty;
3460
3461   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
3462   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
3463
3464   Type *InnerTy;
3465   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
3466     InnerTy = ArrTy->getElementType();
3467   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
3468     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3469     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
3470     InnerTy = STy->getElementType(Index);
3471   } else {
3472     return Ty;
3473   }
3474
3475   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
3476       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
3477     return Ty;
3478
3479   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
3480 }
3481
3482 /// Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
3483 /// offset and size.
3484 ///
3485 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
3486 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
3487 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
3488 /// and the same for structs.
3489 ///
3490 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
3491 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
3492 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
3493 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
3494 /// return a type if necessary.
3495 static Type *getTypePartition(const DataLayout &DL, Type *Ty, uint64_t Offset,
3496                               uint64_t Size) {
3497   if (Offset == 0 && DL.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
3498     return stripAggregateTypeWrapping(DL, Ty);
3499   if (Offset > DL.getTypeAllocSize(Ty) ||
3500       (DL.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
3501     return nullptr;
3502
3503   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
3504     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
3505     uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3506     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
3507     if (NumSkippedElements >= SeqTy->getNumElements())
3508       return nullptr;
3509     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3510
3511     // First check if we need to recurse.
3512     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3513       // Bail if the partition ends in a different array element.
3514       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3515         return nullptr;
3516       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3517       return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3518     }
3519     assert(Offset == 0);
3520
3521     if (Size == ElementSize)
3522       return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3523     assert(Size > ElementSize);
3524     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3525     if (NumElements * ElementSize != Size)
3526       return nullptr;
3527     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3528   }
3529
3530   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3531   if (!STy)
3532     return nullptr;
3533
3534   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3535   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3536     return nullptr;
3537   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3538   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3539     return nullptr;
3540
3541   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3542   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3543
3544   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3545   uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3546   if (Offset >= ElementSize)
3547     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
3548
3549   // See if any partition must be contained by the element.
3550   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3551     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3552       return nullptr;
3553     return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3554   }
3555   assert(Offset == 0);
3556
3557   if (Size == ElementSize)
3558     return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3559
3560   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3561                                EE = STy->element_end();
3562   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3563     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3564     if (Index == EndIndex)
3565       return nullptr; // Within a single element and its padding.
3566
3567     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3568     // expected size.
3569     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3570     // sub-struct to find a natural end point.
3571     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3572       return nullptr;
3573
3574     assert(Index < EndIndex);
3575     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3576   }
3577
3578   // Try to build up a sub-structure.
3579   StructType *SubTy =
3580       StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE), STy->isPacked());
3581   const StructLayout *SubSL = DL.getStructLayout(SubTy);
3582   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3583     return nullptr; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3584
3585   return SubTy;
3586 }
3587
3588 /// Pre-split loads and stores to simplify rewriting.
3589 ///
3590 /// We want to break up the splittable load+store pairs as much as
3591 /// possible. This is important to do as a preprocessing step, as once we
3592 /// start rewriting the accesses to partitions of the alloca we lose the
3593 /// necessary information to correctly split apart paired loads and stores
3594 /// which both point into this alloca. The case to consider is something like
3595 /// the following:
3596 ///
3597 ///   %a = alloca [12 x i8]
3598 ///   %gep1 = getelementptr [12 x i8]* %a, i32 0, i32 0
3599 ///   %gep2 = getelementptr [12 x i8]* %a, i32 0, i32 4
3600 ///   %gep3 = getelementptr [12 x i8]* %a, i32 0, i32 8
3601 ///   %iptr1 = bitcast i8* %gep1 to i64*
3602 ///   %iptr2 = bitcast i8* %gep2 to i64*
3603 ///   %fptr1 = bitcast i8* %gep1 to float*
3604 ///   %fptr2 = bitcast i8* %gep2 to float*
3605 ///   %fptr3 = bitcast i8* %gep3 to float*
3606 ///   store float 0.0, float* %fptr1
3607 ///   store float 1.0, float* %fptr2
3608 ///   %v = load i64* %iptr1
3609 ///   store i64 %v, i64* %iptr2
3610 ///   %f1 = load float* %fptr2
3611 ///   %f2 = load float* %fptr3
3612 ///
3613 /// Here we want to form 3 partitions of the alloca, each 4 bytes large, and
3614 /// promote everything so we recover the 2 SSA values that should have been
3615 /// there all along.
3616 ///
3617 /// \returns true if any changes are made.
3618 bool SROA::presplitLoadsAndStores(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS) {
3619   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Pre-splitting loads and stores\n");
3620
3621   // Track the loads and stores which are candidates for pre-splitting here, in
3622   // the order they first appear during the partition scan. These give stable
3623   // iteration order and a basis for tracking which loads and stores we
3624   // actually split.
3625   SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
3626   SmallVector<StoreInst *, 4> Stores;
3627
3628   // We need to accumulate the splits required of each load or store where we
3629   // can find them via a direct lookup. This is important to cross-check loads
3630   // and stores against each other. We also track the slice so that we can kill
3631   // all the slices that end up split.
3632   struct SplitOffsets {
3633     Slice *S;
3634     std::vector<uint64_t> Splits;
3635   };
3636   SmallDenseMap<Instruction *, SplitOffsets, 8> SplitOffsetsMap;
3637
3638   // Track loads out of this alloca which cannot, for any reason, be pre-split.
3639   // This is important as we also cannot pre-split stores of those loads!
3640   // FIXME: This is all pretty gross. It means that we can be more aggressive
3641   // in pre-splitting when the load feeding the store happens to come from
3642   // a separate alloca. Put another way, the effectiveness of SROA would be
3643   // decreased by a frontend which just concatenated all of its local allocas
3644   // into one big flat alloca. But defeating such patterns is exactly the job
3645   // SROA is tasked with! Sadly, to not have this discrepancy we would have
3646   // change store pre-splitting to actually force pre-splitting of the load
3647   // that feeds it *and all stores*. That makes pre-splitting much harder, but
3648   // maybe it would make it more principled?
