]> Gitweb @ Texas Instruments - Open Source Git Repositories - git.TI.com/gitweb - opencl/llvm.git/blob - lib/Transforms/Scalar/SROA.cpp
Make use of @llvm.assume in ValueTracking (computeKnownBits, etc.)
[opencl/llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / SROA.cpp
1 //===- SROA.cpp - Scalar Replacement Of Aggregates ------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This transformation implements the well known scalar replacement of
11 /// aggregates transformation. It tries to identify promotable elements of an
12 /// aggregate alloca, and promote them to registers. It will also try to
13 /// convert uses of an element (or set of elements) of an alloca into a vector
14 /// or bitfield-style integer scalar if appropriate.
15 ///
16 /// It works to do this with minimal slicing of the alloca so that regions
17 /// which are merely transferred in and out of external memory remain unchanged
18 /// and are not decomposed to scalar code.
19 ///
20 /// Because this also performs alloca promotion, it can be thought of as also
21 /// serving the purpose of SSA formation. The algorithm iterates on the
22 /// function until all opportunities for promotion have been realized.
23 ///
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
26 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
27 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
28 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
31 #include "llvm/Analysis/AssumptionTracker.h"
32 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
33 #include "llvm/Analysis/PtrUseVisitor.h"
34 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
35 #include "llvm/IR/Constants.h"
36 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
37 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
38 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
39 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
40 #include "llvm/IR/Dominators.h"
41 #include "llvm/IR/Function.h"
42 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
43 #include "llvm/IR/InstVisitor.h"
44 #include "llvm/IR/Instructions.h"
45 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
46 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
47 #include "llvm/IR/Operator.h"
48 #include "llvm/Pass.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Compiler.h"
51 #include "llvm/Support/Debug.h"
52 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
53 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
54 #include "llvm/Support/TimeValue.h"
55 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
56 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
58 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
60 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
61 // We only use this for a debug check in C++11
62 #include <random>
63 #endif
65 using namespace llvm;
67 #define DEBUG_TYPE "sroa"
69 STATISTIC(NumAllocasAnalyzed, "Number of allocas analyzed for replacement");
70 STATISTIC(NumAllocaPartitions, "Number of alloca partitions formed");
71 STATISTIC(MaxPartitionsPerAlloca, "Maximum number of partitions per alloca");
72 STATISTIC(NumAllocaPartitionUses, "Number of alloca partition uses rewritten");
73 STATISTIC(MaxUsesPerAllocaPartition, "Maximum number of uses of a partition");
74 STATISTIC(NumNewAllocas, "Number of new, smaller allocas introduced");
75 STATISTIC(NumPromoted, "Number of allocas promoted to SSA values");
76 STATISTIC(NumLoadsSpeculated, "Number of loads speculated to allow promotion");
77 STATISTIC(NumDeleted, "Number of instructions deleted");
78 STATISTIC(NumVectorized, "Number of vectorized aggregates");
80 /// Hidden option to force the pass to not use DomTree and mem2reg, instead
81 /// forming SSA values through the SSAUpdater infrastructure.
82 static cl::opt<bool>
83 ForceSSAUpdater("force-ssa-updater", cl::init(false), cl::Hidden);
85 /// Hidden option to enable randomly shuffling the slices to help uncover
86 /// instability in their order.
87 static cl::opt<bool> SROARandomShuffleSlices("sroa-random-shuffle-slices",
88                                              cl::init(false), cl::Hidden);
90 /// Hidden option to experiment with completely strict handling of inbounds
91 /// GEPs.
92 static cl::opt<bool> SROAStrictInbounds("sroa-strict-inbounds",
93                                         cl::init(false), cl::Hidden);
95 namespace {
96 /// \brief A custom IRBuilder inserter which prefixes all names if they are
97 /// preserved.
98 template <bool preserveNames = true>
99 class IRBuilderPrefixedInserter :
100     public IRBuilderDefaultInserter<preserveNames> {
101   std::string Prefix;
103 public:
104   void SetNamePrefix(const Twine &P) { Prefix = P.str(); }
106 protected:
107   void InsertHelper(Instruction *I, const Twine &Name, BasicBlock *BB,
108                     BasicBlock::iterator InsertPt) const {
109     IRBuilderDefaultInserter<preserveNames>::InsertHelper(
110         I, Name.isTriviallyEmpty() ? Name : Prefix + Name, BB, InsertPt);
111   }
112 };
114 // Specialization for not preserving the name is trivial.
115 template <>
116 class IRBuilderPrefixedInserter<false> :
117     public IRBuilderDefaultInserter<false> {
118 public:
119   void SetNamePrefix(const Twine &P) {}
120 };
122 /// \brief Provide a typedef for IRBuilder that drops names in release builds.
123 #ifndef NDEBUG
124 typedef llvm::IRBuilder<true, ConstantFolder,
125                         IRBuilderPrefixedInserter<true> > IRBuilderTy;
126 #else
127 typedef llvm::IRBuilder<false, ConstantFolder,
128                         IRBuilderPrefixedInserter<false> > IRBuilderTy;
129 #endif
132 namespace {
133 /// \brief A used slice of an alloca.
134 ///
135 /// This structure represents a slice of an alloca used by some instruction. It
136 /// stores both the begin and end offsets of this use, a pointer to the use
137 /// itself, and a flag indicating whether we can classify the use as splittable
138 /// or not when forming partitions of the alloca.
139 class Slice {
140   /// \brief The beginning offset of the range.
141   uint64_t BeginOffset;
143   /// \brief The ending offset, not included in the range.
144   uint64_t EndOffset;
146   /// \brief Storage for both the use of this slice and whether it can be
147   /// split.
148   PointerIntPair<Use *, 1, bool> UseAndIsSplittable;
150 public:
151   Slice() : BeginOffset(), EndOffset() {}
152   Slice(uint64_t BeginOffset, uint64_t EndOffset, Use *U, bool IsSplittable)
153       : BeginOffset(BeginOffset), EndOffset(EndOffset),
154         UseAndIsSplittable(U, IsSplittable) {}
156   uint64_t beginOffset() const { return BeginOffset; }
157   uint64_t endOffset() const { return EndOffset; }
159   bool isSplittable() const { return UseAndIsSplittable.getInt(); }
160   void makeUnsplittable() { UseAndIsSplittable.setInt(false); }
162   Use *getUse() const { return UseAndIsSplittable.getPointer(); }
164   bool isDead() const { return getUse() == nullptr; }
165   void kill() { UseAndIsSplittable.setPointer(nullptr); }
167   /// \brief Support for ordering ranges.
168   ///
169   /// This provides an ordering over ranges such that start offsets are
170   /// always increasing, and within equal start offsets, the end offsets are
171   /// decreasing. Thus the spanning range comes first in a cluster with the
172   /// same start position.
173   bool operator<(const Slice &RHS) const {
174     if (beginOffset() < RHS.beginOffset()) return true;
175     if (beginOffset() > RHS.beginOffset()) return false;
176     if (isSplittable() != RHS.isSplittable()) return !isSplittable();
177     if (endOffset() > RHS.endOffset()) return true;
178     return false;
179   }
181   /// \brief Support comparison with a single offset to allow binary searches.
182   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(const Slice &LHS,
183                                               uint64_t RHSOffset) {
184     return LHS.beginOffset() < RHSOffset;
185   }
186   friend LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED bool operator<(uint64_t LHSOffset,
187                                               const Slice &RHS) {
188     return LHSOffset < RHS.beginOffset();
189   }
191   bool operator==(const Slice &RHS) const {
192     return isSplittable() == RHS.isSplittable() &&
193            beginOffset() == RHS.beginOffset() && endOffset() == RHS.endOffset();
194   }
195   bool operator!=(const Slice &RHS) const { return !operator==(RHS); }
196 };
197 } // end anonymous namespace
199 namespace llvm {
200 template <typename T> struct isPodLike;
201 template <> struct isPodLike<Slice> {
202    static const bool value = true;
203 };
206 namespace {
207 /// \brief Representation of the alloca slices.
208 ///
209 /// This class represents the slices of an alloca which are formed by its
210 /// various uses. If a pointer escapes, we can't fully build a representation
211 /// for the slices used and we reflect that in this structure. The uses are
212 /// stored, sorted by increasing beginning offset and with unsplittable slices
213 /// starting at a particular offset before splittable slices.
214 class AllocaSlices {
215 public:
216   /// \brief Construct the slices of a particular alloca.
217   AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI);
219   /// \brief Test whether a pointer to the allocation escapes our analysis.
220   ///
221   /// If this is true, the slices are never fully built and should be
222   /// ignored.
223   bool isEscaped() const { return PointerEscapingInstr; }
225   /// \brief Support for iterating over the slices.
226   /// @{
227   typedef SmallVectorImpl<Slice>::iterator iterator;
228   iterator begin() { return Slices.begin(); }
229   iterator end() { return Slices.end(); }
231   typedef SmallVectorImpl<Slice>::const_iterator const_iterator;
232   const_iterator begin() const { return Slices.begin(); }
233   const_iterator end() const { return Slices.end(); }
234   /// @}
236   /// \brief Allow iterating the dead users for this alloca.
237   ///
238   /// These are instructions which will never actually use the alloca as they
239   /// are outside the allocated range. They are safe to replace with undef and
240   /// delete.
241   /// @{
242   typedef SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator dead_user_iterator;
243   dead_user_iterator dead_user_begin() const { return DeadUsers.begin(); }
244   dead_user_iterator dead_user_end() const { return DeadUsers.end(); }
245   /// @}
247   /// \brief Allow iterating the dead expressions referring to this alloca.
248   ///
249   /// These are operands which have cannot actually be used to refer to the
250   /// alloca as they are outside its range and the user doesn't correct for
251   /// that. These mostly consist of PHI node inputs and the like which we just
252   /// need to replace with undef.
253   /// @{
254   typedef SmallVectorImpl<Use *>::const_iterator dead_op_iterator;
255   dead_op_iterator dead_op_begin() const { return DeadOperands.begin(); }
256   dead_op_iterator dead_op_end() const { return DeadOperands.end(); }
257   /// @}
259 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
260   void print(raw_ostream &OS, const_iterator I, StringRef Indent = "  ") const;
261   void printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
262                   StringRef Indent = "  ") const;
263   void printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
264                 StringRef Indent = "  ") const;
265   void print(raw_ostream &OS) const;
266   void dump(const_iterator I) const;
267   void dump() const;
268 #endif
270 private:
271   template <typename DerivedT, typename RetT = void> class BuilderBase;
272   class SliceBuilder;
273   friend class AllocaSlices::SliceBuilder;
275 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
276   /// \brief Handle to alloca instruction to simplify method interfaces.
277   AllocaInst &AI;
278 #endif
280   /// \brief The instruction responsible for this alloca not having a known set
281   /// of slices.
282   ///
283   /// When an instruction (potentially) escapes the pointer to the alloca, we
284   /// store a pointer to that here and abort trying to form slices of the
285   /// alloca. This will be null if the alloca slices are analyzed successfully.
286   Instruction *PointerEscapingInstr;
288   /// \brief The slices of the alloca.
289   ///
290   /// We store a vector of the slices formed by uses of the alloca here. This
291   /// vector is sorted by increasing begin offset, and then the unsplittable
292   /// slices before the splittable ones. See the Slice inner class for more
293   /// details.
294   SmallVector<Slice, 8> Slices;
296   /// \brief Instructions which will become dead if we rewrite the alloca.
297   ///
298   /// Note that these are not separated by slice. This is because we expect an
299   /// alloca to be completely rewritten or not rewritten at all. If rewritten,
300   /// all these instructions can simply be removed and replaced with undef as
301   /// they come from outside of the allocated space.
302   SmallVector<Instruction *, 8> DeadUsers;
304   /// \brief Operands which will become dead if we rewrite the alloca.
305   ///
306   /// These are operands that in their particular use can be replaced with
307   /// undef when we rewrite the alloca. These show up in out-of-bounds inputs
308   /// to PHI nodes and the like. They aren't entirely dead (there might be
309   /// a GEP back into the bounds using it elsewhere) and nor is the PHI, but we
310   /// want to swap this particular input for undef to simplify the use lists of
311   /// the alloca.
312   SmallVector<Use *, 8> DeadOperands;
313 };
316 static Value *foldSelectInst(SelectInst &SI) {
317   // If the condition being selected on is a constant or the same value is
318   // being selected between, fold the select. Yes this does (rarely) happen
319   // early on.
320   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI.getCondition()))
321     return SI.getOperand(1+CI->isZero());
322   if (SI.getOperand(1) == SI.getOperand(2))
323     return SI.getOperand(1);
325   return nullptr;
328 /// \brief A helper that folds a PHI node or a select.
329 static Value *foldPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
330   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I)) {
331     // If PN merges together the same value, return that value.
332     return PN->hasConstantValue();
333   }
334   return foldSelectInst(cast<SelectInst>(I));
337 /// \brief Builder for the alloca slices.
338 ///
339 /// This class builds a set of alloca slices by recursively visiting the uses
340 /// of an alloca and making a slice for each load and store at each offset.
341 class AllocaSlices::SliceBuilder : public PtrUseVisitor<SliceBuilder> {
342   friend class PtrUseVisitor<SliceBuilder>;
343   friend class InstVisitor<SliceBuilder>;
344   typedef PtrUseVisitor<SliceBuilder> Base;
346   const uint64_t AllocSize;
347   AllocaSlices &S;
349   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned> MemTransferSliceMap;
350   SmallDenseMap<Instruction *, uint64_t> PHIOrSelectSizes;
352   /// \brief Set to de-duplicate dead instructions found in the use walk.
353   SmallPtrSet<Instruction *, 4> VisitedDeadInsts;
355 public:
356   SliceBuilder(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI, AllocaSlices &S)
357       : PtrUseVisitor<SliceBuilder>(DL),
358         AllocSize(DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType())), S(S) {}
360 private:
361   void markAsDead(Instruction &I) {
362     if (VisitedDeadInsts.insert(&I))
363       S.DeadUsers.push_back(&I);
364   }
366   void insertUse(Instruction &I, const APInt &Offset, uint64_t Size,
367                  bool IsSplittable = false) {
368     // Completely skip uses which have a zero size or start either before or
369     // past the end of the allocation.
370     if (Size == 0 || Offset.uge(AllocSize)) {
371       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte use @" << Offset
372                    << " which has zero size or starts outside of the "
373                    << AllocSize << " byte alloca:\n"
374                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
375                    << "       use: " << I << "\n");
376       return markAsDead(I);
377     }
379     uint64_t BeginOffset = Offset.getZExtValue();
380     uint64_t EndOffset = BeginOffset + Size;
382     // Clamp the end offset to the end of the allocation. Note that this is
383     // formulated to handle even the case where "BeginOffset + Size" overflows.
384     // This may appear superficially to be something we could ignore entirely,
385     // but that is not so! There may be widened loads or PHI-node uses where
386     // some instructions are dead but not others. We can't completely ignore
387     // them, and so have to record at least the information here.
388     assert(AllocSize >= BeginOffset); // Established above.
389     if (Size > AllocSize - BeginOffset) {
390       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Clamping a " << Size << " byte use @" << Offset
391                    << " to remain within the " << AllocSize << " byte alloca:\n"
392                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
393                    << "       use: " << I << "\n");
394       EndOffset = AllocSize;
395     }
397     S.Slices.push_back(Slice(BeginOffset, EndOffset, U, IsSplittable));
398   }
400   void visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
401     if (BC.use_empty())
402       return markAsDead(BC);
404     return Base::visitBitCastInst(BC);
405   }
407   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
408     if (GEPI.use_empty())
409       return markAsDead(GEPI);
411     if (SROAStrictInbounds && GEPI.isInBounds()) {
412       // FIXME: This is a manually un-factored variant of the basic code inside
413       // of GEPs with checking of the inbounds invariant specified in the
414       // langref in a very strict sense. If we ever want to enable
415       // SROAStrictInbounds, this code should be factored cleanly into
416       // PtrUseVisitor, but it is easier to experiment with SROAStrictInbounds
417       // by writing out the code here where we have tho underlying allocation
418       // size readily available.
419       APInt GEPOffset = Offset;
420       for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPI),
421                              GTE = gep_type_end(GEPI);
422            GTI != GTE; ++GTI) {
423         ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
424         if (!OpC)
425           break;
427         // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
428         if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
429           unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
430           const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
431           GEPOffset +=
432               APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(ElementIdx));
433         } else {
434           // For array or vector indices, scale the index by the size of the type.
435           APInt Index = OpC->getValue().sextOrTrunc(Offset.getBitWidth());
436           GEPOffset += Index * APInt(Offset.getBitWidth(),
437                                      DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()));
438         }
440         // If this index has computed an intermediate pointer which is not
441         // inbounds, then the result of the GEP is a poison value and we can
442         // delete it and all uses.