3649   SmallPtrSet<LoadInst *, 8> UnsplittableLoads;
3650
3651   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Searching for candidate loads and stores\n");
3652   for (auto &P : AS.partitions()) {
3653     for (Slice &S : P) {
3654       Instruction *I = cast<Instruction>(S.getUse()->getUser());
3655       if (!S.isSplittable() || S.endOffset() <= P.endOffset()) {
3656         // If this is a load we have to track that it can't participate in any
3657         // pre-splitting. If this is a store of a load we have to track that
3658         // that load also can't participate in any pre-splitting.
3659         if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
3660           UnsplittableLoads.insert(LI);
3661         else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
3662           if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(SI->getValueOperand()))
3663             UnsplittableLoads.insert(LI);
3664         continue;
3665       }
3666       assert(P.endOffset() > S.beginOffset() &&
3667              "Empty or backwards partition!");
3668
3669       // Determine if this is a pre-splittable slice.
3670       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3671         assert(!LI->isVolatile() && "Cannot split volatile loads!");
3672
3673         // The load must be used exclusively to store into other pointers for
3674         // us to be able to arbitrarily pre-split it. The stores must also be
3675         // simple to avoid changing semantics.
3676         auto IsLoadSimplyStored = [](LoadInst *LI) {
3677           for (User *LU : LI->users()) {
3678             auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(LU);
3679             if (!SI || !SI->isSimple())
3680               return false;
3681           }
3682           return true;
3683         };
3684         if (!IsLoadSimplyStored(LI)) {
3685           UnsplittableLoads.insert(LI);
3686           continue;
3687         }
3688
3689         Loads.push_back(LI);
3690       } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
3691         if (S.getUse() != &SI->getOperandUse(SI->getPointerOperandIndex()))
3692           // Skip stores *of* pointers. FIXME: This shouldn't even be possible!
3693           continue;
3694         auto *StoredLoad = dyn_cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3695         if (!StoredLoad || !StoredLoad->isSimple())
3696           continue;
3697         assert(!SI->isVolatile() && "Cannot split volatile stores!");
3698
3699         Stores.push_back(SI);
3700       } else {
3701         // Other uses cannot be pre-split.
3702         continue;
3703       }
3704
3705       // Record the initial split.
3706       LLVM_DEBUG(dbgs() << "    Candidate: " << *I << "\n");
3707       auto &Offsets = SplitOffsetsMap[I];
3708       assert(Offsets.Splits.empty() &&
3709              "Should not have splits the first time we see an instruction!");
3710       Offsets.S = &S;
3711       Offsets.Splits.push_back(P.endOffset() - S.beginOffset());
3712     }
3713
3714     // Now scan the already split slices, and add a split for any of them which
3715     // we're going to pre-split.
3716     for (Slice *S : P.splitSliceTails()) {
3717       auto SplitOffsetsMapI =
3718           SplitOffsetsMap.find(cast<Instruction>(S->getUse()->getUser()));
3719       if (SplitOffsetsMapI == SplitOffsetsMap.end())
3720         continue;
3721       auto &Offsets = SplitOffsetsMapI->second;
3722
3723       assert(Offsets.S == S && "Found a mismatched slice!");
3724       assert(!Offsets.Splits.empty() &&
3725              "Cannot have an empty set of splits on the second partition!");
3726       assert(Offsets.Splits.back() ==
3727                  P.beginOffset() - Offsets.S->beginOffset() &&
3728              "Previous split does not end where this one begins!");
3729
3730       // Record each split. The last partition's end isn't needed as the size
3731       // of the slice dictates that.
3732       if (S->endOffset() > P.endOffset())
3733         Offsets.Splits.push_back(P.endOffset() - Offsets.S->beginOffset());
3734     }
3735   }
3736
3737   // We may have split loads where some of their stores are split stores. For
3738   // such loads and stores, we can only pre-split them if their splits exactly
3739   // match relative to their starting offset. We have to verify this prior to
3740   // any rewriting.
3741   Stores.erase(
3742       llvm::remove_if(Stores,
3743                       [&UnsplittableLoads, &SplitOffsetsMap](StoreInst *SI) {
3744                         // Lookup the load we are storing in our map of split
3745                         // offsets.
3746                         auto *LI = cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3747                         // If it was completely unsplittable, then we're done,
3748                         // and this store can't be pre-split.
3749                         if (UnsplittableLoads.count(LI))
3750                           return true;
3751
3752                         auto LoadOffsetsI = SplitOffsetsMap.find(LI);
3753                         if (LoadOffsetsI == SplitOffsetsMap.end())
3754                           return false; // Unrelated loads are definitely safe.
3755                         auto &LoadOffsets = LoadOffsetsI->second;
3756
3757                         // Now lookup the store's offsets.
3758                         auto &StoreOffsets = SplitOffsetsMap[SI];
3759
3760                         // If the relative offsets of each split in the load and
3761                         // store match exactly, then we can split them and we
3762                         // don't need to remove them here.
3763                         if (LoadOffsets.Splits == StoreOffsets.Splits)
3764                           return false;
3765
3766                         LLVM_DEBUG(
3767                             dbgs()
3768                             << "    Mismatched splits for load and store:\n"
3769                             << "      " << *LI << "\n"
3770                             << "      " << *SI << "\n");
3771
3772                         // We've found a store and load that we need to split
3773                         // with mismatched relative splits. Just give up on them
3774                         // and remove both instructions from our list of
3775                         // candidates.
3776                         UnsplittableLoads.insert(LI);
3777                         return true;
3778                       }),
3779       Stores.end());
3780   // Now we have to go *back* through all the stores, because a later store may
3781   // have caused an earlier store's load to become unsplittable and if it is
3782   // unsplittable for the later store, then we can't rely on it being split in
3783   // the earlier store either.
3784   Stores.erase(llvm::remove_if(Stores,
3785                                [&UnsplittableLoads](StoreInst *SI) {
3786                                  auto *LI =
3787                                      cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3788                                  return UnsplittableLoads.count(LI);
3789                                }),
3790                Stores.end());
3791   // Once we've established all the loads that can't be split for some reason,
3792   // filter any that made it into our list out.
3793   Loads.erase(llvm::remove_if(Loads,
3794                               [&UnsplittableLoads](LoadInst *LI) {
3795                                 return UnsplittableLoads.count(LI);
3796                               }),
3797               Loads.end());
3798
3799   // If no loads or stores are left, there is no pre-splitting to be done for
3800   // this alloca.
3801   if (Loads.empty() && Stores.empty())
3802     return false;
3803
3804   // From here on, we can't fail and will be building new accesses, so rig up
3805   // an IR builder.
3806   IRBuilderTy IRB(&AI);
3807
3808   // Collect the new slices which we will merge into the alloca slices.
3809   SmallVector<Slice, 4> NewSlices;
3810
3811   // Track any allocas we end up splitting loads and stores for so we iterate
3812   // on them.
3813   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> ResplitPromotableAllocas;
3814
3815   // At this point, we have collected all of the loads and stores we can
3816   // pre-split, and the specific splits needed for them. We actually do the
3817   // splitting in a specific order in order to handle when one of the loads in
3818   // the value operand to one of the stores.
3819   //
3820   // First, we rewrite all of the split loads, and just accumulate each split
3821   // load in a parallel structure. We also build the slices for them and append
3822   // them to the alloca slices.
3823   SmallDenseMap<LoadInst *, std::vector<LoadInst *>, 1> SplitLoadsMap;
3824   std::vector<LoadInst *> SplitLoads;
3825   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
3826   for (LoadInst *LI : Loads) {
3827     SplitLoads.clear();
3828
3829     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(LI->getType());
3830     uint64_t LoadSize = Ty->getBitWidth() / 8;
3831     assert(LoadSize > 0 && "Cannot have a zero-sized integer load!");
3832
3833     auto &Offsets = SplitOffsetsMap[LI];
3834     assert(LoadSize == Offsets.S->endOffset() - Offsets.S->beginOffset() &&
3835            "Slice size should always match load size exactly!");
3836     uint64_t BaseOffset = Offsets.S->beginOffset();
3837     assert(BaseOffset + LoadSize > BaseOffset &&
3838            "Cannot represent alloca access size using 64-bit integers!");
3839
3840     Instruction *BasePtr = cast<Instruction>(LI->getPointerOperand());
3841     IRB.SetInsertPoint(LI);
3842
3843     LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Splitting load: " << *LI << "\n");
3844
3845     uint64_t PartOffset = 0, PartSize = Offsets.Splits.front();
3846     int Idx = 0, Size = Offsets.Splits.size();
3847     for (;;) {
3848       auto *PartTy = Type::getIntNTy(Ty->getContext(), PartSize * 8);
3849       auto AS = LI->getPointerAddressSpace();
3850       auto *PartPtrTy = PartTy->getPointerTo(AS);
3851       LoadInst *PLoad = IRB.CreateAlignedLoad(
3852           PartTy,
3853           getAdjustedPtr(IRB, DL, BasePtr,
3854                          APInt(DL.getIndexSizeInBits(AS), PartOffset),
3855                          PartPtrTy, BasePtr->getName() + "."),
3856           getAdjustedAlignment(LI, PartOffset, DL), /*IsVolatile*/ false,
3857           LI->getName());
3858       PLoad->copyMetadata(*LI, {LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access,
3859                                 LLVMContext::MD_access_group});
3860
3861       // Append this load onto the list of split loads so we can find it later
3862       // to rewrite the stores.
3863       SplitLoads.push_back(PLoad);
3864
3865       // Now build a new slice for the alloca.
3866       NewSlices.push_back(
3867           Slice(BaseOffset + PartOffset, BaseOffset + PartOffset + PartSize,
3868                 &PLoad->getOperandUse(PLoad->getPointerOperandIndex()),
3869                 /*IsSplittable*/ false));
3870       LLVM_DEBUG(dbgs() << "    new slice [" << NewSlices.back().beginOffset()
3871                         << ", " << NewSlices.back().endOffset()
3872                         << "): " << *PLoad << "\n");
3873
3874       // See if we've handled all the splits.
3875       if (Idx >= Size)
3876         break;
3877
3878       // Setup the next partition.
3879       PartOffset = Offsets.Splits[Idx];
3880       ++Idx;
3881       PartSize = (Idx < Size ? Offsets.Splits[Idx] : LoadSize) - PartOffset;
3882     }
3883
3884     // Now that we have the split loads, do the slow walk over all uses of the
3885     // load and rewrite them as split stores, or save the split loads to use
3886     // below if the store is going to be split there anyways.