443         if (GEPOffset.ugt(AllocSize))
444           return markAsDead(GEPI);
445       }
446     }
448     return Base::visitGetElementPtrInst(GEPI);
449   }
451   void handleLoadOrStore(Type *Ty, Instruction &I, const APInt &Offset,
452                          uint64_t Size, bool IsVolatile) {
453     // We allow splitting of loads and stores where the type is an integer type
454     // and cover the entire alloca. This prevents us from splitting over
455     // eagerly.
456     // FIXME: In the great blue eventually, we should eagerly split all integer
457     // loads and stores, and then have a separate step that merges adjacent
458     // alloca partitions into a single partition suitable for integer widening.
459     // Or we should skip the merge step and rely on GVN and other passes to
460     // merge adjacent loads and stores that survive mem2reg.
461     bool IsSplittable =
462         Ty->isIntegerTy() && !IsVolatile && Offset == 0 && Size >= AllocSize;
464     insertUse(I, Offset, Size, IsSplittable);
465   }
467   void visitLoadInst(LoadInst &LI) {
468     assert((!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType()) &&
469            "All simple FCA loads should have been pre-split");
471     if (!IsOffsetKnown)
472       return PI.setAborted(&LI);
474     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(LI.getType());
475     return handleLoadOrStore(LI.getType(), LI, Offset, Size, LI.isVolatile());
476   }
478   void visitStoreInst(StoreInst &SI) {
479     Value *ValOp = SI.getValueOperand();
480     if (ValOp == *U)
481       return PI.setEscapedAndAborted(&SI);
482     if (!IsOffsetKnown)
483       return PI.setAborted(&SI);
485     uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(ValOp->getType());
487     // If this memory access can be shown to *statically* extend outside the
488     // bounds of of the allocation, it's behavior is undefined, so simply
489     // ignore it. Note that this is more strict than the generic clamping
490     // behavior of insertUse. We also try to handle cases which might run the
491     // risk of overflow.
492     // FIXME: We should instead consider the pointer to have escaped if this
493     // function is being instrumented for addressing bugs or race conditions.
494     if (Size > AllocSize || Offset.ugt(AllocSize - Size)) {
495       DEBUG(dbgs() << "WARNING: Ignoring " << Size << " byte store @" << Offset
496                    << " which extends past the end of the " << AllocSize
497                    << " byte alloca:\n"
498                    << "    alloca: " << S.AI << "\n"
499                    << "       use: " << SI << "\n");
500       return markAsDead(SI);
501     }
503     assert((!SI.isSimple() || ValOp->getType()->isSingleValueType()) &&
504            "All simple FCA stores should have been pre-split");
505     handleLoadOrStore(ValOp->getType(), SI, Offset, Size, SI.isVolatile());
506   }
509   void visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
510     assert(II.getRawDest() == *U && "Pointer use is not the destination?");
511     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
512     if ((Length && Length->getValue() == 0) ||
513         (IsOffsetKnown && Offset.uge(AllocSize)))
514       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
515       return markAsDead(II);
517     if (!IsOffsetKnown)
518       return PI.setAborted(&II);
520     insertUse(II, Offset,
521               Length ? Length->getLimitedValue()
522                      : AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
523               (bool)Length);
524   }
526   void visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
527     ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(II.getLength());
528     if (Length && Length->getValue() == 0)
529       // Zero-length mem transfer intrinsics can be ignored entirely.
530       return markAsDead(II);
532     // Because we can visit these intrinsics twice, also check to see if the
533     // first time marked this instruction as dead. If so, skip it.
534     if (VisitedDeadInsts.count(&II))
535       return;
537     if (!IsOffsetKnown)
538       return PI.setAborted(&II);
540     // This side of the transfer is completely out-of-bounds, and so we can
541     // nuke the entire transfer. However, we also need to nuke the other side
542     // if already added to our partitions.
543     // FIXME: Yet another place we really should bypass this when
544     // instrumenting for ASan.
545     if (Offset.uge(AllocSize)) {
546       SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI = MemTransferSliceMap.find(&II);
547       if (MTPI != MemTransferSliceMap.end())
548         S.Slices[MTPI->second].kill();
549       return markAsDead(II);
550     }
552     uint64_t RawOffset = Offset.getLimitedValue();
553     uint64_t Size = Length ? Length->getLimitedValue()
554                            : AllocSize - RawOffset;
556     // Check for the special case where the same exact value is used for both
557     // source and dest.
558     if (*U == II.getRawDest() && *U == II.getRawSource()) {
559       // For non-volatile transfers this is a no-op.
560       if (!II.isVolatile())
561         return markAsDead(II);
563       return insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/false);
564     }
566     // If we have seen both source and destination for a mem transfer, then
567     // they both point to the same alloca.
568     bool Inserted;
569     SmallDenseMap<Instruction *, unsigned>::iterator MTPI;
570     std::tie(MTPI, Inserted) =
571         MemTransferSliceMap.insert(std::make_pair(&II, S.Slices.size()));
572     unsigned PrevIdx = MTPI->second;
573     if (!Inserted) {
574       Slice &PrevP = S.Slices[PrevIdx];
576       // Check if the begin offsets match and this is a non-volatile transfer.
577       // In that case, we can completely elide the transfer.
578       if (!II.isVolatile() && PrevP.beginOffset() == RawOffset) {
579         PrevP.kill();
580         return markAsDead(II);
581       }
583       // Otherwise we have an offset transfer within the same alloca. We can't
584       // split those.
585       PrevP.makeUnsplittable();
586     }
588     // Insert the use now that we've fixed up the splittable nature.
589     insertUse(II, Offset, Size, /*IsSplittable=*/Inserted && Length);
591     // Check that we ended up with a valid index in the map.
592     assert(S.Slices[PrevIdx].getUse()->getUser() == &II &&
593            "Map index doesn't point back to a slice with this user.");
594   }
596   // Disable SRoA for any intrinsics except for lifetime invariants.
597   // FIXME: What about debug intrinsics? This matches old behavior, but
598   // doesn't make sense.
599   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
600     if (!IsOffsetKnown)
601       return PI.setAborted(&II);
603     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
604         II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
605       ConstantInt *Length = cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
606       uint64_t Size = std::min(AllocSize - Offset.getLimitedValue(),
607                                Length->getLimitedValue());
608       insertUse(II, Offset, Size, true);
609       return;
610     }
612     Base::visitIntrinsicInst(II);
613   }
615   Instruction *hasUnsafePHIOrSelectUse(Instruction *Root, uint64_t &Size) {
616     // We consider any PHI or select that results in a direct load or store of
617     // the same offset to be a viable use for slicing purposes. These uses
618     // are considered unsplittable and the size is the maximum loaded or stored
619     // size.
620     SmallPtrSet<Instruction *, 4> Visited;
621     SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 4> Uses;
622     Visited.insert(Root);
623     Uses.push_back(std::make_pair(cast<Instruction>(*U), Root));
624     // If there are no loads or stores, the access is dead. We mark that as
625     // a size zero access.
626     Size = 0;
627     do {
628       Instruction *I, *UsedI;
629       std::tie(UsedI, I) = Uses.pop_back_val();
631       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
632         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(LI->getType()));
633         continue;
634       }
635       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
636         Value *Op = SI->getOperand(0);
637         if (Op == UsedI)
638           return SI;
639         Size = std::max(Size, DL.getTypeStoreSize(Op->getType()));
640         continue;
641       }
643       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
644         if (!GEP->hasAllZeroIndices())
645           return GEP;
646       } else if (!isa<BitCastInst>(I) && !isa<PHINode>(I) &&
647                  !isa<SelectInst>(I)) {
648         return I;
649       }
651       for (User *U : I->users())
652         if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)))
653           Uses.push_back(std::make_pair(I, cast<Instruction>(U)));
654     } while (!Uses.empty());
656     return nullptr;
657   }
659   void visitPHINodeOrSelectInst(Instruction &I) {
660     assert(isa<PHINode>(I) || isa<SelectInst>(I));
661     if (I.use_empty())
662       return markAsDead(I);
664     // TODO: We could use SimplifyInstruction here to fold PHINodes and
665     // SelectInsts. However, doing so requires to change the current
666     // dead-operand-tracking mechanism. For instance, suppose neither loading
667     // from %U nor %other traps. Then "load (select undef, %U, %other)" does not
668     // trap either.  However, if we simply replace %U with undef using the
669     // current dead-operand-tracking mechanism, "load (select undef, undef,
670     // %other)" may trap because the select may return the first operand
671     // "undef".
672     if (Value *Result = foldPHINodeOrSelectInst(I)) {
673       if (Result == *U)
674         // If the result of the constant fold will be the pointer, recurse
675         // through the PHI/select as if we had RAUW'ed it.
676         enqueueUsers(I);
677       else
678         // Otherwise the operand to the PHI/select is dead, and we can replace
679         // it with undef.
680         S.DeadOperands.push_back(U);
682       return;
683     }
685     if (!IsOffsetKnown)
686       return PI.setAborted(&I);
688     // See if we already have computed info on this node.
689     uint64_t &Size = PHIOrSelectSizes[&I];
690     if (!Size) {
691       // This is a new PHI/Select, check for an unsafe use of it.
692       if (Instruction *UnsafeI = hasUnsafePHIOrSelectUse(&I, Size))
693         return PI.setAborted(UnsafeI);
694     }
696     // For PHI and select operands outside the alloca, we can't nuke the entire
697     // phi or select -- the other side might still be relevant, so we special
698     // case them here and use a separate structure to track the operands
699     // themselves which should be replaced with undef.
700     // FIXME: This should instead be escaped in the event we're instrumenting
701     // for address sanitization.
702     if (Offset.uge(AllocSize)) {
703       S.DeadOperands.push_back(U);
704       return;
705     }
707     insertUse(I, Offset, Size);
708   }
710   void visitPHINode(PHINode &PN) {
711     visitPHINodeOrSelectInst(PN);
712   }
714   void visitSelectInst(SelectInst &SI) {
715     visitPHINodeOrSelectInst(SI);
716   }
718   /// \brief Disable SROA entirely if there are unhandled users of the alloca.
719   void visitInstruction(Instruction &I) {
720     PI.setAborted(&I);
721   }
722 };
724 AllocaSlices::AllocaSlices(const DataLayout &DL, AllocaInst &AI)
725     :
726 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
727       AI(AI),
728 #endif
729       PointerEscapingInstr(nullptr) {
730   SliceBuilder PB(DL, AI, *this);
731   SliceBuilder::PtrInfo PtrI = PB.visitPtr(AI);
732   if (PtrI.isEscaped() || PtrI.isAborted()) {
733     // FIXME: We should sink the escape vs. abort info into the caller nicely,
734     // possibly by just storing the PtrInfo in the AllocaSlices.
735     PointerEscapingInstr = PtrI.getEscapingInst() ? PtrI.getEscapingInst()
736                                                   : PtrI.getAbortingInst();
737     assert(PointerEscapingInstr && "Did not track a bad instruction");
738     return;
739   }
741   Slices.erase(std::remove_if(Slices.begin(), Slices.end(),
742                               std::mem_fun_ref(&Slice::isDead)),
743                Slices.end());
745 #if __cplusplus >= 201103L && !defined(NDEBUG)
746   if (SROARandomShuffleSlices) {
747     std::mt19937 MT(static_cast<unsigned>(sys::TimeValue::now().msec()));
748     std::shuffle(Slices.begin(), Slices.end(), MT);
749   }
750 #endif
752   // Sort the uses. This arranges for the offsets to be in ascending order,
753   // and the sizes to be in descending order.
754   std::sort(Slices.begin(), Slices.end());
757 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
759 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS, const_iterator I,
760                          StringRef Indent) const {
761   printSlice(OS, I, Indent);
762   printUse(OS, I, Indent);
765 void AllocaSlices::printSlice(raw_ostream &OS, const_iterator I,
766                               StringRef Indent) const {
767   OS << Indent << "[" << I->beginOffset() << "," << I->endOffset() << ")"
768      << " slice #" << (I - begin())
769      << (I->isSplittable() ? " (splittable)" : "") << "\n";
772 void AllocaSlices::printUse(raw_ostream &OS, const_iterator I,
773                             StringRef Indent) const {
774   OS << Indent << "  used by: " << *I->getUse()->getUser() << "\n";
777 void AllocaSlices::print(raw_ostream &OS) const {
778   if (PointerEscapingInstr) {
779     OS << "Can't analyze slices for alloca: " << AI << "\n"
780        << "  A pointer to this alloca escaped by:\n"
781        << "  " << *PointerEscapingInstr << "\n";
782     return;
783   }
785   OS << "Slices of alloca: " << AI << "\n";
786   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
787     print(OS, I);
790 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump(const_iterator I) const {
791   print(dbgs(), I);
793 LLVM_DUMP_METHOD void AllocaSlices::dump() const { print(dbgs()); }
795 #endif // !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
797 namespace {
798 /// \brief Implementation of LoadAndStorePromoter for promoting allocas.
799 ///
800 /// This subclass of LoadAndStorePromoter adds overrides to handle promoting
801 /// the loads and stores of an alloca instruction, as well as updating its
802 /// debug information. This is used when a domtree is unavailable and thus
803 /// mem2reg in its full form can't be used to handle promotion of allocas to
804 /// scalar values.
805 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
806   AllocaInst &AI;
807   DIBuilder &DIB;
809   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
810   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
812 public:
813   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction *> &Insts, SSAUpdater &S,
814                  AllocaInst &AI, DIBuilder &DIB)
815       : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(AI), DIB(DIB) {}
817   void run(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
818     // Retain the debug information attached to the alloca for use when
819     // rewriting loads and stores.
820     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI.getContext(), &AI)) {
821       for (User *U : DebugNode->users())
822         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(U))
823           DDIs.push_back(DDI);
824         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(U))
825           DVIs.push_back(DVI);
826     }
828     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
830     // While we have the debug information, clear it off of the alloca. The
831     // caller takes care of deleting the alloca.
832     while (!DDIs.empty())
833       DDIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
834     while (!DVIs.empty())
835       DVIs.pop_back_val()->eraseFromParent();
836   }
838   bool isInstInList(Instruction *I,
839                     const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const override {
840     Value *Ptr;
841     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
842       Ptr = LI->getOperand(0);
843     else
844       Ptr = cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
846     // Only used to detect cycles, which will be rare and quickly found as
847     // we're walking up a chain of defs rather than down through uses.
848     SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
850     do {
851       if (Ptr == &AI)
852         return true;
854       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Ptr))
855         Ptr = BCI->getOperand(0);
856       else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
857         Ptr = GEPI->getPointerOperand();
858       else
859         return false;
861     } while (Visited.insert(Ptr));
863     return false;
864   }
866   void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const override {
867     for (SmallVectorImpl<DbgDeclareInst *>::const_iterator I = DDIs.begin(),
868            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
869       DbgDeclareInst *DDI = *I;
870       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
871         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
872       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
873         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, DIB);
874     }
875     for (SmallVectorImpl<DbgValueInst *>::const_iterator I = DVIs.begin(),
876            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
877       DbgValueInst *DVI = *I;
878       Value *Arg = nullptr;
879       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
880         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
881         // may be zapped by an optimization pass in future.
882         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
883           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
884         else if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
885           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
886         if (!Arg)
887           Arg = SI->getValueOperand();
888       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
889         Arg = LI->getPointerOperand();
890       } else {
891         continue;
892       }
893       Instruction *DbgVal =
894         DIB.insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
895                                      Inst);
896       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
897     }
898   }
899 };
900 } // end anon namespace
903 namespace {
904 /// \brief An optimization pass providing Scalar Replacement of Aggregates.
905 ///
906 /// This pass takes allocations which can be completely analyzed (that is, they
907 /// don't escape) and tries to turn them into scalar SSA values. There are
908 /// a few steps to this process.
909 ///
910 /// 1) It takes allocations of aggregates and analyzes the ways in which they
911 ///    are used to try to split them into smaller allocations, ideally of
912 ///    a single scalar data type. It will split up memcpy and memset accesses
913 ///    as necessary and try to isolate individual scalar accesses.
914 /// 2) It will transform accesses into forms which are suitable for SSA value
915 ///    promotion. This can be replacing a memset with a scalar store of an
916 ///    integer value, or it can involve speculating operations on a PHI or
917 ///    select to be a PHI or select of the results.
918 /// 3) Finally, this will try to detect a pattern of accesses which map cleanly
919 ///    onto insert and extract operations on a vector value, and convert them to
920 ///    this form. By doing so, it will enable promotion of vector aggregates to
921 ///    SSA vector values.
922 class SROA : public FunctionPass {
923   const bool RequiresDomTree;
925   LLVMContext *C;
926   const DataLayout *DL;
927   DominatorTree *DT;
928   AssumptionTracker *AT;
930   /// \brief Worklist of alloca instructions to simplify.
931   ///
932   /// Each alloca in the function is added to this. Each new alloca formed gets
933   /// added to it as well to recursively simplify unless that alloca can be
934   /// directly promoted. Finally, each time we rewrite a use of an alloca other
935   /// the one being actively rewritten, we add it back onto the list if not
936   /// already present to ensure it is re-visited.