3887     bool DeferredStores = false;
3888     for (User *LU : LI->users()) {
3889       StoreInst *SI = cast<StoreInst>(LU);
3890       if (!Stores.empty() && SplitOffsetsMap.count(SI)) {
3891         DeferredStores = true;
3892         LLVM_DEBUG(dbgs() << "    Deferred splitting of store: " << *SI
3893                           << "\n");
3894         continue;
3895       }
3896
3897       Value *StoreBasePtr = SI->getPointerOperand();
3898       IRB.SetInsertPoint(SI);
3899
3900       LLVM_DEBUG(dbgs() << "    Splitting store of load: " << *SI << "\n");
3901
3902       for (int Idx = 0, Size = SplitLoads.size(); Idx < Size; ++Idx) {
3903         LoadInst *PLoad = SplitLoads[Idx];
3904         uint64_t PartOffset = Idx == 0 ? 0 : Offsets.Splits[Idx - 1];
3905         auto *PartPtrTy =
3906             PLoad->getType()->getPointerTo(SI->getPointerAddressSpace());
3907
3908         auto AS = SI->getPointerAddressSpace();
3909         StoreInst *PStore = IRB.CreateAlignedStore(
3910             PLoad,
3911             getAdjustedPtr(IRB, DL, StoreBasePtr,
3912                            APInt(DL.getIndexSizeInBits(AS), PartOffset),
3913                            PartPtrTy, StoreBasePtr->getName() + "."),
3914             getAdjustedAlignment(SI, PartOffset, DL), /*IsVolatile*/ false);
3915         PStore->copyMetadata(*LI, {LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access,
3916                                    LLVMContext::MD_access_group});
3917         LLVM_DEBUG(dbgs() << "      +" << PartOffset << ":" << *PStore << "\n");
3918       }
3919
3920       // We want to immediately iterate on any allocas impacted by splitting
3921       // this store, and we have to track any promotable alloca (indicated by
3922       // a direct store) as needing to be resplit because it is no longer
3923       // promotable.
3924       if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(StoreBasePtr)) {
3925         ResplitPromotableAllocas.insert(OtherAI);
3926         Worklist.insert(OtherAI);
3927       } else if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(
3928                      StoreBasePtr->stripInBoundsOffsets())) {
3929         Worklist.insert(OtherAI);
3930       }
3931
3932       // Mark the original store as dead.
3933       DeadInsts.insert(SI);
3934     }
3935
3936     // Save the split loads if there are deferred stores among the users.
3937     if (DeferredStores)
3938       SplitLoadsMap.insert(std::make_pair(LI, std::move(SplitLoads)));
3939
3940     // Mark the original load as dead and kill the original slice.
3941     DeadInsts.insert(LI);
3942     Offsets.S->kill();
3943   }
3944
3945   // Second, we rewrite all of the split stores. At this point, we know that
3946   // all loads from this alloca have been split already. For stores of such
3947   // loads, we can simply look up the pre-existing split loads. For stores of
3948   // other loads, we split those loads first and then write split stores of
3949   // them.
3950   for (StoreInst *SI : Stores) {
3951     auto *LI = cast<LoadInst>(SI->getValueOperand());
3952     IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(LI->getType());
3953     uint64_t StoreSize = Ty->getBitWidth() / 8;
3954     assert(StoreSize > 0 && "Cannot have a zero-sized integer store!");
3955
3956     auto &Offsets = SplitOffsetsMap[SI];
3957     assert(StoreSize == Offsets.S->endOffset() - Offsets.S->beginOffset() &&
3958            "Slice size should always match load size exactly!");
3959     uint64_t BaseOffset = Offsets.S->beginOffset();
3960     assert(BaseOffset + StoreSize > BaseOffset &&
3961            "Cannot represent alloca access size using 64-bit integers!");
3962
3963     Value *LoadBasePtr = LI->getPointerOperand();
3964     Instruction *StoreBasePtr = cast<Instruction>(SI->getPointerOperand());
3965
3966     LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Splitting store: " << *SI << "\n");
3967
3968     // Check whether we have an already split load.
3969     auto SplitLoadsMapI = SplitLoadsMap.find(LI);
3970     std::vector<LoadInst *> *SplitLoads = nullptr;
3971     if (SplitLoadsMapI != SplitLoadsMap.end()) {
3972       SplitLoads = &SplitLoadsMapI->second;
3973       assert(SplitLoads->size() == Offsets.Splits.size() + 1 &&
3974              "Too few split loads for the number of splits in the store!");
3975     } else {
3976       LLVM_DEBUG(dbgs() << "          of load: " << *LI << "\n");
3977     }
3978
3979     uint64_t PartOffset = 0, PartSize = Offsets.Splits.front();
3980     int Idx = 0, Size = Offsets.Splits.size();
3981     for (;;) {
3982       auto *PartTy = Type::getIntNTy(Ty->getContext(), PartSize * 8);
3983       auto *LoadPartPtrTy = PartTy->getPointerTo(LI->getPointerAddressSpace());
3984       auto *StorePartPtrTy = PartTy->getPointerTo(SI->getPointerAddressSpace());
3985
3986       // Either lookup a split load or create one.
3987       LoadInst *PLoad;
3988       if (SplitLoads) {
3989         PLoad = (*SplitLoads)[Idx];
3990       } else {
3991         IRB.SetInsertPoint(LI);
3992         auto AS = LI->getPointerAddressSpace();
3993         PLoad = IRB.CreateAlignedLoad(
3994             PartTy,
3995             getAdjustedPtr(IRB, DL, LoadBasePtr,
3996                            APInt(DL.getIndexSizeInBits(AS), PartOffset),
3997                            LoadPartPtrTy, LoadBasePtr->getName() + "."),
3998             getAdjustedAlignment(LI, PartOffset, DL), /*IsVolatile*/ false,
3999             LI->getName());
4000       }
4001
4002       // And store this partition.
4003       IRB.SetInsertPoint(SI);
4004       auto AS = SI->getPointerAddressSpace();
4005       StoreInst *PStore = IRB.CreateAlignedStore(
4006           PLoad,
4007           getAdjustedPtr(IRB, DL, StoreBasePtr,
4008                          APInt(DL.getIndexSizeInBits(AS), PartOffset),
4009                          StorePartPtrTy, StoreBasePtr->getName() + "."),
4010           getAdjustedAlignment(SI, PartOffset, DL), /*IsVolatile*/ false);
4011
4012       // Now build a new slice for the alloca.
4013       NewSlices.push_back(
4014           Slice(BaseOffset + PartOffset, BaseOffset + PartOffset + PartSize,
4015                 &PStore->getOperandUse(PStore->getPointerOperandIndex()),
4016                 /*IsSplittable*/ false));
4017       LLVM_DEBUG(dbgs() << "    new slice [" << NewSlices.back().beginOffset()
4018                         << ", " << NewSlices.back().endOffset()
4019                         << "): " << *PStore << "\n");
4020       if (!SplitLoads) {
4021         LLVM_DEBUG(dbgs() << "      of split load: " << *PLoad << "\n");
4022       }
4023
4024       // See if we've finished all the splits.