937   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > Worklist;
939   /// \brief A collection of instructions to delete.
940   /// We try to batch deletions to simplify code and make things a bit more
941   /// efficient.
942   SetVector<Instruction *, SmallVector<Instruction *, 8> > DeadInsts;
944   /// \brief Post-promotion worklist.
945   ///
946   /// Sometimes we discover an alloca which has a high probability of becoming
947   /// viable for SROA after a round of promotion takes place. In those cases,
948   /// the alloca is enqueued here for re-processing.
949   ///
950   /// Note that we have to be very careful to clear allocas out of this list in
951   /// the event they are deleted.
952   SetVector<AllocaInst *, SmallVector<AllocaInst *, 16> > PostPromotionWorklist;
954   /// \brief A collection of alloca instructions we can directly promote.
955   std::vector<AllocaInst *> PromotableAllocas;
957   /// \brief A worklist of PHIs to speculate prior to promoting allocas.
958   ///
959   /// All of these PHIs have been checked for the safety of speculation and by
960   /// being speculated will allow promoting allocas currently in the promotable
961   /// queue.
962   SetVector<PHINode *, SmallVector<PHINode *, 2> > SpeculatablePHIs;
964   /// \brief A worklist of select instructions to speculate prior to promoting
965   /// allocas.
966   ///
967   /// All of these select instructions have been checked for the safety of
968   /// speculation and by being speculated will allow promoting allocas
969   /// currently in the promotable queue.
970   SetVector<SelectInst *, SmallVector<SelectInst *, 2> > SpeculatableSelects;
972 public:
973   SROA(bool RequiresDomTree = true)
974       : FunctionPass(ID), RequiresDomTree(RequiresDomTree),
975         C(nullptr), DL(nullptr), DT(nullptr) {
976     initializeSROAPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
977   }
978   bool runOnFunction(Function &F) override;
979   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
981   const char *getPassName() const override { return "SROA"; }
982   static char ID;
984 private:
985   friend class PHIOrSelectSpeculator;
986   friend class AllocaSliceRewriter;
988   bool rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S,
989                         AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
990                         int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
991                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses);
992   bool splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S);
993   bool runOnAlloca(AllocaInst &AI);
994   void clobberUse(Use &U);
995   void deleteDeadInstructions(SmallPtrSetImpl<AllocaInst *> &DeletedAllocas);
996   bool promoteAllocas(Function &F);
997 };
1000 char SROA::ID = 0;
1002 FunctionPass *llvm::createSROAPass(bool RequiresDomTree) {
1003   return new SROA(RequiresDomTree);
1006 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1007                       false, false)
1008 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionTracker)
1009 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
1010 INITIALIZE_PASS_END(SROA, "sroa", "Scalar Replacement Of Aggregates",
1011                     false, false)
1013 /// Walk the range of a partitioning looking for a common type to cover this
1014 /// sequence of slices.
1015 static Type *findCommonType(AllocaSlices::const_iterator B,
1016                             AllocaSlices::const_iterator E,
1017                             uint64_t EndOffset) {
1018   Type *Ty = nullptr;
1019   bool TyIsCommon = true;
1020   IntegerType *ITy = nullptr;
1022   // Note that we need to look at *every* alloca slice's Use to ensure we
1023   // always get consistent results regardless of the order of slices.
1024   for (AllocaSlices::const_iterator I = B; I != E; ++I) {
1025     Use *U = I->getUse();
1026     if (isa<IntrinsicInst>(*U->getUser()))
1027       continue;
1028     if (I->beginOffset() != B->beginOffset() || I->endOffset() != EndOffset)
1029       continue;
1031     Type *UserTy = nullptr;
1032     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1033       UserTy = LI->getType();
1034     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1035       UserTy = SI->getValueOperand()->getType();
1036     }
1038     if (IntegerType *UserITy = dyn_cast_or_null<IntegerType>(UserTy)) {
1039       // If the type is larger than the partition, skip it. We only encounter
1040       // this for split integer operations where we want to use the type of the
1041       // entity causing the split. Also skip if the type is not a byte width
1042       // multiple.
1043       if (UserITy->getBitWidth() % 8 != 0 ||
1044           UserITy->getBitWidth() / 8 > (EndOffset - B->beginOffset()))
1045         continue;
1047       // Track the largest bitwidth integer type used in this way in case there
1048       // is no common type.
1049       if (!ITy || ITy->getBitWidth() < UserITy->getBitWidth())
1050         ITy = UserITy;
1051     }
1053     // To avoid depending on the order of slices, Ty and TyIsCommon must not
1054     // depend on types skipped above.
1055     if (!UserTy || (Ty && Ty != UserTy))
1056       TyIsCommon = false; // Give up on anything but an iN type.
1057     else
1058       Ty = UserTy;
1059   }
1061   return TyIsCommon ? Ty : ITy;
1064 /// PHI instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1065 /// rewritten to load both input pointers in the pred blocks and then PHI the
1066 /// results, allowing the load of the alloca to be promoted.
1067 /// From this:
1068 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1069 ///   %V = load i32* %P2
1070 /// to:
1071 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1072 ///   ...
1073 ///   %V2 = load i32* %Other
1074 ///   ...
1075 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1076 ///
1077 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operands
1078 /// to the select can be loaded unconditionally.
1079 ///
1080 /// FIXME: This should be hoisted into a generic utility, likely in
1081 /// Transforms/Util/Local.h
1082 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode &PN,
1083                                  const DataLayout *DL = nullptr) {
1084   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block
1085   // as the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1086   // TODO: Allow recursive phi users.
1087   // TODO: Allow stores.
1088   BasicBlock *BB = PN.getParent();
1089   unsigned MaxAlign = 0;
1090   bool HaveLoad = false;
1091   for (User *U : PN.users()) {
1092     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1093     if (!LI || !LI->isSimple())
1094       return false;
1096     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is
1097     // a common case that happens when instcombine merges two loads through
1098     // a PHI.
1099     if (LI->getParent() != BB)
1100       return false;
1102     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1103     // could store.
1104     for (BasicBlock::iterator BBI = &PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1105       if (BBI->mayWriteToMemory())
1106         return false;
1108     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1109     HaveLoad = true;
1110   }
1112   if (!HaveLoad)
1113     return false;
1115   // We can only transform this if it is safe to push the loads into the
1116   // predecessor blocks. The only thing to watch out for is that we can't put
1117   // a possibly trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1118   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1119     TerminatorInst *TI = PN.getIncomingBlock(Idx)->getTerminator();
1120     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1122     // If the value is produced by the terminator of the predecessor (an
1123     // invoke) or it has side-effects, there is no valid place to put a load
1124     // in the predecessor.
1125     if (TI == InVal || TI->mayHaveSideEffects())
1126       return false;
1128     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't
1129     // critical.
1130     if (TI->getNumSuccessors() == 1)
1131       continue;
1133     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there
1134     // is already a load in the block, then we can move the load to the pred
1135     // block.
1136     if (InVal->isDereferenceablePointer(DL) ||
1137         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, TI, MaxAlign, DL))
1138       continue;
1140     return false;
1141   }
1143   return true;
1146 static void speculatePHINodeLoads(PHINode &PN) {
1147   DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
1149   Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN.getType())->getElementType();
1150   IRBuilderTy PHIBuilder(&PN);
1151   PHINode *NewPN = PHIBuilder.CreatePHI(LoadTy, PN.getNumIncomingValues(),
1152                                         PN.getName() + ".sroa.speculated");
1154   // Get the AA tags and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1155   // matter which one we get and if any differ.
1156   LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1158   AAMDNodes AATags;
1159   SomeLoad->getAAMetadata(AATags);
1160   unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1162   // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1163   while (!PN.use_empty()) {
1164     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN.user_back());
1165     LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1166     LI->eraseFromParent();
1167   }
1169   // Inject loads into all of the pred blocks.
1170   for (unsigned Idx = 0, Num = PN.getNumIncomingValues(); Idx != Num; ++Idx) {
1171     BasicBlock *Pred = PN.getIncomingBlock(Idx);
1172     TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
1173     Value *InVal = PN.getIncomingValue(Idx);
1174     IRBuilderTy PredBuilder(TI);
1176     LoadInst *Load = PredBuilder.CreateLoad(
1177         InVal, (PN.getName() + ".sroa.speculate.load." + Pred->getName()));
1178     ++NumLoadsSpeculated;
1179     Load->setAlignment(Align);
1180     if (AATags)
1181       Load->setAAMetadata(AATags);
1182     NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1183   }
1185   DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *NewPN << "\n");
1186   PN.eraseFromParent();
1189 /// Select instructions that use an alloca and are subsequently loaded can be
1190 /// rewritten to load both input pointers and then select between the result,
1191 /// allowing the load of the alloca to be promoted.
1192 /// From this:
1193 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1194 ///   %V = load i32* %P2
1195 /// to:
1196 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1197 ///   %V2 = load i32* %Other
1198 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1199 ///
1200 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand
1201 /// to the select can be loaded unconditionally.
1202 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst &SI,
1203                                     const DataLayout *DL = nullptr) {
1204   Value *TValue = SI.getTrueValue();
1205   Value *FValue = SI.getFalseValue();
1206   bool TDerefable = TValue->isDereferenceablePointer(DL);
1207   bool FDerefable = FValue->isDereferenceablePointer(DL);
1209   for (User *U : SI.users()) {
1210     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U);
1211     if (!LI || !LI->isSimple())
1212       return false;
1214     // Both operands to the select need to be dereferencable, either
1215     // absolutely (e.g. allocas) or at this point because we can see other
1216     // accesses to it.
1217     if (!TDerefable &&
1218         !isSafeToLoadUnconditionally(TValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1219       return false;
1220     if (!FDerefable &&
1221         !isSafeToLoadUnconditionally(FValue, LI, LI->getAlignment(), DL))
1222       return false;
1223   }
1225   return true;
1228 static void speculateSelectInstLoads(SelectInst &SI) {
1229   DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
1231   IRBuilderTy IRB(&SI);
1232   Value *TV = SI.getTrueValue();
1233   Value *FV = SI.getFalseValue();
1234   // Replace the loads of the select with a select of two loads.
1235   while (!SI.use_empty()) {
1236     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI.user_back());
1237     assert(LI->isSimple() && "We only speculate simple loads");
1239     IRB.SetInsertPoint(LI);
1240     LoadInst *TL =
1241         IRB.CreateLoad(TV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.true");
1242     LoadInst *FL =
1243         IRB.CreateLoad(FV, LI->getName() + ".sroa.speculate.load.false");
1244     NumLoadsSpeculated += 2;
1246     // Transfer alignment and AA info if present.
1247     TL->setAlignment(LI->getAlignment());
1248     FL->setAlignment(LI->getAlignment());
1250     AAMDNodes Tags;
1251     LI->getAAMetadata(Tags);
1252     if (Tags) {
1253       TL->setAAMetadata(Tags);
1254       FL->setAAMetadata(Tags);
1255     }
1257     Value *V = IRB.CreateSelect(SI.getCondition(), TL, FL,
1258                                 LI->getName() + ".sroa.speculated");
1260     DEBUG(dbgs() << "          speculated to: " << *V << "\n");
1261     LI->replaceAllUsesWith(V);
1262     LI->eraseFromParent();
1263   }
1264   SI.eraseFromParent();
1267 /// \brief Build a GEP out of a base pointer and indices.
1268 ///
1269 /// This will return the BasePtr if that is valid, or build a new GEP
1270 /// instruction using the IRBuilder if GEP-ing is needed.
1271 static Value *buildGEP(IRBuilderTy &IRB, Value *BasePtr,
1272                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices, Twine NamePrefix) {
1273   if (Indices.empty())
1274     return BasePtr;
1276   // A single zero index is a no-op, so check for this and avoid building a GEP
1277   // in that case.
1278   if (Indices.size() == 1 && cast<ConstantInt>(Indices.back())->isZero())
1279     return BasePtr;
1281   return IRB.CreateInBoundsGEP(BasePtr, Indices, NamePrefix + "sroa_idx");
1284 /// \brief Get a natural GEP off of the BasePtr walking through Ty toward
1285 /// TargetTy without changing the offset of the pointer.
1286 ///
1287 /// This routine assumes we've already established a properly offset GEP with
1288 /// Indices, and arrived at the Ty type. The goal is to continue to GEP with
1289 /// zero-indices down through type layers until we find one the same as
1290 /// TargetTy. If we can't find one with the same type, we at least try to use
1291 /// one with the same size. If none of that works, we just produce the GEP as
1292 /// indicated by Indices to have the correct offset.
1293 static Value *getNaturalGEPWithType(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1294                                     Value *BasePtr, Type *Ty, Type *TargetTy,
1295                                     SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1296                                     Twine NamePrefix) {
1297   if (Ty == TargetTy)
1298     return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1300   // Pointer size to use for the indices.
1301   unsigned PtrSize = DL.getPointerTypeSizeInBits(BasePtr->getType());
1303   // See if we can descend into a struct and locate a field with the correct
1304   // type.
1305   unsigned NumLayers = 0;
1306   Type *ElementTy = Ty;
1307   do {
1308     if (ElementTy->isPointerTy())
1309       break;
1311     if (ArrayType *ArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(ElementTy)) {
1312       ElementTy = ArrayTy->getElementType();
1313       Indices.push_back(IRB.getIntN(PtrSize, 0));
1314     } else if (VectorType *VectorTy = dyn_cast<VectorType>(ElementTy)) {
1315       ElementTy = VectorTy->getElementType();
1316       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1317     } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ElementTy)) {
1318       if (STy->element_begin() == STy->element_end())
1319         break; // Nothing left to descend into.
1320       ElementTy = *STy->element_begin();
1321       Indices.push_back(IRB.getInt32(0));
1322     } else {
1323       break;
1324     }
1325     ++NumLayers;
1326   } while (ElementTy != TargetTy);
1327   if (ElementTy != TargetTy)
1328     Indices.erase(Indices.end() - NumLayers, Indices.end());
1330   return buildGEP(IRB, BasePtr, Indices, NamePrefix);
1333 /// \brief Recursively compute indices for a natural GEP.
1334 ///
1335 /// This is the recursive step for getNaturalGEPWithOffset that walks down the
1336 /// element types adding appropriate indices for the GEP.
1337 static Value *getNaturalGEPRecursively(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1338                                        Value *Ptr, Type *Ty, APInt &Offset,
1339                                        Type *TargetTy,
1340                                        SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1341                                        Twine NamePrefix) {
1342   if (Offset == 0)
1343     return getNaturalGEPWithType(IRB, DL, Ptr, Ty, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1345   // We can't recurse through pointer types.
1346   if (Ty->isPointerTy())
1347     return nullptr;
1349   // We try to analyze GEPs over vectors here, but note that these GEPs are
1350   // extremely poorly defined currently. The long-term goal is to remove GEPing
1351   // over a vector from the IR completely.
1352   if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1353     unsigned ElementSizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(VecTy->getScalarType());
1354     if (ElementSizeInBits % 8 != 0) {
1355       // GEPs over non-multiple of 8 size vector elements are invalid.
1356       return nullptr;
1357     }
1358     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), ElementSizeInBits / 8);
1359     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1360     if (NumSkippedElements.ugt(VecTy->getNumElements()))
1361       return nullptr;
1362     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1363     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1364     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, VecTy->getElementType(),
1365                                     Offset, TargetTy, Indices, NamePrefix);
1366   }
1368   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1369     Type *ElementTy = ArrTy->getElementType();
1370     APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1371     APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1372     if (NumSkippedElements.ugt(ArrTy->getNumElements()))
1373       return nullptr;
1375     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1376     Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1377     return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1378                                     Indices, NamePrefix);
1379   }
1381   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
1382   if (!STy)
1383     return nullptr;
1385   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1386   uint64_t StructOffset = Offset.getZExtValue();
1387   if (StructOffset >= SL->getSizeInBytes())
1388     return nullptr;
1389   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(StructOffset);
1390   Offset -= APInt(Offset.getBitWidth(), SL->getElementOffset(Index));
1391   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
1392   if (Offset.uge(DL.getTypeAllocSize(ElementTy)))
1393     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
1395   Indices.push_back(IRB.getInt32(Index));
1396   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1397                                   Indices, NamePrefix);
1400 /// \brief Get a natural GEP from a base pointer to a particular offset and
1401 /// resulting in a particular type.
1402 ///
1403 /// The goal is to produce a "natural" looking GEP that works with the existing
1404 /// composite types to arrive at the appropriate offset and element type for
1405 /// a pointer. TargetTy is the element type the returned GEP should point-to if
1406 /// possible. We recurse by decreasing Offset, adding the appropriate index to
1407 /// Indices, and setting Ty to the result subtype.
1408 ///
1409 /// If no natural GEP can be constructed, this function returns null.
1410 static Value *getNaturalGEPWithOffset(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL,
1411                                       Value *Ptr, APInt Offset, Type *TargetTy,
1412                                       SmallVectorImpl<Value *> &Indices,
1413                                       Twine NamePrefix) {
1414   PointerType *Ty = cast<PointerType>(Ptr->getType());
1416   // Don't consider any GEPs through an i8* as natural unless the TargetTy is
1417   // an i8.
1418   if (Ty == IRB.getInt8PtrTy(Ty->getAddressSpace()) && TargetTy->isIntegerTy(8))
1419     return nullptr;
1421   Type *ElementTy = Ty->getElementType();
1422   if (!ElementTy->isSized())
1423     return nullptr; // We can't GEP through an unsized element.
1424   APInt ElementSize(Offset.getBitWidth(), DL.getTypeAllocSize(ElementTy));
1425   if (ElementSize == 0)
1426     return nullptr; // Zero-length arrays can't help us build a natural GEP.
1427   APInt NumSkippedElements = Offset.sdiv(ElementSize);
1429   Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
1430   Indices.push_back(IRB.getInt(NumSkippedElements));
1431   return getNaturalGEPRecursively(IRB, DL, Ptr, ElementTy, Offset, TargetTy,
1432                                   Indices, NamePrefix);
1435 /// \brief Compute an adjusted pointer from Ptr by Offset bytes where the
1436 /// resulting pointer has PointerTy.
1437 ///
1438 /// This tries very hard to compute a "natural" GEP which arrives at the offset
1439 /// and produces the pointer type desired. Where it cannot, it will try to use
1440 /// the natural GEP to arrive at the offset and bitcast to the type. Where that
1441 /// fails, it will try to use an existing i8* and GEP to the byte offset and
1442 /// bitcast to the type.
1443 ///
1444 /// The strategy for finding the more natural GEPs is to peel off layers of the
1445 /// pointer, walking back through bit casts and GEPs, searching for a base
1446 /// pointer from which we can compute a natural GEP with the desired
1447 /// properties. The algorithm tries to fold as many constant indices into
1448 /// a single GEP as possible, thus making each GEP more independent of the
1449 /// surrounding code.
1450 static Value *getAdjustedPtr(IRBuilderTy &IRB, const DataLayout &DL, Value *Ptr,
1451                              APInt Offset, Type *PointerTy,
1452                              Twine NamePrefix) {
1453   // Even though we don't look through PHI nodes, we could be called on an
1454   // instruction in an unreachable block, which may be on a cycle.
1455   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1456   Visited.insert(Ptr);
1457   SmallVector<Value *, 4> Indices;
1459   // We may end up computing an offset pointer that has the wrong type. If we
1460   // never are able to compute one directly that has the correct type, we'll
1461   // fall back to it, so keep it around here.
1462   Value *OffsetPtr = nullptr;
1464   // Remember any i8 pointer we come across to re-use if we need to do a raw
1465   // byte offset.
1466   Value *Int8Ptr = nullptr;
1467   APInt Int8PtrOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1469   Type *TargetTy = PointerTy->getPointerElementType();
1471   do {
1472     // First fold any existing GEPs into the offset.
1473     while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1474       APInt GEPOffset(Offset.getBitWidth(), 0);
1475       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
1476         break;
1477       Offset += GEPOffset;
1478       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1479       if (!Visited.insert(Ptr))
1480         break;
1481     }
1483     // See if we can perform a natural GEP here.
1484     Indices.clear();
1485     if (Value *P = getNaturalGEPWithOffset(IRB, DL, Ptr, Offset, TargetTy,
1486                                            Indices, NamePrefix)) {
1487       if (P->getType() == PointerTy) {
1488         // Zap any offset pointer that we ended up computing in previous rounds.
1489         if (OffsetPtr && OffsetPtr->use_empty())
1490           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OffsetPtr))
1491             I->eraseFromParent();
1492         return P;
1493       }
1494       if (!OffsetPtr) {
1495         OffsetPtr = P;
1496       }
1497     }
1499     // Stash this pointer if we've found an i8*.
1500     if (Ptr->getType()->isIntegerTy(8)) {
1501       Int8Ptr = Ptr;
1502       Int8PtrOffset = Offset;
1503     }
1505     // Peel off a layer of the pointer and update the offset appropriately.
1506     if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1507       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1508     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1509       if (GA->mayBeOverridden())
1510         break;
1511       Ptr = GA->getAliasee();
1512     } else {
1513       break;
1514     }
1515     assert(Ptr->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1516   } while (Visited.insert(Ptr));
1518   if (!OffsetPtr) {
1519     if (!Int8Ptr) {
1520       Int8Ptr = IRB.CreateBitCast(
1521           Ptr, IRB.getInt8PtrTy(PointerTy->getPointerAddressSpace()),
1522           NamePrefix + "sroa_raw_cast");
1523       Int8PtrOffset = Offset;
1524     }
1526     OffsetPtr = Int8PtrOffset == 0 ? Int8Ptr :
1527       IRB.CreateInBoundsGEP(Int8Ptr, IRB.getInt(Int8PtrOffset),
1528                             NamePrefix + "sroa_raw_idx");
1529   }
1530   Ptr = OffsetPtr;
1532   // On the off chance we were targeting i8*, guard the bitcast here.
1533   if (Ptr->getType() != PointerTy)
1534     Ptr = IRB.CreateBitCast(Ptr, PointerTy, NamePrefix + "sroa_cast");
1536   return Ptr;
1539 /// \brief Test whether we can convert a value from the old to the new type.
1540 ///
1541 /// This predicate should be used to guard calls to convertValue in order to
1542 /// ensure that we only try to convert viable values. The strategy is that we
1543 /// will peel off single element struct and array wrappings to get to an
1544 /// underlying value, and convert that value.
1545 static bool canConvertValue(const DataLayout &DL, Type *OldTy, Type *NewTy) {
1546   if (OldTy == NewTy)
1547     return true;
1548   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1549     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1550       if (NewITy->getBitWidth() >= OldITy->getBitWidth())
1551         return true;
1552   if (DL.getTypeSizeInBits(NewTy) != DL.getTypeSizeInBits(OldTy))
1553     return false;
1554   if (!NewTy->isSingleValueType() || !OldTy->isSingleValueType())
1555     return false;
1557   // We can convert pointers to integers and vice-versa. Same for vectors
1558   // of pointers and integers.
1559   OldTy = OldTy->getScalarType();
1560   NewTy = NewTy->getScalarType();
1561   if (NewTy->isPointerTy() || OldTy->isPointerTy()) {
1562     if (NewTy->isPointerTy() && OldTy->isPointerTy())
1563       return true;
1564     if (NewTy->isIntegerTy() || OldTy->isIntegerTy())
1565       return true;
1566     return false;
1567   }
1569   return true;
1572 /// \brief Generic routine to convert an SSA value to a value of a different
1573 /// type.
1574 ///
1575 /// This will try various different casting techniques, such as bitcasts,
1576 /// inttoptr, and ptrtoint casts. Use the \c canConvertValue predicate to test
1577 /// two types for viability with this routine.
1578 static Value *convertValue(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1579                            Type *NewTy) {
1580   Type *OldTy = V->getType();
1581   assert(canConvertValue(DL, OldTy, NewTy) && "Value not convertable to type");
1583   if (OldTy == NewTy)
1584     return V;
1586   if (IntegerType *OldITy = dyn_cast<IntegerType>(OldTy))
1587     if (IntegerType *NewITy = dyn_cast<IntegerType>(NewTy))
1588       if (NewITy->getBitWidth() > OldITy->getBitWidth())
1589         return IRB.CreateZExt(V, NewITy);
1591   // See if we need inttoptr for this type pair. A cast involving both scalars
1592   // and vectors requires and additional bitcast.
1593   if (OldTy->getScalarType()->isIntegerTy() &&
1594       NewTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
1595     // Expand <2 x i32> to i8* --> <2 x i32> to i64 to i8*
1596     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1597       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1598                                 NewTy);
1600     // Expand i128 to <2 x i8*> --> i128 to <2 x i64> to <2 x i8*>
1601     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1602       return IRB.CreateIntToPtr(IRB.CreateBitCast(V, DL.getIntPtrType(NewTy)),
1603                                 NewTy);
1605     return IRB.CreateIntToPtr(V, NewTy);
1606   }
1608   // See if we need ptrtoint for this type pair. A cast involving both scalars
1609   // and vectors requires and additional bitcast.
1610   if (OldTy->getScalarType()->isPointerTy() &&
1611       NewTy->getScalarType()->isIntegerTy()) {
1612     // Expand <2 x i8*> to i128 --> <2 x i8*> to <2 x i64> to i128
1613     if (OldTy->isVectorTy() && !NewTy->isVectorTy())
1614       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1615                                NewTy);
1617     // Expand i8* to <2 x i32> --> i8* to i64 to <2 x i32>
1618     if (!OldTy->isVectorTy() && NewTy->isVectorTy())
1619       return IRB.CreateBitCast(IRB.CreatePtrToInt(V, DL.getIntPtrType(OldTy)),
1620                                NewTy);
1622     return IRB.CreatePtrToInt(V, NewTy);
1623   }
1625   return IRB.CreateBitCast(V, NewTy);
1628 /// \brief Test whether the given slice use can be promoted to a vector.
1629 ///
1630 /// This function is called to test each entry in a partioning which is slated
1631 /// for a single slice.
1632 static bool isVectorPromotionViableForSlice(
1633     const DataLayout &DL, AllocaSlices &S, uint64_t SliceBeginOffset,
1634     uint64_t SliceEndOffset, VectorType *Ty, uint64_t ElementSize,
1635     AllocaSlices::const_iterator I) {
1636   // First validate the slice offsets.
1637   uint64_t BeginOffset =
1638       std::max(I->beginOffset(), SliceBeginOffset) - SliceBeginOffset;
1639   uint64_t BeginIndex = BeginOffset / ElementSize;
1640   if (BeginIndex * ElementSize != BeginOffset ||
1641       BeginIndex >= Ty->getNumElements())
1642     return false;
1643   uint64_t EndOffset =
1644       std::min(I->endOffset(), SliceEndOffset) - SliceBeginOffset;
1645   uint64_t EndIndex = EndOffset / ElementSize;
1646   if (EndIndex * ElementSize != EndOffset || EndIndex > Ty->getNumElements())
1647     return false;
1649   assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
1650   uint64_t NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1651   Type *SliceTy =
1652       (NumElements == 1) ? Ty->getElementType()
1653                          : VectorType::get(Ty->getElementType(), NumElements);
1655   Type *SplitIntTy =
1656       Type::getIntNTy(Ty->getContext(), NumElements * ElementSize * 8);
1658   Use *U = I->getUse();
1660   if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1661     if (MI->isVolatile())
1662       return false;
1663     if (!I->isSplittable())
1664       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1665   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1666     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1667         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1668       return false;
1669   } else if (U->get()->getType()->getPointerElementType()->isStructTy()) {
1670     // Disable vector promotion when there are loads or stores of an FCA.
1671     return false;
1672   } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1673     if (LI->isVolatile())
1674       return false;
1675     Type *LTy = LI->getType();
1676     if (SliceBeginOffset > I->beginOffset() ||
1677         SliceEndOffset < I->endOffset()) {
1678       assert(LTy->isIntegerTy());
1679       LTy = SplitIntTy;
1680     }
1681     if (!canConvertValue(DL, SliceTy, LTy))
1682       return false;
1683   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1684     if (SI->isVolatile())
1685       return false;
1686     Type *STy = SI->getValueOperand()->getType();
1687     if (SliceBeginOffset > I->beginOffset() ||
1688         SliceEndOffset < I->endOffset()) {
1689       assert(STy->isIntegerTy());
1690       STy = SplitIntTy;
1691     }
1692     if (!canConvertValue(DL, STy, SliceTy))
1693       return false;
1694   } else {
1695     return false;
1696   }
1698   return true;
1701 /// \brief Test whether the given alloca partitioning and range of slices can be
1702 /// promoted to a vector.
1703 ///
1704 /// This is a quick test to check whether we can rewrite a particular alloca
1705 /// partition (and its newly formed alloca) into a vector alloca with only
1706 /// whole-vector loads and stores such that it could be promoted to a vector
1707 /// SSA value. We only can ensure this for a limited set of operations, and we
1708 /// don't want to do the rewrites unless we are confident that the result will
1709 /// be promotable, so we have an early test here.
1710 static bool
1711 isVectorPromotionViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy, AllocaSlices &S,
1712                         uint64_t SliceBeginOffset, uint64_t SliceEndOffset,
1713                         AllocaSlices::const_iterator I,
1714                         AllocaSlices::const_iterator E,
1715                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1716   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy);
1717   if (!Ty)
1718     return false;
1720   uint64_t ElementSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
1722   // While the definition of LLVM vectors is bitpacked, we don't support sizes
1723   // that aren't byte sized.
1724   if (ElementSize % 8)
1725     return false;
1726   assert((DL.getTypeSizeInBits(Ty) % 8) == 0 &&
1727          "vector size not a multiple of element size?");
1728   ElementSize /= 8;
1730   for (; I != E; ++I)
1731     if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, S, SliceBeginOffset,
1732                                          SliceEndOffset, Ty, ElementSize, I))
1733       return false;
1735   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
1736                                                         SUE = SplitUses.end();
1737        SUI != SUE; ++SUI)
1738     if (!isVectorPromotionViableForSlice(DL, S, SliceBeginOffset,
1739                                          SliceEndOffset, Ty, ElementSize, *SUI))
1740       return false;
1742   return true;
1745 /// \brief Test whether a slice of an alloca is valid for integer widening.
1746 ///
1747 /// This implements the necessary checking for the \c isIntegerWideningViable
1748 /// test below on a single slice of the alloca.
1749 static bool isIntegerWideningViableForSlice(const DataLayout &DL,
1750                                             Type *AllocaTy,
1751                                             uint64_t AllocBeginOffset,
1752                                             uint64_t Size, AllocaSlices &S,
1753                                             AllocaSlices::const_iterator I,
1754                                             bool &WholeAllocaOp) {
1755   uint64_t RelBegin = I->beginOffset() - AllocBeginOffset;
1756   uint64_t RelEnd = I->endOffset() - AllocBeginOffset;
1758   // We can't reasonably handle cases where the load or store extends past
1759   // the end of the aloca's type and into its padding.
1760   if (RelEnd > Size)
1761     return false;
1763   Use *U = I->getUse();
1765   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U->getUser())) {
1766     if (LI->isVolatile())
1767       return false;
1768     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1769       WholeAllocaOp = true;
1770     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(LI->getType())) {
1771       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1772         return false;
1773     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1774                !canConvertValue(DL, AllocaTy, LI->getType())) {
1775       // Non-integer loads need to be convertible from the alloca type so that
1776       // they are promotable.
1777       return false;
1778     }
1779   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U->getUser())) {
1780     Type *ValueTy = SI->getValueOperand()->getType();
1781     if (SI->isVolatile())
1782       return false;
1783     if (RelBegin == 0 && RelEnd == Size)
1784       WholeAllocaOp = true;
1785     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(ValueTy)) {
1786       if (ITy->getBitWidth() < DL.getTypeStoreSizeInBits(ITy))
1787         return false;
1788     } else if (RelBegin != 0 || RelEnd != Size ||
1789                !canConvertValue(DL, ValueTy, AllocaTy)) {
1790       // Non-integer stores need to be convertible to the alloca type so that
1791       // they are promotable.
1792       return false;
1793     }
1794   } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U->getUser())) {
1795     if (MI->isVolatile() || !isa<Constant>(MI->getLength()))
1796       return false;
1797     if (!I->isSplittable())
1798       return false; // Skip any unsplittable intrinsics.
1799   } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U->getUser())) {
1800     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1801         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1802       return false;
1803   } else {
1804     return false;
1805   }
1807   return true;
1810 /// \brief Test whether the given alloca partition's integer operations can be
1811 /// widened to promotable ones.
1812 ///
1813 /// This is a quick test to check whether we can rewrite the integer loads and
1814 /// stores to a particular alloca into wider loads and stores and be able to
1815 /// promote the resulting alloca.
1816 static bool
1817 isIntegerWideningViable(const DataLayout &DL, Type *AllocaTy,
1818                         uint64_t AllocBeginOffset, AllocaSlices &S,
1819                         AllocaSlices::const_iterator I,
1820                         AllocaSlices::const_iterator E,
1821                         ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
1822   uint64_t SizeInBits = DL.getTypeSizeInBits(AllocaTy);
1823   // Don't create integer types larger than the maximum bitwidth.
1824   if (SizeInBits > IntegerType::MAX_INT_BITS)
1825     return false;
1827   // Don't try to handle allocas with bit-padding.
1828   if (SizeInBits != DL.getTypeStoreSizeInBits(AllocaTy))
1829     return false;
1831   // We need to ensure that an integer type with the appropriate bitwidth can
1832   // be converted to the alloca type, whatever that is. We don't want to force
1833   // the alloca itself to have an integer type if there is a more suitable one.