4025       if (Idx >= Size)
4026         break;
4027
4028       // Setup the next partition.
4029       PartOffset = Offsets.Splits[Idx];
4030       ++Idx;
4031       PartSize = (Idx < Size ? Offsets.Splits[Idx] : StoreSize) - PartOffset;
4032     }
4033
4034     // We want to immediately iterate on any allocas impacted by splitting
4035     // this load, which is only relevant if it isn't a load of this alloca and
4036     // thus we didn't already split the loads above. We also have to keep track
4037     // of any promotable allocas we split loads on as they can no longer be
4038     // promoted.
4039     if (!SplitLoads) {
4040       if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(LoadBasePtr)) {
4041         assert(OtherAI != &AI && "We can't re-split our own alloca!");
4042         ResplitPromotableAllocas.insert(OtherAI);
4043         Worklist.insert(OtherAI);
4044       } else if (AllocaInst *OtherAI = dyn_cast<AllocaInst>(
4045                      LoadBasePtr->stripInBoundsOffsets())) {
4046         assert(OtherAI != &AI && "We can't re-split our own alloca!");
4047         Worklist.insert(OtherAI);
4048       }
4049     }
4050
4051     // Mark the original store as dead now that we've split it up and kill its
4052     // slice. Note that we leave the original load in place unless this store
4053     // was its only use. It may in turn be split up if it is an alloca load
4054     // for some other alloca, but it may be a normal load. This may introduce
4055     // redundant loads, but where those can be merged the rest of the optimizer
4056     // should handle the merging, and this uncovers SSA splits which is more
4057     // important. In practice, the original loads will almost always be fully
4058     // split and removed eventually, and the splits will be merged by any
4059     // trivial CSE, including instcombine.
4060     if (LI->hasOneUse()) {
4061       assert(*LI->user_begin() == SI && "Single use isn't this store!");
4062       DeadInsts.insert(LI);
4063     }
4064     DeadInsts.insert(SI);
4065     Offsets.S->kill();
4066   }
4067
4068   // Remove the killed slices that have ben pre-split.
4069   AS.erase(llvm::remove_if(AS, [](const Slice &S) { return S.isDead(); }),
4070            AS.end());
4071
4072   // Insert our new slices. This will sort and merge them into the sorted
4073   // sequence.
4074   AS.insert(NewSlices);
4075
4076   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Pre-split slices:\n");
4077 #ifndef NDEBUG
4078   for (auto I = AS.begin(), E = AS.end(); I != E; ++I)
4079     LLVM_DEBUG(AS.print(dbgs(), I, "    "));
4080 #endif
4081
4082   // Finally, don't try to promote any allocas that new require re-splitting.
4083   // They have already been added to the worklist above.
4084   PromotableAllocas.erase(
4085       llvm::remove_if(
4086           PromotableAllocas,
4087           [&](AllocaInst *AI) { return ResplitPromotableAllocas.count(AI); }),
4088       PromotableAllocas.end());
4089
4090   return true;
4091 }
4092
4093 /// Rewrite an alloca partition's users.
4094 ///
4095 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
4096 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
4097 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
4098 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
4099 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
4100 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
4101 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
4102 /// promoted.
4103 AllocaInst *SROA::rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS,
4104                                    Partition &P) {
4105   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
4106   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
4107   // or an i8 array of an appropriate size.
4108   Type *SliceTy = nullptr;
4109   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
4110   if (Type *CommonUseTy = findCommonType(P.begin(), P.end(), P.endOffset()))
4111     if (DL.getTypeAllocSize(CommonUseTy) >= P.size())
4112       SliceTy = CommonUseTy;
4113   if (!SliceTy)
4114     if (Type *TypePartitionTy = getTypePartition(DL, AI.getAllocatedType(),
4115                                                  P.beginOffset(), P.size()))
4116       SliceTy = TypePartitionTy;
4117   if ((!SliceTy || (SliceTy->isArrayTy() &&
4118                     SliceTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
4119       DL.isLegalInteger(P.size() * 8))
4120     SliceTy = Type::getIntNTy(*C, P.size() * 8);
4121   if (!SliceTy)
4122     SliceTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), P.size());
4123   assert(DL.getTypeAllocSize(SliceTy) >= P.size());
4124
4125   bool IsIntegerPromotable = isIntegerWideningViable(P, SliceTy, DL);
4126
4127   VectorType *VecTy =
4128       IsIntegerPromotable ? nullptr : isVectorPromotionViable(P, DL);
4129   if (VecTy)
4130     SliceTy = VecTy;
4131
4132   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
4133   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
4134   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
4135   // perform phi and select speculation.
4136   // P.beginOffset() can be non-zero even with the same type in a case with
4137   // out-of-bounds access (e.g. @PR35657 function in SROA/basictest.ll).
4138   AllocaInst *NewAI;
4139   if (SliceTy == AI.getAllocatedType() && P.beginOffset() == 0) {
4140     NewAI = &AI;
4141     // FIXME: We should be able to bail at this point with "nothing changed".
4142     // FIXME: We might want to defer PHI speculation until after here.
4143     // FIXME: return nullptr;
4144   } else {
4145     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
4146     if (!Alignment) {
4147       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
4148       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
4149       // type.
4150       Alignment = DL.getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
4151     }
4152     Alignment = MinAlign(Alignment, P.beginOffset());
4153     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
4154     // the alloca's alignment unconstrained.