1834   Type *IntTy = Type::getIntNTy(AllocaTy->getContext(), SizeInBits);
1835   if (!canConvertValue(DL, AllocaTy, IntTy) ||
1836       !canConvertValue(DL, IntTy, AllocaTy))
1837     return false;
1839   uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(AllocaTy);
1841   // While examining uses, we ensure that the alloca has a covering load or
1842   // store. We don't want to widen the integer operations only to fail to
1843   // promote due to some other unsplittable entry (which we may make splittable
1844   // later). However, if there are only splittable uses, go ahead and assume
1845   // that we cover the alloca.
1846   bool WholeAllocaOp = (I != E) ? false : DL.isLegalInteger(SizeInBits);
1848   for (; I != E; ++I)
1849     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1850                                          S, I, WholeAllocaOp))
1851       return false;
1853   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
1854                                                         SUE = SplitUses.end();
1855        SUI != SUE; ++SUI)
1856     if (!isIntegerWideningViableForSlice(DL, AllocaTy, AllocBeginOffset, Size,
1857                                          S, *SUI, WholeAllocaOp))
1858       return false;
1860   return WholeAllocaOp;
1863 static Value *extractInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1864                              IntegerType *Ty, uint64_t Offset,
1865                              const Twine &Name) {
1866   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1867   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(V->getType());
1868   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1869          "Element extends past full value");
1870   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1871   if (DL.isBigEndian())
1872     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1873   if (ShAmt) {
1874     V = IRB.CreateLShr(V, ShAmt, Name + ".shift");
1875     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1876   }
1877   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1878          "Cannot extract to a larger integer!");
1879   if (Ty != IntTy) {
1880     V = IRB.CreateTrunc(V, Ty, Name + ".trunc");
1881     DEBUG(dbgs() << "     trunced: " << *V << "\n");
1882   }
1883   return V;
1886 static Value *insertInteger(const DataLayout &DL, IRBuilderTy &IRB, Value *Old,
1887                             Value *V, uint64_t Offset, const Twine &Name) {
1888   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(Old->getType());
1889   IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(V->getType());
1890   assert(Ty->getBitWidth() <= IntTy->getBitWidth() &&
1891          "Cannot insert a larger integer!");
1892   DEBUG(dbgs() << "       start: " << *V << "\n");
1893   if (Ty != IntTy) {
1894     V = IRB.CreateZExt(V, IntTy, Name + ".ext");
1895     DEBUG(dbgs() << "    extended: " << *V << "\n");
1896   }
1897   assert(DL.getTypeStoreSize(Ty) + Offset <= DL.getTypeStoreSize(IntTy) &&
1898          "Element store outside of alloca store");
1899   uint64_t ShAmt = 8*Offset;
1900   if (DL.isBigEndian())
1901     ShAmt = 8*(DL.getTypeStoreSize(IntTy) - DL.getTypeStoreSize(Ty) - Offset);
1902   if (ShAmt) {
1903     V = IRB.CreateShl(V, ShAmt, Name + ".shift");
1904     DEBUG(dbgs() << "     shifted: " << *V << "\n");
1905   }
1907   if (ShAmt || Ty->getBitWidth() < IntTy->getBitWidth()) {
1908     APInt Mask = ~Ty->getMask().zext(IntTy->getBitWidth()).shl(ShAmt);
1909     Old = IRB.CreateAnd(Old, Mask, Name + ".mask");
1910     DEBUG(dbgs() << "      masked: " << *Old << "\n");
1911     V = IRB.CreateOr(Old, V, Name + ".insert");
1912     DEBUG(dbgs() << "    inserted: " << *V << "\n");
1913   }
1914   return V;
1917 static Value *extractVector(IRBuilderTy &IRB, Value *V,
1918                             unsigned BeginIndex, unsigned EndIndex,
1919                             const Twine &Name) {
1920   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(V->getType());
1921   unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
1922   assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
1924   if (NumElements == VecTy->getNumElements())
1925     return V;
1927   if (NumElements == 1) {
1928     V = IRB.CreateExtractElement(V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1929                                  Name + ".extract");
1930     DEBUG(dbgs() << "     extract: " << *V << "\n");
1931     return V;
1932   }
1934   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1935   Mask.reserve(NumElements);
1936   for (unsigned i = BeginIndex; i != EndIndex; ++i)
1937     Mask.push_back(IRB.getInt32(i));
1938   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1939                               ConstantVector::get(Mask),
1940                               Name + ".extract");
1941   DEBUG(dbgs() << "     shuffle: " << *V << "\n");
1942   return V;
1945 static Value *insertVector(IRBuilderTy &IRB, Value *Old, Value *V,
1946                            unsigned BeginIndex, const Twine &Name) {
1947   VectorType *VecTy = cast<VectorType>(Old->getType());
1948   assert(VecTy && "Can only insert a vector into a vector");
1950   VectorType *Ty = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
1951   if (!Ty) {
1952     // Single element to insert.
1953     V = IRB.CreateInsertElement(Old, V, IRB.getInt32(BeginIndex),
1954                                 Name + ".insert");
1955     DEBUG(dbgs() <<  "     insert: " << *V << "\n");
1956     return V;
1957   }
1959   assert(Ty->getNumElements() <= VecTy->getNumElements() &&
1960          "Too many elements!");
1961   if (Ty->getNumElements() == VecTy->getNumElements()) {
1962     assert(V->getType() == VecTy && "Vector type mismatch");
1963     return V;
1964   }
1965   unsigned EndIndex = BeginIndex + Ty->getNumElements();
1967   // When inserting a smaller vector into the larger to store, we first
1968   // use a shuffle vector to widen it with undef elements, and then
1969   // a second shuffle vector to select between the loaded vector and the
1970   // incoming vector.
1971   SmallVector<Constant*, 8> Mask;
1972   Mask.reserve(VecTy->getNumElements());
1973   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1974     if (i >= BeginIndex && i < EndIndex)
1975       Mask.push_back(IRB.getInt32(i - BeginIndex));
1976     else
1977       Mask.push_back(UndefValue::get(IRB.getInt32Ty()));
1978   V = IRB.CreateShuffleVector(V, UndefValue::get(V->getType()),
1979                               ConstantVector::get(Mask),
1980                               Name + ".expand");
1981   DEBUG(dbgs() << "    shuffle: " << *V << "\n");
1983   Mask.clear();
1984   for (unsigned i = 0; i != VecTy->getNumElements(); ++i)
1985     Mask.push_back(IRB.getInt1(i >= BeginIndex && i < EndIndex));
1987   V = IRB.CreateSelect(ConstantVector::get(Mask), V, Old, Name + "blend");
1989   DEBUG(dbgs() << "    blend: " << *V << "\n");
1990   return V;
1993 namespace {
1994 /// \brief Visitor to rewrite instructions using p particular slice of an alloca
1995 /// to use a new alloca.
1996 ///
1997 /// Also implements the rewriting to vector-based accesses when the partition
1998 /// passes the isVectorPromotionViable predicate. Most of the rewriting logic
1999 /// lives here.
2000 class AllocaSliceRewriter : public InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> {
2001   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2002   friend class llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool>;
2003   typedef llvm::InstVisitor<AllocaSliceRewriter, bool> Base;
2005   const DataLayout &DL;
2006   AllocaSlices &S;
2007   SROA &Pass;
2008   AllocaInst &OldAI, &NewAI;
2009   const uint64_t NewAllocaBeginOffset, NewAllocaEndOffset;
2010   Type *NewAllocaTy;
2012   // If we are rewriting an alloca partition which can be written as pure
2013   // vector operations, we stash extra information here. When VecTy is
2014   // non-null, we have some strict guarantees about the rewritten alloca:
2015   //   - The new alloca is exactly the size of the vector type here.
2016   //   - The accesses all either map to the entire vector or to a single
2017   //     element.
2018   //   - The set of accessing instructions is only one of those handled above
2019   //     in isVectorPromotionViable. Generally these are the same access kinds
2020   //     which are promotable via mem2reg.
2021   VectorType *VecTy;
2022   Type *ElementTy;
2023   uint64_t ElementSize;
2025   // This is a convenience and flag variable that will be null unless the new
2026   // alloca's integer operations should be widened to this integer type due to
2027   // passing isIntegerWideningViable above. If it is non-null, the desired
2028   // integer type will be stored here for easy access during rewriting.
2029   IntegerType *IntTy;
2031   // The original offset of the slice currently being rewritten relative to
2032   // the original alloca.
2033   uint64_t BeginOffset, EndOffset;
2034   // The new offsets of the slice currently being rewritten relative to the
2035   // original alloca.
2036   uint64_t NewBeginOffset, NewEndOffset;
2038   uint64_t SliceSize;
2039   bool IsSplittable;
2040   bool IsSplit;
2041   Use *OldUse;
2042   Instruction *OldPtr;
2044   // Track post-rewrite users which are PHI nodes and Selects.
2045   SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers;
2046   SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers;
2048   // Utility IR builder, whose name prefix is setup for each visited use, and
2049   // the insertion point is set to point to the user.
2050   IRBuilderTy IRB;
2052 public:
2053   AllocaSliceRewriter(const DataLayout &DL, AllocaSlices &S, SROA &Pass,
2054                       AllocaInst &OldAI, AllocaInst &NewAI,
2055                       uint64_t NewAllocaBeginOffset,
2056                       uint64_t NewAllocaEndOffset, bool IsVectorPromotable,
2057                       bool IsIntegerPromotable,
2058                       SmallPtrSetImpl<PHINode *> &PHIUsers,
2059                       SmallPtrSetImpl<SelectInst *> &SelectUsers)
2060       : DL(DL), S(S), Pass(Pass), OldAI(OldAI), NewAI(NewAI),
2061         NewAllocaBeginOffset(NewAllocaBeginOffset),
2062         NewAllocaEndOffset(NewAllocaEndOffset),
2063         NewAllocaTy(NewAI.getAllocatedType()),
2064         VecTy(IsVectorPromotable ? cast<VectorType>(NewAllocaTy) : nullptr),
2065         ElementTy(VecTy ? VecTy->getElementType() : nullptr),
2066         ElementSize(VecTy ? DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8 : 0),
2067         IntTy(IsIntegerPromotable
2068                   ? Type::getIntNTy(
2069                         NewAI.getContext(),
2070                         DL.getTypeSizeInBits(NewAI.getAllocatedType()))
2071                   : nullptr),
2072         BeginOffset(), EndOffset(), IsSplittable(), IsSplit(), OldUse(),
2073         OldPtr(), PHIUsers(PHIUsers), SelectUsers(SelectUsers),
2074         IRB(NewAI.getContext(), ConstantFolder()) {
2075     if (VecTy) {
2076       assert((DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) % 8) == 0 &&
2077              "Only multiple-of-8 sized vector elements are viable");
2078       ++NumVectorized;
2079     }
2080     assert((!IsVectorPromotable && !IsIntegerPromotable) ||
2081            IsVectorPromotable != IsIntegerPromotable);
2082   }
2084   bool visit(AllocaSlices::const_iterator I) {
2085     bool CanSROA = true;
2086     BeginOffset = I->beginOffset();
2087     EndOffset = I->endOffset();
2088     IsSplittable = I->isSplittable();
2089     IsSplit =
2090         BeginOffset < NewAllocaBeginOffset || EndOffset > NewAllocaEndOffset;
2092     // Compute the intersecting offset range.
2093     assert(BeginOffset < NewAllocaEndOffset);
2094     assert(EndOffset > NewAllocaBeginOffset);
2095     NewBeginOffset = std::max(BeginOffset, NewAllocaBeginOffset);
2096     NewEndOffset = std::min(EndOffset, NewAllocaEndOffset);
2098     SliceSize = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2100     OldUse = I->getUse();
2101     OldPtr = cast<Instruction>(OldUse->get());
2103     Instruction *OldUserI = cast<Instruction>(OldUse->getUser());
2104     IRB.SetInsertPoint(OldUserI);
2105     IRB.SetCurrentDebugLocation(OldUserI->getDebugLoc());
2106     IRB.SetNamePrefix(Twine(NewAI.getName()) + "." + Twine(BeginOffset) + ".");
2108     CanSROA &= visit(cast<Instruction>(OldUse->getUser()));
2109     if (VecTy || IntTy)
2110       assert(CanSROA);
2111     return CanSROA;
2112   }
2114 private:
2115   // Make sure the other visit overloads are visible.
2116   using Base::visit;
2118   // Every instruction which can end up as a user must have a rewrite rule.
2119   bool visitInstruction(Instruction &I) {
2120     DEBUG(dbgs() << "    !!!! Cannot rewrite: " << I << "\n");
2121     llvm_unreachable("No rewrite rule for this instruction!");
2122   }
2124   Value *getNewAllocaSlicePtr(IRBuilderTy &IRB, Type *PointerTy) {
2125     // Note that the offset computation can use BeginOffset or NewBeginOffset
2126     // interchangeably for unsplit slices.
2127     assert(IsSplit || BeginOffset == NewBeginOffset);
2128     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2130 #ifndef NDEBUG
2131     StringRef OldName = OldPtr->getName();
2132     // Skip through the last '.sroa.' component of the name.
2133     size_t LastSROAPrefix = OldName.rfind(".sroa.");
2134     if (LastSROAPrefix != StringRef::npos) {
2135       OldName = OldName.substr(LastSROAPrefix + strlen(".sroa."));
2136       // Look for an SROA slice index.
2137       size_t IndexEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2138       if (IndexEnd != StringRef::npos && OldName[IndexEnd] == '.') {
2139         // Strip the index and look for the offset.
2140         OldName = OldName.substr(IndexEnd + 1);
2141         size_t OffsetEnd = OldName.find_first_not_of("0123456789");
2142         if (OffsetEnd != StringRef::npos && OldName[OffsetEnd] == '.')
2143           // Strip the offset.
2144           OldName = OldName.substr(OffsetEnd + 1);
2145       }
2146     }
2147     // Strip any SROA suffixes as well.
2148     OldName = OldName.substr(0, OldName.find(".sroa_"));
2149 #endif
2151     return getAdjustedPtr(IRB, DL, &NewAI,
2152                           APInt(DL.getPointerSizeInBits(), Offset), PointerTy,
2153 #ifndef NDEBUG
2154                           Twine(OldName) + "."
2155 #else
2156                           Twine()
2157 #endif
2158                           );
2159   }
2161   /// \brief Compute suitable alignment to access this slice of the *new* alloca.
2162   ///
2163   /// You can optionally pass a type to this routine and if that type's ABI
2164   /// alignment is itself suitable, this will return zero.
2165   unsigned getSliceAlign(Type *Ty = nullptr) {
2166     unsigned NewAIAlign = NewAI.getAlignment();
2167     if (!NewAIAlign)
2168       NewAIAlign = DL.getABITypeAlignment(NewAI.getAllocatedType());
2169     unsigned Align = MinAlign(NewAIAlign, NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset);
2170     return (Ty && Align == DL.getABITypeAlignment(Ty)) ? 0 : Align;
2171   }
2173   unsigned getIndex(uint64_t Offset) {
2174     assert(VecTy && "Can only call getIndex when rewriting a vector");
2175     uint64_t RelOffset = Offset - NewAllocaBeginOffset;
2176     assert(RelOffset / ElementSize < UINT32_MAX && "Index out of bounds");
2177     uint32_t Index = RelOffset / ElementSize;
2178     assert(Index * ElementSize == RelOffset);
2179     return Index;
2180   }
2182   void deleteIfTriviallyDead(Value *V) {
2183     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
2184     if (isInstructionTriviallyDead(I))
2185       Pass.DeadInsts.insert(I);
2186   }
2188   Value *rewriteVectorizedLoadInst() {
2189     unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2190     unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2191     assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2193     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2194                                      "load");
2195     return extractVector(IRB, V, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2196   }
2198   Value *rewriteIntegerLoad(LoadInst &LI) {
2199     assert(IntTy && "We cannot insert an integer to the alloca");
2200     assert(!LI.isVolatile());
2201     Value *V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2202                                      "load");
2203     V = convertValue(DL, IRB, V, IntTy);
2204     assert(NewBeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2205     uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2206     if (Offset > 0 || NewEndOffset < NewAllocaEndOffset)
2207       V = extractInteger(DL, IRB, V, cast<IntegerType>(LI.getType()), Offset,
2208                          "extract");
2209     return V;
2210   }
2212   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2213     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2214     Value *OldOp = LI.getOperand(0);
2215     assert(OldOp == OldPtr);
2217     Type *TargetTy = IsSplit ? Type::getIntNTy(LI.getContext(), SliceSize * 8)
2218                              : LI.getType();
2219     bool IsPtrAdjusted = false;
2220     Value *V;
2221     if (VecTy) {
2222       V = rewriteVectorizedLoadInst();
2223     } else if (IntTy && LI.getType()->isIntegerTy()) {
2224       V = rewriteIntegerLoad(LI);
2225     } else if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2226                canConvertValue(DL, NewAllocaTy, LI.getType())) {
2227       V = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2228                                 LI.isVolatile(), LI.getName());
2229     } else {
2230       Type *LTy = TargetTy->getPointerTo();
2231       V = IRB.CreateAlignedLoad(getNewAllocaSlicePtr(IRB, LTy),
2232                                 getSliceAlign(TargetTy), LI.isVolatile(),
2233                                 LI.getName());
2234       IsPtrAdjusted = true;
2235     }
2236     V = convertValue(DL, IRB, V, TargetTy);
2238     if (IsSplit) {
2239       assert(!LI.isVolatile());
2240       assert(LI.getType()->isIntegerTy() &&
2241              "Only integer type loads and stores are split");
2242       assert(SliceSize < DL.getTypeStoreSize(LI.getType()) &&
2243              "Split load isn't smaller than original load");
2244       assert(LI.getType()->getIntegerBitWidth() ==
2245              DL.getTypeStoreSizeInBits(LI.getType()) &&
2246              "Non-byte-multiple bit width");
2247       // Move the insertion point just past the load so that we can refer to it.
2248       IRB.SetInsertPoint(std::next(BasicBlock::iterator(&LI)));
2249       // Create a placeholder value with the same type as LI to use as the
2250       // basis for the new value. This allows us to replace the uses of LI with
2251       // the computed value, and then replace the placeholder with LI, leaving
2252       // LI only used for this computation.
2253       Value *Placeholder
2254         = new LoadInst(UndefValue::get(LI.getType()->getPointerTo()));
2255       V = insertInteger(DL, IRB, Placeholder, V, NewBeginOffset,
2256                         "insert");
2257       LI.replaceAllUsesWith(V);
2258       Placeholder->replaceAllUsesWith(&LI);
2259       delete Placeholder;
2260     } else {
2261       LI.replaceAllUsesWith(V);
2262     }
2264     Pass.DeadInsts.insert(&LI);
2265     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2266     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *V << "\n");
2267     return !LI.isVolatile() && !IsPtrAdjusted;
2268   }
2270   bool rewriteVectorizedStoreInst(Value *V, StoreInst &SI, Value *OldOp) {
2271     if (V->getType() != VecTy) {
2272       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2273       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2274       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2275       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2276       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2277       Type *SliceTy =
2278           (NumElements == 1) ? ElementTy
2279                              : VectorType::get(ElementTy, NumElements);
2280       if (V->getType() != SliceTy)
2281         V = convertValue(DL, IRB, V, SliceTy);
2283       // Mix in the existing elements.
2284       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2285                                          "load");
2286       V = insertVector(IRB, Old, V, BeginIndex, "vec");
2287     }
2288     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2289     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2291     (void)Store;
2292     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2293     return true;
2294   }
2296   bool rewriteIntegerStore(Value *V, StoreInst &SI) {
2297     assert(IntTy && "We cannot extract an integer from the alloca");
2298     assert(!SI.isVolatile());
2299     if (DL.getTypeSizeInBits(V->getType()) != IntTy->getBitWidth()) {
2300       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2301                                          "oldload");
2302       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2303       assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Out of bounds offset");
2304       uint64_t Offset = BeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2305       V = insertInteger(DL, IRB, Old, SI.getValueOperand(), Offset,
2306                         "insert");
2307     }
2308     V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2309     StoreInst *Store = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment());
2310     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2311     (void)Store;
2312     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2313     return true;
2314   }
2316   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2317     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2318     Value *OldOp = SI.getOperand(1);
2319     assert(OldOp == OldPtr);
2321     Value *V = SI.getValueOperand();
2323     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2324     // alloca that should be re-examined after promoting this alloca.
2325     if (V->getType()->isPointerTy())
2326       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V->stripInBoundsOffsets()))
2327         Pass.PostPromotionWorklist.insert(AI);
2329     if (SliceSize < DL.getTypeStoreSize(V->getType())) {
2330       assert(!SI.isVolatile());
2331       assert(V->getType()->isIntegerTy() &&
2332              "Only integer type loads and stores are split");
2333       assert(V->getType()->getIntegerBitWidth() ==
2334              DL.getTypeStoreSizeInBits(V->getType()) &&
2335              "Non-byte-multiple bit width");
2336       IntegerType *NarrowTy = Type::getIntNTy(SI.getContext(), SliceSize * 8);
2337       V = extractInteger(DL, IRB, V, NarrowTy, NewBeginOffset,
2338                          "extract");
2339     }
2341     if (VecTy)
2342       return rewriteVectorizedStoreInst(V, SI, OldOp);
2343     if (IntTy && V->getType()->isIntegerTy())
2344       return rewriteIntegerStore(V, SI);
2346     StoreInst *NewSI;
2347     if (NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2348         NewEndOffset == NewAllocaEndOffset &&
2349         canConvertValue(DL, V->getType(), NewAllocaTy)) {
2350       V = convertValue(DL, IRB, V, NewAllocaTy);
2351       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2352                                      SI.isVolatile());
2353     } else {
2354       Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, V->getType()->getPointerTo());
2355       NewSI = IRB.CreateAlignedStore(V, NewPtr, getSliceAlign(V->getType()),
2356                                      SI.isVolatile());
2357     }
2358     (void)NewSI;
2359     Pass.DeadInsts.insert(&SI);
2360     deleteIfTriviallyDead(OldOp);
2362     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *NewSI << "\n");
2363     return NewSI->getPointerOperand() == &NewAI && !SI.isVolatile();
2364   }
2366   /// \brief Compute an integer value from splatting an i8 across the given
2367   /// number of bytes.
2368   ///
2369   /// Note that this routine assumes an i8 is a byte. If that isn't true, don't
2370   /// call this routine.
2371   /// FIXME: Heed the advice above.
2372   ///
2373   /// \param V The i8 value to splat.
2374   /// \param Size The number of bytes in the output (assuming i8 is one byte)
2375   Value *getIntegerSplat(Value *V, unsigned Size) {
2376     assert(Size > 0 && "Expected a positive number of bytes.");
2377     IntegerType *VTy = cast<IntegerType>(V->getType());
2378     assert(VTy->getBitWidth() == 8 && "Expected an i8 value for the byte");
2379     if (Size == 1)
2380       return V;
2382     Type *SplatIntTy = Type::getIntNTy(VTy->getContext(), Size*8);
2383     V = IRB.CreateMul(IRB.CreateZExt(V, SplatIntTy, "zext"),
2384                       ConstantExpr::getUDiv(
2385                         Constant::getAllOnesValue(SplatIntTy),
2386                         ConstantExpr::getZExt(
2387                           Constant::getAllOnesValue(V->getType()),
2388                           SplatIntTy)),
2389                       "isplat");
2390     return V;
2391   }
2393   /// \brief Compute a vector splat for a given element value.
2394   Value *getVectorSplat(Value *V, unsigned NumElements) {
2395     V = IRB.CreateVectorSplat(NumElements, V, "vsplat");
2396     DEBUG(dbgs() << "       splat: " << *V << "\n");
2397     return V;
2398   }
2400   bool visitMemSetInst(MemSetInst &II) {
2401     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2402     assert(II.getRawDest() == OldPtr);
2404     // If the memset has a variable size, it cannot be split, just adjust the
2405     // pointer to the new alloca.
2406     if (!isa<Constant>(II.getLength())) {
2407       assert(!IsSplit);
2408       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2409       II.setDest(getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()));
2410       Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2411       II.setAlignment(ConstantInt::get(CstTy, getSliceAlign()));
2413       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2414       return false;
2415     }
2417     // Record this instruction for deletion.
2418     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2420     Type *AllocaTy = NewAI.getAllocatedType();
2421     Type *ScalarTy = AllocaTy->getScalarType();
2423     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2424     // a single value type, just emit a memset.
2425     if (!VecTy && !IntTy &&
2426         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset ||
2427          EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2428          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(AllocaTy) ||
2429          !AllocaTy->isSingleValueType() ||
2430          !DL.isLegalInteger(DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)) ||
2431          DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy)%8 != 0)) {
2432       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2433       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2434       CallInst *New = IRB.CreateMemSet(
2435           getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType()), II.getValue(), Size,
2436           getSliceAlign(), II.isVolatile());
2437       (void)New;
2438       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2439       return false;
2440     }
2442     // If we can represent this as a simple value, we have to build the actual
2443     // value to store, which requires expanding the byte present in memset to
2444     // a sensible representation for the alloca type. This is essentially
2445     // splatting the byte to a sufficiently wide integer, splatting it across
2446     // any desired vector width, and bitcasting to the final type.
2447     Value *V;
2449     if (VecTy) {
2450       // If this is a memset of a vectorized alloca, insert it.
2451       assert(ElementTy == ScalarTy);
2453       unsigned BeginIndex = getIndex(NewBeginOffset);
2454       unsigned EndIndex = getIndex(NewEndOffset);
2455       assert(EndIndex > BeginIndex && "Empty vector!");
2456       unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2457       assert(NumElements <= VecTy->getNumElements() && "Too many elements!");
2459       Value *Splat =
2460           getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ElementTy) / 8);
2461       Splat = convertValue(DL, IRB, Splat, ElementTy);
2462       if (NumElements > 1)
2463         Splat = getVectorSplat(Splat, NumElements);
2465       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2466                                          "oldload");
2467       V = insertVector(IRB, Old, Splat, BeginIndex, "vec");
2468     } else if (IntTy) {
2469       // If this is a memset on an alloca where we can widen stores, insert the
2470       // set integer.
2471       assert(!II.isVolatile());
2473       uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2474       V = getIntegerSplat(II.getValue(), Size);
2476       if (IntTy && (BeginOffset != NewAllocaBeginOffset ||
2477                     EndOffset != NewAllocaBeginOffset)) {
2478         Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2479                                            "oldload");
2480         Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2481         uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2482         V = insertInteger(DL, IRB, Old, V, Offset, "insert");
2483       } else {
2484         assert(V->getType() == IntTy &&
2485                "Wrong type for an alloca wide integer!");
2486       }
2487       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2488     } else {
2489       // Established these invariants above.
2490       assert(NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset);
2491       assert(NewEndOffset == NewAllocaEndOffset);
2493       V = getIntegerSplat(II.getValue(), DL.getTypeSizeInBits(ScalarTy) / 8);
2494       if (VectorType *AllocaVecTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaTy))
2495         V = getVectorSplat(V, AllocaVecTy->getNumElements());
2497       V = convertValue(DL, IRB, V, AllocaTy);
2498     }
2500     Value *New = IRB.CreateAlignedStore(V, &NewAI, NewAI.getAlignment(),
2501                                         II.isVolatile());
2502     (void)New;
2503     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2504     return !II.isVolatile();
2505   }
2507   bool visitMemTransferInst(MemTransferInst &II) {
2508     // Rewriting of memory transfer instructions can be a bit tricky. We break
2509     // them into two categories: split intrinsics and unsplit intrinsics.
2511     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2513     bool IsDest = &II.getRawDestUse() == OldUse;
2514     assert((IsDest && II.getRawDest() == OldPtr) ||
2515            (!IsDest && II.getRawSource() == OldPtr));
2517     unsigned SliceAlign = getSliceAlign();
2519     // For unsplit intrinsics, we simply modify the source and destination
2520     // pointers in place. This isn't just an optimization, it is a matter of
2521     // correctness. With unsplit intrinsics we may be dealing with transfers
2522     // within a single alloca before SROA ran, or with transfers that have
2523     // a variable length. We may also be dealing with memmove instead of
2524     // memcpy, and so simply updating the pointers is the necessary for us to
2525     // update both source and dest of a single call.
2526     if (!IsSplittable) {
2527       Value *AdjustedPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2528       if (IsDest)
2529         II.setDest(AdjustedPtr);
2530       else
2531         II.setSource(AdjustedPtr);
2533       if (II.getAlignment() > SliceAlign) {
2534         Type *CstTy = II.getAlignmentCst()->getType();
2535         II.setAlignment(
2536             ConstantInt::get(CstTy, MinAlign(II.getAlignment(), SliceAlign)));
2537       }
2539       DEBUG(dbgs() << "          to: " << II << "\n");
2540       deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2541       return false;
2542     }
2543     // For split transfer intrinsics we have an incredibly useful assurance:
2544     // the source and destination do not reside within the same alloca, and at
2545     // least one of them does not escape. This means that we can replace
2546     // memmove with memcpy, and we don't need to worry about all manner of
2547     // downsides to splitting and transforming the operations.
2549     // If this doesn't map cleanly onto the alloca type, and that type isn't
2550     // a single value type, just emit a memcpy.
2551     bool EmitMemCpy =
2552         !VecTy && !IntTy &&
2553         (BeginOffset > NewAllocaBeginOffset || EndOffset < NewAllocaEndOffset ||
2554          SliceSize != DL.getTypeStoreSize(NewAI.getAllocatedType()) ||
2555          !NewAI.getAllocatedType()->isSingleValueType());
2557     // If we're just going to emit a memcpy, the alloca hasn't changed, and the
2558     // size hasn't been shrunk based on analysis of the viable range, this is
2559     // a no-op.
2560     if (EmitMemCpy && &OldAI == &NewAI) {
2561       // Ensure the start lines up.
2562       assert(NewBeginOffset == BeginOffset);
2564       // Rewrite the size as needed.
2565       if (NewEndOffset != EndOffset)
2566         II.setLength(ConstantInt::get(II.getLength()->getType(),
2567                                       NewEndOffset - NewBeginOffset));
2568       return false;
2569     }
2570     // Record this instruction for deletion.
2571     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2573     // Strip all inbounds GEPs and pointer casts to try to dig out any root
2574     // alloca that should be re-examined after rewriting this instruction.
2575     Value *OtherPtr = IsDest ? II.getRawSource() : II.getRawDest();
2576     if (AllocaInst *AI
2577           = dyn_cast<AllocaInst>(OtherPtr->stripInBoundsOffsets())) {
2578       assert(AI != &OldAI && AI != &NewAI &&
2579              "Splittable transfers cannot reach the same alloca on both ends.");
2580       Pass.Worklist.insert(AI);
2581     }
2583     Type *OtherPtrTy = OtherPtr->getType();
2584     unsigned OtherAS = OtherPtrTy->getPointerAddressSpace();
2586     // Compute the relative offset for the other pointer within the transfer.
2587     unsigned IntPtrWidth = DL.getPointerSizeInBits(OtherAS);
2588     APInt OtherOffset(IntPtrWidth, NewBeginOffset - BeginOffset);
2589     unsigned OtherAlign = MinAlign(II.getAlignment() ? II.getAlignment() : 1,
2590                                    OtherOffset.zextOrTrunc(64).getZExtValue());
2592     if (EmitMemCpy) {
2593       // Compute the other pointer, folding as much as possible to produce
2594       // a single, simple GEP in most cases.
2595       OtherPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2596                                 OtherPtr->getName() + ".");
2598       Value *OurPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2599       Type *SizeTy = II.getLength()->getType();
2600       Constant *Size = ConstantInt::get(SizeTy, NewEndOffset - NewBeginOffset);
2602       CallInst *New = IRB.CreateMemCpy(
2603           IsDest ? OurPtr : OtherPtr, IsDest ? OtherPtr : OurPtr, Size,
2604           MinAlign(SliceAlign, OtherAlign), II.isVolatile());
2605       (void)New;
2606       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2607       return false;
2608     }
2610     bool IsWholeAlloca = NewBeginOffset == NewAllocaBeginOffset &&
2611                          NewEndOffset == NewAllocaEndOffset;
2612     uint64_t Size = NewEndOffset - NewBeginOffset;
2613     unsigned BeginIndex = VecTy ? getIndex(NewBeginOffset) : 0;
2614     unsigned EndIndex = VecTy ? getIndex(NewEndOffset) : 0;
2615     unsigned NumElements = EndIndex - BeginIndex;
2616     IntegerType *SubIntTy
2617       = IntTy ? Type::getIntNTy(IntTy->getContext(), Size*8) : nullptr;
2619     // Reset the other pointer type to match the register type we're going to
2620     // use, but using the address space of the original other pointer.