4155     if (Alignment <= DL.getABITypeAlignment(SliceTy))
4156       Alignment = 0;
4157     NewAI = new AllocaInst(
4158       SliceTy, AI.getType()->getAddressSpace(), nullptr, Alignment,
4159         AI.getName() + ".sroa." + Twine(P.begin() - AS.begin()), &AI);
4160     // Copy the old AI debug location over to the new one.
4161     NewAI->setDebugLoc(AI.getDebugLoc());
4162     ++NumNewAllocas;
4163   }
4164
4165   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
4166                     << "[" << P.beginOffset() << "," << P.endOffset()
4167                     << ") to: " << *NewAI << "\n");
4168
4169   // Track the high watermark on the worklist as it is only relevant for
4170   // promoted allocas. We will reset it to this point if the alloca is not in
4171   // fact scheduled for promotion.
4172   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
4173   unsigned NumUses = 0;
4174   SmallSetVector<PHINode *, 8> PHIUsers;
4175   SmallSetVector<SelectInst *, 8> SelectUsers;
4176
4177   AllocaSliceRewriter Rewriter(DL, AS, *this, AI, *NewAI, P.beginOffset(),
4178                                P.endOffset(), IsIntegerPromotable, VecTy,
4179                                PHIUsers, SelectUsers);
4180   bool Promotable = true;
4181   for (Slice *S : P.splitSliceTails()) {
4182     Promotable &= Rewriter.visit(S);
4183     ++NumUses;
4184   }
4185   for (Slice &S : P) {
4186     Promotable &= Rewriter.visit(&S);
4187     ++NumUses;
4188   }
4189
4190   NumAllocaPartitionUses += NumUses;
4191   MaxUsesPerAllocaPartition.updateMax(NumUses);
4192
4193   // Now that we've processed all the slices in the new partition, check if any
4194   // PHIs or Selects would block promotion.
4195   for (PHINode *PHI : PHIUsers)
4196     if (!isSafePHIToSpeculate(*PHI)) {
4197       Promotable = false;
4198       PHIUsers.clear();
4199       SelectUsers.clear();
4200       break;
4201     }
4202
4203   for (SelectInst *Sel : SelectUsers)
4204     if (!isSafeSelectToSpeculate(*Sel)) {
4205       Promotable = false;
4206       PHIUsers.clear();
4207       SelectUsers.clear();
4208       break;
4209     }
4210
4211   if (Promotable) {
4212     if (PHIUsers.empty() && SelectUsers.empty()) {
4213       // Promote the alloca.
4214       PromotableAllocas.push_back(NewAI);
4215     } else {
4216       // If we have either PHIs or Selects to speculate, add them to those
4217       // worklists and re-queue the new alloca so that we promote in on the
4218       // next iteration.
4219       for (PHINode *PHIUser : PHIUsers)
4220         SpeculatablePHIs.insert(PHIUser);
4221       for (SelectInst *SelectUser : SelectUsers)
4222         SpeculatableSelects.insert(SelectUser);
4223       Worklist.insert(NewAI);
4224     }
4225   } else {
4226     // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
4227     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
4228       PostPromotionWorklist.pop_back();
4229
4230     // We couldn't promote and we didn't create a new partition, nothing
4231     // happened.
4232     if (NewAI == &AI)
4233       return nullptr;
4234
4235     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
4236     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
4237     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
4238     Worklist.insert(NewAI);
4239   }
4240
4241   return NewAI;
4242 }
4243
4244 /// Walks the slices of an alloca and form partitions based on them,
4245 /// rewriting each of their uses.
4246 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &AS) {
4247   if (AS.begin() == AS.end())
4248     return false;
4249
4250   unsigned NumPartitions = 0;
4251   bool Changed = false;
4252   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
4253
4254   // First try to pre-split loads and stores.
4255   Changed |= presplitLoadsAndStores(AI, AS);
4256
4257   // Now that we have identified any pre-splitting opportunities,
4258   // mark loads and stores unsplittable except for the following case.
4259   // We leave a slice splittable if all other slices are disjoint or fully
4260   // included in the slice, such as whole-alloca loads and stores.
4261   // If we fail to split these during pre-splitting, we want to force them
4262   // to be rewritten into a partition.
4263   bool IsSorted = true;
4264
4265   uint64_t AllocaSize = DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType());
4266   const uint64_t MaxBitVectorSize = 1024;
4267   if (AllocaSize <= MaxBitVectorSize) {
4268     // If a byte boundary is included in any load or store, a slice starting or
4269     // ending at the boundary is not splittable.
4270     SmallBitVector SplittableOffset(AllocaSize + 1, true);
4271     for (Slice &S : AS)
4272       for (unsigned O = S.beginOffset() + 1;
4273            O < S.endOffset() && O < AllocaSize; O++)
4274         SplittableOffset.reset(O);
4275
4276     for (Slice &S : AS) {
4277       if (!S.isSplittable())
4278         continue;
4279
4280       if ((S.beginOffset() > AllocaSize || SplittableOffset[S.beginOffset()]) &&
4281           (S.endOffset() > AllocaSize || SplittableOffset[S.endOffset()]))
4282         continue;
4283
4284       if (isa<LoadInst>(S.getUse()->getUser()) ||
4285           isa<StoreInst>(S.getUse()->getUser())) {
4286         S.makeUnsplittable();
4287         IsSorted = false;
4288       }
4289     }
4290   }
4291   else {
4292     // We only allow whole-alloca splittable loads and stores
4293     // for a large alloca to avoid creating too large BitVector.
4294     for (Slice &S : AS) {
4295       if (!S.isSplittable())
4296         continue;
4297
4298       if (S.beginOffset() == 0 && S.endOffset() >= AllocaSize)
4299         continue;
4300
4301       if (isa<LoadInst>(S.getUse()->getUser()) ||
4302           isa<StoreInst>(S.getUse()->getUser())) {
4303         S.makeUnsplittable();
4304         IsSorted = false;
4305       }
4306     }
4307   }
4308
4309   if (!IsSorted)
4310     llvm::sort(AS);
4311
4312   /// Describes the allocas introduced by rewritePartition in order to migrate
4313   /// the debug info.