2621     if (VecTy && !IsWholeAlloca) {
2622       if (NumElements == 1)
2623         OtherPtrTy = VecTy->getElementType();
2624       else
2625         OtherPtrTy = VectorType::get(VecTy->getElementType(), NumElements);
2627       OtherPtrTy = OtherPtrTy->getPointerTo(OtherAS);
2628     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca) {
2629       OtherPtrTy = SubIntTy->getPointerTo(OtherAS);
2630     } else {
2631       OtherPtrTy = NewAllocaTy->getPointerTo(OtherAS);
2632     }
2634     Value *SrcPtr = getAdjustedPtr(IRB, DL, OtherPtr, OtherOffset, OtherPtrTy,
2635                                    OtherPtr->getName() + ".");
2636     unsigned SrcAlign = OtherAlign;
2637     Value *DstPtr = &NewAI;
2638     unsigned DstAlign = SliceAlign;
2639     if (!IsDest) {
2640       std::swap(SrcPtr, DstPtr);
2641       std::swap(SrcAlign, DstAlign);
2642     }
2644     Value *Src;
2645     if (VecTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2646       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2647                                   "load");
2648       Src = extractVector(IRB, Src, BeginIndex, EndIndex, "vec");
2649     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && !IsDest) {
2650       Src = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2651                                   "load");
2652       Src = convertValue(DL, IRB, Src, IntTy);
2653       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2654       Src = extractInteger(DL, IRB, Src, SubIntTy, Offset, "extract");
2655     } else {
2656       Src = IRB.CreateAlignedLoad(SrcPtr, SrcAlign, II.isVolatile(),
2657                                   "copyload");
2658     }
2660     if (VecTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2661       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2662                                          "oldload");
2663       Src = insertVector(IRB, Old, Src, BeginIndex, "vec");
2664     } else if (IntTy && !IsWholeAlloca && IsDest) {
2665       Value *Old = IRB.CreateAlignedLoad(&NewAI, NewAI.getAlignment(),
2666                                          "oldload");
2667       Old = convertValue(DL, IRB, Old, IntTy);
2668       uint64_t Offset = NewBeginOffset - NewAllocaBeginOffset;
2669       Src = insertInteger(DL, IRB, Old, Src, Offset, "insert");
2670       Src = convertValue(DL, IRB, Src, NewAllocaTy);
2671     }
2673     StoreInst *Store = cast<StoreInst>(
2674         IRB.CreateAlignedStore(Src, DstPtr, DstAlign, II.isVolatile()));
2675     (void)Store;
2676     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2677     return !II.isVolatile();
2678   }
2680   bool visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
2681     assert(II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2682            II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
2683     DEBUG(dbgs() << "    original: " << II << "\n");
2684     assert(II.getArgOperand(1) == OldPtr);
2686     // Record this instruction for deletion.
2687     Pass.DeadInsts.insert(&II);
2689     ConstantInt *Size
2690       = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(II.getArgOperand(0)->getType()),
2691                          NewEndOffset - NewBeginOffset);
2692     Value *Ptr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2693     Value *New;
2694     if (II.getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2695       New = IRB.CreateLifetimeStart(Ptr, Size);
2696     else
2697       New = IRB.CreateLifetimeEnd(Ptr, Size);
2699     (void)New;
2700     DEBUG(dbgs() << "          to: " << *New << "\n");
2701     return true;
2702   }
2704   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2705     DEBUG(dbgs() << "    original: " << PN << "\n");
2706     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "PHIs are unsplittable");
2707     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "PHIs are unsplittable");
2709     // We would like to compute a new pointer in only one place, but have it be
2710     // as local as possible to the PHI. To do that, we re-use the location of
2711     // the old pointer, which necessarily must be in the right position to
2712     // dominate the PHI.
2713     IRBuilderTy PtrBuilder(IRB);
2714     if (isa<PHINode>(OldPtr))
2715       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr->getParent()->getFirstInsertionPt());
2716     else
2717       PtrBuilder.SetInsertPoint(OldPtr);
2718     PtrBuilder.SetCurrentDebugLocation(OldPtr->getDebugLoc());
2720     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(PtrBuilder, OldPtr->getType());
2721     // Replace the operands which were using the old pointer.
2722     std::replace(PN.op_begin(), PN.op_end(), cast<Value>(OldPtr), NewPtr);
2724     DEBUG(dbgs() << "          to: " << PN << "\n");
2725     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2727     // PHIs can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
2728     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
2729     // fully-rewritten alloca.
2730     PHIUsers.insert(&PN);
2731     return true;
2732   }
2734   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2735     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2736     assert((SI.getTrueValue() == OldPtr || SI.getFalseValue() == OldPtr) &&
2737            "Pointer isn't an operand!");
2738     assert(BeginOffset >= NewAllocaBeginOffset && "Selects are unsplittable");
2739     assert(EndOffset <= NewAllocaEndOffset && "Selects are unsplittable");
2741     Value *NewPtr = getNewAllocaSlicePtr(IRB, OldPtr->getType());
2742     // Replace the operands which were using the old pointer.
2743     if (SI.getOperand(1) == OldPtr)
2744       SI.setOperand(1, NewPtr);
2745     if (SI.getOperand(2) == OldPtr)
2746       SI.setOperand(2, NewPtr);
2748     DEBUG(dbgs() << "          to: " << SI << "\n");
2749     deleteIfTriviallyDead(OldPtr);
2751     // Selects can't be promoted on their own, but often can be speculated. We
2752     // check the speculation outside of the rewriter so that we see the
2753     // fully-rewritten alloca.
2754     SelectUsers.insert(&SI);
2755     return true;
2756   }
2758 };
2761 namespace {
2762 /// \brief Visitor to rewrite aggregate loads and stores as scalar.
2763 ///
2764 /// This pass aggressively rewrites all aggregate loads and stores on
2765 /// a particular pointer (or any pointer derived from it which we can identify)
2766 /// with scalar loads and stores.
2767 class AggLoadStoreRewriter : public InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool> {
2768   // Befriend the base class so it can delegate to private visit methods.
2769   friend class llvm::InstVisitor<AggLoadStoreRewriter, bool>;
2771   const DataLayout &DL;
2773   /// Queue of pointer uses to analyze and potentially rewrite.
2774   SmallVector<Use *, 8> Queue;
2776   /// Set to prevent us from cycling with phi nodes and loops.
2777   SmallPtrSet<User *, 8> Visited;
2779   /// The current pointer use being rewritten. This is used to dig up the used
2780   /// value (as opposed to the user).
2781   Use *U;
2783 public:
2784   AggLoadStoreRewriter(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
2786   /// Rewrite loads and stores through a pointer and all pointers derived from
2787   /// it.
2788   bool rewrite(Instruction &I) {
2789     DEBUG(dbgs() << "  Rewriting FCA loads and stores...\n");
2790     enqueueUsers(I);
2791     bool Changed = false;
2792     while (!Queue.empty()) {
2793       U = Queue.pop_back_val();
2794       Changed |= visit(cast<Instruction>(U->getUser()));
2795     }
2796     return Changed;
2797   }
2799 private:
2800   /// Enqueue all the users of the given instruction for further processing.
2801   /// This uses a set to de-duplicate users.
2802   void enqueueUsers(Instruction &I) {
2803     for (Use &U : I.uses())
2804       if (Visited.insert(U.getUser()))
2805         Queue.push_back(&U);
2806   }
2808   // Conservative default is to not rewrite anything.
2809   bool visitInstruction(Instruction &I) { return false; }
2811   /// \brief Generic recursive split emission class.
2812   template <typename Derived>
2813   class OpSplitter {
2814   protected:
2815     /// The builder used to form new instructions.
2816     IRBuilderTy IRB;
2817     /// The indices which to be used with insert- or extractvalue to select the
2818     /// appropriate value within the aggregate.
2819     SmallVector<unsigned, 4> Indices;
2820     /// The indices to a GEP instruction which will move Ptr to the correct slot
2821     /// within the aggregate.
2822     SmallVector<Value *, 4> GEPIndices;
2823     /// The base pointer of the original op, used as a base for GEPing the
2824     /// split operations.
2825     Value *Ptr;
2827     /// Initialize the splitter with an insertion point, Ptr and start with a
2828     /// single zero GEP index.
2829     OpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2830       : IRB(InsertionPoint), GEPIndices(1, IRB.getInt32(0)), Ptr(Ptr) {}
2832   public:
2833     /// \brief Generic recursive split emission routine.
2834     ///
2835     /// This method recursively splits an aggregate op (load or store) into
2836     /// scalar or vector ops. It splits recursively until it hits a single value
2837     /// and emits that single value operation via the template argument.
2838     ///
2839     /// The logic of this routine relies on GEPs and insertvalue and
2840     /// extractvalue all operating with the same fundamental index list, merely
2841     /// formatted differently (GEPs need actual values).
2842     ///
2843     /// \param Ty  The type being split recursively into smaller ops.
2844     /// \param Agg The aggregate value being built up or stored, depending on
2845     /// whether this is splitting a load or a store respectively.
2846     void emitSplitOps(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2847       if (Ty->isSingleValueType())
2848         return static_cast<Derived *>(this)->emitFunc(Ty, Agg, Name);
2850       if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2851         unsigned OldSize = Indices.size();
2852         (void)OldSize;
2853         for (unsigned Idx = 0, Size = ATy->getNumElements(); Idx != Size;
2854              ++Idx) {
2855           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2856           Indices.push_back(Idx);
2857           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2858           emitSplitOps(ATy->getElementType(), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2859           GEPIndices.pop_back();
2860           Indices.pop_back();
2861         }
2862         return;
2863       }
2865       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2866         unsigned OldSize = Indices.size();
2867         (void)OldSize;
2868         for (unsigned Idx = 0, Size = STy->getNumElements(); Idx != Size;
2869              ++Idx) {
2870           assert(Indices.size() == OldSize && "Did not return to the old size");
2871           Indices.push_back(Idx);
2872           GEPIndices.push_back(IRB.getInt32(Idx));
2873           emitSplitOps(STy->getElementType(Idx), Agg, Name + "." + Twine(Idx));
2874           GEPIndices.pop_back();
2875           Indices.pop_back();
2876         }
2877         return;
2878       }
2880       llvm_unreachable("Only arrays and structs are aggregate loadable types");
2881     }
2882   };
2884   struct LoadOpSplitter : public OpSplitter<LoadOpSplitter> {
2885     LoadOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2886       : OpSplitter<LoadOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2888     /// Emit a leaf load of a single value. This is called at the leaves of the
2889     /// recursive emission to actually load values.
2890     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2891       assert(Ty->isSingleValueType());
2892       // Load the single value and insert it using the indices.
2893       Value *GEP = IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep");
2894       Value *Load = IRB.CreateLoad(GEP, Name + ".load");
2895       Agg = IRB.CreateInsertValue(Agg, Load, Indices, Name + ".insert");
2896       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Load << "\n");
2897     }
2898   };
2900   bool visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2901     assert(LI.getPointerOperand() == *U);
2902     if (!LI.isSimple() || LI.getType()->isSingleValueType())
2903       return false;
2905     // We have an aggregate being loaded, split it apart.
2906     DEBUG(dbgs() << "    original: " << LI << "\n");
2907     LoadOpSplitter Splitter(&LI, *U);
2908     Value *V = UndefValue::get(LI.getType());
2909     Splitter.emitSplitOps(LI.getType(), V, LI.getName() + ".fca");
2910     LI.replaceAllUsesWith(V);
2911     LI.eraseFromParent();
2912     return true;
2913   }
2915   struct StoreOpSplitter : public OpSplitter<StoreOpSplitter> {
2916     StoreOpSplitter(Instruction *InsertionPoint, Value *Ptr)
2917       : OpSplitter<StoreOpSplitter>(InsertionPoint, Ptr) {}
2919     /// Emit a leaf store of a single value. This is called at the leaves of the
2920     /// recursive emission to actually produce stores.
2921     void emitFunc(Type *Ty, Value *&Agg, const Twine &Name) {
2922       assert(Ty->isSingleValueType());
2923       // Extract the single value and store it using the indices.
2924       Value *Store = IRB.CreateStore(
2925         IRB.CreateExtractValue(Agg, Indices, Name + ".extract"),
2926         IRB.CreateInBoundsGEP(Ptr, GEPIndices, Name + ".gep"));
2927       (void)Store;
2928       DEBUG(dbgs() << "          to: " << *Store << "\n");
2929     }
2930   };
2932   bool visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2933     if (!SI.isSimple() || SI.getPointerOperand() != *U)
2934       return false;
2935     Value *V = SI.getValueOperand();
2936     if (V->getType()->isSingleValueType())
2937       return false;
2939     // We have an aggregate being stored, split it apart.
2940     DEBUG(dbgs() << "    original: " << SI << "\n");
2941     StoreOpSplitter Splitter(&SI, *U);
2942     Splitter.emitSplitOps(V->getType(), V, V->getName() + ".fca");
2943     SI.eraseFromParent();
2944     return true;
2945   }
2947   bool visitBitCastInst(BitCastInst &BC) {
2948     enqueueUsers(BC);
2949     return false;
2950   }
2952   bool visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEPI) {
2953     enqueueUsers(GEPI);
2954     return false;
2955   }
2957   bool visitPHINode(PHINode &PN) {
2958     enqueueUsers(PN);
2959     return false;
2960   }
2962   bool visitSelectInst(SelectInst &SI) {
2963     enqueueUsers(SI);
2964     return false;
2965   }
2966 };
2969 /// \brief Strip aggregate type wrapping.
2970 ///
2971 /// This removes no-op aggregate types wrapping an underlying type. It will
2972 /// strip as many layers of types as it can without changing either the type
2973 /// size or the allocated size.
2974 static Type *stripAggregateTypeWrapping(const DataLayout &DL, Type *Ty) {
2975   if (Ty->isSingleValueType())
2976     return Ty;
2978   uint64_t AllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
2979   uint64_t TypeSize = DL.getTypeSizeInBits(Ty);
2981   Type *InnerTy;
2982   if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2983     InnerTy = ArrTy->getElementType();
2984   } else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
2985     const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
2986     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(0);
2987     InnerTy = STy->getElementType(Index);
2988   } else {
2989     return Ty;
2990   }
2992   if (AllocSize > DL.getTypeAllocSize(InnerTy) ||
2993       TypeSize > DL.getTypeSizeInBits(InnerTy))
2994     return Ty;
2996   return stripAggregateTypeWrapping(DL, InnerTy);
2999 /// \brief Try to find a partition of the aggregate type passed in for a given
3000 /// offset and size.
3001 ///
3002 /// This recurses through the aggregate type and tries to compute a subtype
3003 /// based on the offset and size. When the offset and size span a sub-section
3004 /// of an array, it will even compute a new array type for that sub-section,
3005 /// and the same for structs.
3006 ///
3007 /// Note that this routine is very strict and tries to find a partition of the
3008 /// type which produces the *exact* right offset and size. It is not forgiving
3009 /// when the size or offset cause either end of type-based partition to be off.
3010 /// Also, this is a best-effort routine. It is reasonable to give up and not
3011 /// return a type if necessary.
3012 static Type *getTypePartition(const DataLayout &DL, Type *Ty,
3013                               uint64_t Offset, uint64_t Size) {
3014   if (Offset == 0 && DL.getTypeAllocSize(Ty) == Size)
3015     return stripAggregateTypeWrapping(DL, Ty);
3016   if (Offset > DL.getTypeAllocSize(Ty) ||
3017       (DL.getTypeAllocSize(Ty) - Offset) < Size)
3018     return nullptr;
3020   if (SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
3021     // We can't partition pointers...
3022     if (SeqTy->isPointerTy())
3023       return nullptr;
3025     Type *ElementTy = SeqTy->getElementType();
3026     uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3027     uint64_t NumSkippedElements = Offset / ElementSize;
3028     if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(SeqTy)) {
3029       if (NumSkippedElements >= ArrTy->getNumElements())
3030         return nullptr;
3031     } else if (VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(SeqTy)) {
3032       if (NumSkippedElements >= VecTy->getNumElements())
3033         return nullptr;
3034     }
3035     Offset -= NumSkippedElements * ElementSize;
3037     // First check if we need to recurse.
3038     if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3039       // Bail if the partition ends in a different array element.
3040       if ((Offset + Size) > ElementSize)
3041         return nullptr;
3042       // Recurse through the element type trying to peel off offset bytes.
3043       return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3044     }
3045     assert(Offset == 0);
3047     if (Size == ElementSize)
3048       return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3049     assert(Size > ElementSize);
3050     uint64_t NumElements = Size / ElementSize;
3051     if (NumElements * ElementSize != Size)
3052       return nullptr;
3053     return ArrayType::get(ElementTy, NumElements);
3054   }
3056   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty);
3057   if (!STy)
3058     return nullptr;
3060   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3061   if (Offset >= SL->getSizeInBytes())
3062     return nullptr;
3063   uint64_t EndOffset = Offset + Size;
3064   if (EndOffset > SL->getSizeInBytes())
3065     return nullptr;
3067   unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(Offset);
3068   Offset -= SL->getElementOffset(Index);
3070   Type *ElementTy = STy->getElementType(Index);
3071   uint64_t ElementSize = DL.getTypeAllocSize(ElementTy);
3072   if (Offset >= ElementSize)
3073     return nullptr; // The offset points into alignment padding.
3075   // See if any partition must be contained by the element.