4314   struct Fragment {
4315     AllocaInst *Alloca;
4316     uint64_t Offset;
4317     uint64_t Size;
4318     Fragment(AllocaInst *AI, uint64_t O, uint64_t S)
4319       : Alloca(AI), Offset(O), Size(S) {}
4320   };
4321   SmallVector<Fragment, 4> Fragments;
4322
4323   // Rewrite each partition.
4324   for (auto &P : AS.partitions()) {
4325     if (AllocaInst *NewAI = rewritePartition(AI, AS, P)) {
4326       Changed = true;
4327       if (NewAI != &AI) {
4328         uint64_t SizeOfByte = 8;
4329         uint64_t AllocaSize = DL.getTypeSizeInBits(NewAI->getAllocatedType());
4330         // Don't include any padding.
4331         uint64_t Size = std::min(AllocaSize, P.size() * SizeOfByte);
4332         Fragments.push_back(Fragment(NewAI, P.beginOffset() * SizeOfByte, Size));
4333       }
4334     }
4335     ++NumPartitions;
4336   }
4337
4338   NumAllocaPartitions += NumPartitions;
4339   MaxPartitionsPerAlloca.updateMax(NumPartitions);
4340
4341   // Migrate debug information from the old alloca to the new alloca(s)
4342   // and the individual partitions.
4343   TinyPtrVector<DbgVariableIntrinsic *> DbgDeclares = FindDbgAddrUses(&AI);
4344   if (!DbgDeclares.empty()) {
4345     auto *Var = DbgDeclares.front()->getVariable();
4346     auto *Expr = DbgDeclares.front()->getExpression();
4347     auto VarSize = Var->getSizeInBits();
4348     DIBuilder DIB(*AI.getModule(), /*AllowUnresolved*/ false);
4349     uint64_t AllocaSize = DL.getTypeSizeInBits(AI.getAllocatedType());
4350     for (auto Fragment : Fragments) {
4351       // Create a fragment expression describing the new partition or reuse AI's
4352       // expression if there is only one partition.
4353       auto *FragmentExpr = Expr;
4354       if (Fragment.Size < AllocaSize || Expr->isFragment()) {
4355         // If this alloca is already a scalar replacement of a larger aggregate,
4356         // Fragment.Offset describes the offset inside the scalar.
4357         auto ExprFragment = Expr->getFragmentInfo();
4358         uint64_t Offset = ExprFragment ? ExprFragment->OffsetInBits : 0;
4359         uint64_t Start = Offset + Fragment.Offset;
4360         uint64_t Size = Fragment.Size;
4361         if (ExprFragment) {
4362           uint64_t AbsEnd =
4363               ExprFragment->OffsetInBits + ExprFragment->SizeInBits;
4364           if (Start >= AbsEnd)
4365             // No need to describe a SROAed padding.
4366             continue;
4367           Size = std::min(Size, AbsEnd - Start);
4368         }
4369         // The new, smaller fragment is stenciled out from the old fragment.
4370         if (auto OrigFragment = FragmentExpr->getFragmentInfo()) {
4371           assert(Start >= OrigFragment->OffsetInBits &&
4372                  "new fragment is outside of original fragment");
4373           Start -= OrigFragment->OffsetInBits;
4374         }
4375
4376         // The alloca may be larger than the variable.
4377         if (VarSize) {
4378           if (Size > *VarSize)
4379             Size = *VarSize;
4380           if (Size == 0 || Start + Size > *VarSize)
4381             continue;
4382         }
4383
4384         // Avoid creating a fragment expression that covers the entire variable.
4385         if (!VarSize || *VarSize != Size) {
4386           if (auto E =
4387                   DIExpression::createFragmentExpression(Expr, Start, Size))
4388             FragmentExpr = *E;
4389           else
4390             continue;
4391         }
4392       }
4393
4394       // Remove any existing intrinsics describing the same alloca.
4395       for (DbgVariableIntrinsic *OldDII : FindDbgAddrUses(Fragment.Alloca))
4396         OldDII->eraseFromParent();
4397
4398       DIB.insertDeclare(Fragment.Alloca, Var, FragmentExpr,
4399                         DbgDeclares.front()->getDebugLoc(), &AI);
4400     }
4401   }
4402   return Changed;
4403 }
4404
4405 /// Clobber a use with undef, deleting the used value if it becomes dead.
4406 void SROA::clobberUse(Use &U) {
4407   Value *OldV = U;
4408   // Replace the use with an undef value.
4409   U = UndefValue::get(OldV->getType());
4410
4411   // Check for this making an instruction dead. We have to garbage collect
4412   // all the dead instructions to ensure the uses of any alloca end up being
4413   // minimal.
4414   if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
4415     if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
4416       DeadInsts.insert(OldI);
4417     }
4418 }
4419
4420 /// Analyze an alloca for SROA.
4421 ///
4422 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
4423 /// the slices of the alloca, and then hands it off to be split and
4424 /// rewritten as needed.
4425 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
4426   LLVM_DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
4427   ++NumAllocasAnalyzed;
4428
4429   // Special case dead allocas, as they're trivial.
4430   if (AI.use_empty()) {
4431     AI.eraseFromParent();
4432     return true;
4433   }
4434   const DataLayout &DL = AI.getModule()->getDataLayout();
4435
4436   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
4437   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
4438       DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
4439     return false;
4440
4441   bool Changed = false;
4442
4443   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
4444   // better splitting and promotion opportunities.
4445   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(DL);
4446   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
4447
4448   // Build the slices using a recursive instruction-visiting builder.
4449   AllocaSlices AS(DL, AI);
4450   LLVM_DEBUG(AS.print(dbgs()));
4451   if (AS.isEscaped())
4452     return Changed;
4453
4454   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
4455   for (Instruction *DeadUser : AS.getDeadUsers()) {
4456     // Free up everything used by this instruction.
4457     for (Use &DeadOp : DeadUser->operands())
4458       clobberUse(DeadOp);
4459
4460     // Now replace the uses of this instruction.
4461     DeadUser->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(DeadUser->getType()));
4462
4463     // And mark it for deletion.
4464     DeadInsts.insert(DeadUser);
4465     Changed = true;
4466   }
4467   for (Use *DeadOp : AS.getDeadOperands()) {
4468     clobberUse(*DeadOp);
4469     Changed = true;
4470   }
4471
4472   // No slices to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
4473   if (AS.begin() == AS.end())
4474     return Changed;
4475
4476   Changed |= splitAlloca(AI, AS);
4477
4478   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Speculating PHIs\n");
4479   while (!SpeculatablePHIs.empty())
4480     speculatePHINodeLoads(*SpeculatablePHIs.pop_back_val());
4481
4482   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Speculating Selects\n");
4483   while (!SpeculatableSelects.empty())
4484     speculateSelectInstLoads(*SpeculatableSelects.pop_back_val());
4485
4486   return Changed;
4487 }
4488
4489 /// Delete the dead instructions accumulated in this run.
4490 ///
4491 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
4492 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
4493 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
4494 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
4495 ///
4496 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
4497 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
4498 bool SROA::deleteDeadInstructions(
4499     SmallPtrSetImpl<AllocaInst *> &DeletedAllocas) {
4500   bool Changed = false;
4501   while (!DeadInsts.empty()) {
4502     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
4503     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
4504
4505     // If the instruction is an alloca, find the possible dbg.declare connected
4506     // to it, and remove it too. We must do this before calling RAUW or we will
4507     // not be able to find it.
4508     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I)) {
4509       DeletedAllocas.insert(AI);
4510       for (DbgVariableIntrinsic *OldDII : FindDbgAddrUses(AI))
4511         OldDII->eraseFromParent();
4512     }
4513
4514     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
4515
4516     for (Use &Operand : I->operands())
4517       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Operand)) {
4518         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
4519         Operand = nullptr;
4520         if (isInstructionTriviallyDead(U))
4521           DeadInsts.insert(U);
4522       }
4523
4524     ++NumDeleted;
4525     I->eraseFromParent();
4526     Changed = true;
4527   }
4528   return Changed;
4529 }
4530
4531 /// Promote the allocas, using the best available technique.
4532 ///
4533 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
4534 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
4535 /// This function returns whether any promotion occurred.
4536 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
4537   if (PromotableAllocas.empty())
4538     return false;
4539
4540   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
4541
4542   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
4543   PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT, AC);
4544   PromotableAllocas.clear();
4545   return true;
4546 }
4547
4548 PreservedAnalyses SROA::runImpl(Function &F, DominatorTree &RunDT,
4549                                 AssumptionCache &RunAC) {
4550   LLVM_DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
4551   C = &F.getContext();
4552   DT = &RunDT;
4553   AC = &RunAC;
4554
4555   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
4556   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = std::prev(EntryBB.end());
4557        I != E; ++I) {
4558     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
4559       Worklist.insert(AI);
4560   }
4561
4562   bool Changed = false;
4563   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
4564   // the list of promotable allocas.
4565   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
4566
4567   do {
4568     while (!Worklist.empty()) {
4569       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
4570       Changed |= deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
4571
4572       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
4573       // continue processing them.
4574       if (!DeletedAllocas.empty()) {
4575         auto IsInSet = [&](AllocaInst *AI) { return DeletedAllocas.count(AI); };
4576         Worklist.remove_if(IsInSet);
4577         PostPromotionWorklist.remove_if(IsInSet);
4578         PromotableAllocas.erase(llvm::remove_if(PromotableAllocas, IsInSet),
4579                                 PromotableAllocas.end());
4580         DeletedAllocas.clear();
4581       }
4582     }
4583
4584     Changed |= promoteAllocas(F);
4585
4586     Worklist = PostPromotionWorklist;
4587     PostPromotionWorklist.clear();
4588   } while (!Worklist.empty());
4589
4590   if (!Changed)
4591     return PreservedAnalyses::all();
4592
4593   PreservedAnalyses PA;
4594   PA.preserveSet<CFGAnalyses>();
4595   PA.preserve<GlobalsAA>();
4596   return PA;
4597 }
4598
4599 PreservedAnalyses SROA::run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM) {
4600   return runImpl(F, AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F),
4601                  AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F));
4602 }
4603
4604 /// A legacy pass for the legacy pass manager that wraps the \c SROA pass.
4605 ///
4606 /// This is in the llvm namespace purely to allow it to be a friend of the \c
4607 /// SROA pass.
4608 class llvm::sroa::SROALegacyPass : public FunctionPass {
4609   /// The SROA implementation.
4610   SROA Impl;
4611
4612 public:
4613   static char ID;
4614
4615   SROALegacyPass() : FunctionPass(ID) {
4616     initializeSROALegacyPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
4617   }
4618
4619   bool runOnFunction(Function &F) override {
4620     if (skipFunction(F))
4621       return false;
4622
4623     auto PA = Impl.runImpl(
4624         F, getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree(),
4625         getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F));
4626     return !PA.areAllPreserved();
4627   }
4628
4629   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
4630     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
4631     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
4632     AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
4633     AU.setPreservesCFG();
4634   }
4635
4636   StringRef getPassName() const override { return "SROA"; }
4637 };
4638
4639 char SROALegacyPass::ID = 0;
4640
4641 FunctionPass *llvm::createSROAPass() { return new SROALegacyPass(); }
4642
4643 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROALegacyPass, "sroa",
4644                       "Scalar Replacement Of Aggregates", false, false)
4645 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
4646 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
4647 INITIALIZE_PASS_END(SROALegacyPass, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
4648                     false, false)