3076   if (Offset > 0 || Size < ElementSize) {
3077     if ((Offset + Size) > ElementSize)
3078       return nullptr;
3079     return getTypePartition(DL, ElementTy, Offset, Size);
3080   }
3081   assert(Offset == 0);
3083   if (Size == ElementSize)
3084     return stripAggregateTypeWrapping(DL, ElementTy);
3086   StructType::element_iterator EI = STy->element_begin() + Index,
3087                                EE = STy->element_end();
3088   if (EndOffset < SL->getSizeInBytes()) {
3089     unsigned EndIndex = SL->getElementContainingOffset(EndOffset);
3090     if (Index == EndIndex)
3091       return nullptr; // Within a single element and its padding.
3093     // Don't try to form "natural" types if the elements don't line up with the
3094     // expected size.
3095     // FIXME: We could potentially recurse down through the last element in the
3096     // sub-struct to find a natural end point.
3097     if (SL->getElementOffset(EndIndex) != EndOffset)
3098       return nullptr;
3100     assert(Index < EndIndex);
3101     EE = STy->element_begin() + EndIndex;
3102   }
3104   // Try to build up a sub-structure.
3105   StructType *SubTy = StructType::get(STy->getContext(), makeArrayRef(EI, EE),
3106                                       STy->isPacked());
3107   const StructLayout *SubSL = DL.getStructLayout(SubTy);
3108   if (Size != SubSL->getSizeInBytes())
3109     return nullptr; // The sub-struct doesn't have quite the size needed.
3111   return SubTy;
3114 /// \brief Rewrite an alloca partition's users.
3115 ///
3116 /// This routine drives both of the rewriting goals of the SROA pass. It tries
3117 /// to rewrite uses of an alloca partition to be conducive for SSA value
3118 /// promotion. If the partition needs a new, more refined alloca, this will
3119 /// build that new alloca, preserving as much type information as possible, and
3120 /// rewrite the uses of the old alloca to point at the new one and have the
3121 /// appropriate new offsets. It also evaluates how successful the rewrite was
3122 /// at enabling promotion and if it was successful queues the alloca to be
3123 /// promoted.
3124 bool SROA::rewritePartition(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S,
3125                             AllocaSlices::iterator B, AllocaSlices::iterator E,
3126                             int64_t BeginOffset, int64_t EndOffset,
3127                             ArrayRef<AllocaSlices::iterator> SplitUses) {
3128   assert(BeginOffset < EndOffset);
3129   uint64_t SliceSize = EndOffset - BeginOffset;
3131   // Try to compute a friendly type for this partition of the alloca. This
3132   // won't always succeed, in which case we fall back to a legal integer type
3133   // or an i8 array of an appropriate size.
3134   Type *SliceTy = nullptr;
3135   if (Type *CommonUseTy = findCommonType(B, E, EndOffset))
3136     if (DL->getTypeAllocSize(CommonUseTy) >= SliceSize)
3137       SliceTy = CommonUseTy;
3138   if (!SliceTy)
3139     if (Type *TypePartitionTy = getTypePartition(*DL, AI.getAllocatedType(),
3140                                                  BeginOffset, SliceSize))
3141       SliceTy = TypePartitionTy;
3142   if ((!SliceTy || (SliceTy->isArrayTy() &&
3143                     SliceTy->getArrayElementType()->isIntegerTy())) &&
3144       DL->isLegalInteger(SliceSize * 8))
3145     SliceTy = Type::getIntNTy(*C, SliceSize * 8);
3146   if (!SliceTy)
3147     SliceTy = ArrayType::get(Type::getInt8Ty(*C), SliceSize);
3148   assert(DL->getTypeAllocSize(SliceTy) >= SliceSize);
3150   bool IsVectorPromotable = isVectorPromotionViable(
3151       *DL, SliceTy, S, BeginOffset, EndOffset, B, E, SplitUses);
3153   bool IsIntegerPromotable =
3154       !IsVectorPromotable &&
3155       isIntegerWideningViable(*DL, SliceTy, BeginOffset, S, B, E, SplitUses);
3157   // Check for the case where we're going to rewrite to a new alloca of the
3158   // exact same type as the original, and with the same access offsets. In that
3159   // case, re-use the existing alloca, but still run through the rewriter to
3160   // perform phi and select speculation.
3161   AllocaInst *NewAI;
3162   if (SliceTy == AI.getAllocatedType()) {
3163     assert(BeginOffset == 0 &&
3164            "Non-zero begin offset but same alloca type");
3165     NewAI = &AI;
3166     // FIXME: We should be able to bail at this point with "nothing changed".
3167     // FIXME: We might want to defer PHI speculation until after here.
3168   } else {
3169     unsigned Alignment = AI.getAlignment();
3170     if (!Alignment) {
3171       // The minimum alignment which users can rely on when the explicit
3172       // alignment is omitted or zero is that required by the ABI for this
3173       // type.
3174       Alignment = DL->getABITypeAlignment(AI.getAllocatedType());
3175     }
3176     Alignment = MinAlign(Alignment, BeginOffset);
3177     // If we will get at least this much alignment from the type alone, leave
3178     // the alloca's alignment unconstrained.
3179     if (Alignment <= DL->getABITypeAlignment(SliceTy))
3180       Alignment = 0;
3181     NewAI = new AllocaInst(SliceTy, nullptr, Alignment,
3182                            AI.getName() + ".sroa." + Twine(B - S.begin()), &AI);
3183     ++NumNewAllocas;
3184   }
3186   DEBUG(dbgs() << "Rewriting alloca partition "
3187                << "[" << BeginOffset << "," << EndOffset << ") to: " << *NewAI
3188                << "\n");
3190   // Track the high watermark on the worklist as it is only relevant for
3191   // promoted allocas. We will reset it to this point if the alloca is not in
3192   // fact scheduled for promotion.
3193   unsigned PPWOldSize = PostPromotionWorklist.size();
3194   unsigned NumUses = 0;
3195   SmallPtrSet<PHINode *, 8> PHIUsers;
3196   SmallPtrSet<SelectInst *, 8> SelectUsers;
3198   AllocaSliceRewriter Rewriter(*DL, S, *this, AI, *NewAI, BeginOffset,
3199                                EndOffset, IsVectorPromotable,
3200                                IsIntegerPromotable, PHIUsers, SelectUsers);
3201   bool Promotable = true;
3202   for (ArrayRef<AllocaSlices::iterator>::const_iterator SUI = SplitUses.begin(),
3203                                                         SUE = SplitUses.end();
3204        SUI != SUE; ++SUI) {
3205     DEBUG(dbgs() << "  rewriting split ");
3206     DEBUG(S.printSlice(dbgs(), *SUI, ""));
3207     Promotable &= Rewriter.visit(*SUI);
3208     ++NumUses;
3209   }
3210   for (AllocaSlices::iterator I = B; I != E; ++I) {
3211     DEBUG(dbgs() << "  rewriting ");
3212     DEBUG(S.printSlice(dbgs(), I, ""));
3213     Promotable &= Rewriter.visit(I);
3214     ++NumUses;
3215   }
3217   NumAllocaPartitionUses += NumUses;
3218   MaxUsesPerAllocaPartition =
3219       std::max<unsigned>(NumUses, MaxUsesPerAllocaPartition);
3221   // Now that we've processed all the slices in the new partition, check if any
3222   // PHIs or Selects would block promotion.
3223   for (SmallPtrSetImpl<PHINode *>::iterator I = PHIUsers.begin(),
3224                                             E = PHIUsers.end();
3225        I != E; ++I)
3226     if (!isSafePHIToSpeculate(**I, DL)) {
3227       Promotable = false;
3228       PHIUsers.clear();
3229       SelectUsers.clear();
3230       break;
3231     }
3232   for (SmallPtrSetImpl<SelectInst *>::iterator I = SelectUsers.begin(),
3233                                                E = SelectUsers.end();
3234        I != E; ++I)
3235     if (!isSafeSelectToSpeculate(**I, DL)) {
3236       Promotable = false;
3237       PHIUsers.clear();
3238       SelectUsers.clear();
3239       break;
3240     }
3242   if (Promotable) {
3243     if (PHIUsers.empty() && SelectUsers.empty()) {
3244       // Promote the alloca.
3245       PromotableAllocas.push_back(NewAI);
3246     } else {
3247       // If we have either PHIs or Selects to speculate, add them to those
3248       // worklists and re-queue the new alloca so that we promote in on the
3249       // next iteration.
3250       for (SmallPtrSetImpl<PHINode *>::iterator I = PHIUsers.begin(),
3251                                                 E = PHIUsers.end();
3252            I != E; ++I)
3253         SpeculatablePHIs.insert(*I);
3254       for (SmallPtrSetImpl<SelectInst *>::iterator I = SelectUsers.begin(),
3255                                                    E = SelectUsers.end();
3256            I != E; ++I)
3257         SpeculatableSelects.insert(*I);
3258       Worklist.insert(NewAI);
3259     }
3260   } else {
3261     // If we can't promote the alloca, iterate on it to check for new
3262     // refinements exposed by splitting the current alloca. Don't iterate on an
3263     // alloca which didn't actually change and didn't get promoted.
3264     if (NewAI != &AI)
3265       Worklist.insert(NewAI);
3267     // Drop any post-promotion work items if promotion didn't happen.
3268     while (PostPromotionWorklist.size() > PPWOldSize)
3269       PostPromotionWorklist.pop_back();
3270   }
3272   return true;
3275 static void
3276 removeFinishedSplitUses(SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator> &SplitUses,
3277                         uint64_t &MaxSplitUseEndOffset, uint64_t Offset) {
3278   if (Offset >= MaxSplitUseEndOffset) {
3279     SplitUses.clear();
3280     MaxSplitUseEndOffset = 0;
3281     return;
3282   }
3284   size_t SplitUsesOldSize = SplitUses.size();
3285   SplitUses.erase(std::remove_if(SplitUses.begin(), SplitUses.end(),
3286                                  [Offset](const AllocaSlices::iterator &I) {
3287                     return I->endOffset() <= Offset;
3288                   }),
3289                   SplitUses.end());
3290   if (SplitUsesOldSize == SplitUses.size())
3291     return;
3293   // Recompute the max. While this is linear, so is remove_if.
3294   MaxSplitUseEndOffset = 0;
3295   for (SmallVectorImpl<AllocaSlices::iterator>::iterator
3296            SUI = SplitUses.begin(),
3297            SUE = SplitUses.end();
3298        SUI != SUE; ++SUI)
3299     MaxSplitUseEndOffset = std::max((*SUI)->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3302 /// \brief Walks the slices of an alloca and form partitions based on them,
3303 /// rewriting each of their uses.
3304 bool SROA::splitAlloca(AllocaInst &AI, AllocaSlices &S) {
3305   if (S.begin() == S.end())
3306     return false;
3308   unsigned NumPartitions = 0;
3309   bool Changed = false;
3310   SmallVector<AllocaSlices::iterator, 4> SplitUses;
3311   uint64_t MaxSplitUseEndOffset = 0;
3313   uint64_t BeginOffset = S.begin()->beginOffset();
3315   for (AllocaSlices::iterator SI = S.begin(), SJ = std::next(SI), SE = S.end();
3316        SI != SE; SI = SJ) {
3317     uint64_t MaxEndOffset = SI->endOffset();
3319     if (!SI->isSplittable()) {
3320       // When we're forming an unsplittable region, it must always start at the
3321       // first slice and will extend through its end.
3322       assert(BeginOffset == SI->beginOffset());
3324       // Form a partition including all of the overlapping slices with this
3325       // unsplittable slice.
3326       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3327         if (!SJ->isSplittable())
3328           MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3329         ++SJ;
3330       }
3331     } else {
3332       assert(SI->isSplittable()); // Established above.
3334       // Collect all of the overlapping splittable slices.
3335       while (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset &&
3336              SJ->isSplittable()) {
3337         MaxEndOffset = std::max(MaxEndOffset, SJ->endOffset());
3338         ++SJ;
3339       }
3341       // Back up MaxEndOffset and SJ if we ended the span early when
3342       // encountering an unsplittable slice.
3343       if (SJ != SE && SJ->beginOffset() < MaxEndOffset) {
3344         assert(!SJ->isSplittable());
3345         MaxEndOffset = SJ->beginOffset();
3346       }
3347     }
3349     // Check if we have managed to move the end offset forward yet. If so,
3350     // we'll have to rewrite uses and erase old split uses.
3351     if (BeginOffset < MaxEndOffset) {
3352       // Rewrite a sequence of overlapping slices.
3353       Changed |=
3354           rewritePartition(AI, S, SI, SJ, BeginOffset, MaxEndOffset, SplitUses);
3355       ++NumPartitions;
3357       removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset, MaxEndOffset);
3358     }
3360     // Accumulate all the splittable slices from the [SI,SJ) region which
3361     // overlap going forward.
3362     for (AllocaSlices::iterator SK = SI; SK != SJ; ++SK)
3363       if (SK->isSplittable() && SK->endOffset() > MaxEndOffset) {
3364         SplitUses.push_back(SK);
3365         MaxSplitUseEndOffset = std::max(SK->endOffset(), MaxSplitUseEndOffset);
3366       }
3368     // If we're already at the end and we have no split uses, we're done.
3369     if (SJ == SE && SplitUses.empty())
3370       break;
3372     // If we have no split uses or no gap in offsets, we're ready to move to
3373     // the next slice.
3374     if (SplitUses.empty() || (SJ != SE && MaxEndOffset == SJ->beginOffset())) {
3375       BeginOffset = SJ->beginOffset();
3376       continue;
3377     }
3379     // Even if we have split slices, if the next slice is splittable and the
3380     // split slices reach it, we can simply set up the beginning offset of the
3381     // next iteration to bridge between them.
3382     if (SJ != SE && SJ->isSplittable() &&
3383         MaxSplitUseEndOffset > SJ->beginOffset()) {
3384       BeginOffset = MaxEndOffset;
3385       continue;
3386     }
3388     // Otherwise, we have a tail of split slices. Rewrite them with an empty
3389     // range of slices.
3390     uint64_t PostSplitEndOffset =
3391         SJ == SE ? MaxSplitUseEndOffset : SJ->beginOffset();
3393     Changed |= rewritePartition(AI, S, SJ, SJ, MaxEndOffset, PostSplitEndOffset,
3394                                 SplitUses);
3395     ++NumPartitions;
3397     if (SJ == SE)
3398       break; // Skip the rest, we don't need to do any cleanup.
3400     removeFinishedSplitUses(SplitUses, MaxSplitUseEndOffset,
3401                             PostSplitEndOffset);
3403     // Now just reset the begin offset for the next iteration.
3404     BeginOffset = SJ->beginOffset();
3405   }
3407   NumAllocaPartitions += NumPartitions;
3408   MaxPartitionsPerAlloca =
3409       std::max<unsigned>(NumPartitions, MaxPartitionsPerAlloca);
3411   return Changed;
3414 /// \brief Clobber a use with undef, deleting the used value if it becomes dead.
3415 void SROA::clobberUse(Use &U) {
3416   Value *OldV = U;
3417   // Replace the use with an undef value.
3418   U = UndefValue::get(OldV->getType());
3420   // Check for this making an instruction dead. We have to garbage collect
3421   // all the dead instructions to ensure the uses of any alloca end up being
3422   // minimal.
3423   if (Instruction *OldI = dyn_cast<Instruction>(OldV))
3424     if (isInstructionTriviallyDead(OldI)) {
3425       DeadInsts.insert(OldI);
3426     }
3429 /// \brief Analyze an alloca for SROA.
3430 ///
3431 /// This analyzes the alloca to ensure we can reason about it, builds
3432 /// the slices of the alloca, and then hands it off to be split and
3433 /// rewritten as needed.
3434 bool SROA::runOnAlloca(AllocaInst &AI) {
3435   DEBUG(dbgs() << "SROA alloca: " << AI << "\n");
3436   ++NumAllocasAnalyzed;
3438   // Special case dead allocas, as they're trivial.
3439   if (AI.use_empty()) {
3440     AI.eraseFromParent();
3441     return true;
3442   }
3444   // Skip alloca forms that this analysis can't handle.
3445   if (AI.isArrayAllocation() || !AI.getAllocatedType()->isSized() ||
3446       DL->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
3447     return false;
3449   bool Changed = false;
3451   // First, split any FCA loads and stores touching this alloca to promote
3452   // better splitting and promotion opportunities.
3453   AggLoadStoreRewriter AggRewriter(*DL);
3454   Changed |= AggRewriter.rewrite(AI);
3456   // Build the slices using a recursive instruction-visiting builder.
3457   AllocaSlices S(*DL, AI);
3458   DEBUG(S.print(dbgs()));
3459   if (S.isEscaped())
3460     return Changed;
3462   // Delete all the dead users of this alloca before splitting and rewriting it.
3463   for (AllocaSlices::dead_user_iterator DI = S.dead_user_begin(),
3464                                         DE = S.dead_user_end();
3465        DI != DE; ++DI) {
3466     // Free up everything used by this instruction.
3467     for (Use &DeadOp : (*DI)->operands())
3468       clobberUse(DeadOp);
3470     // Now replace the uses of this instruction.
3471     (*DI)->replaceAllUsesWith(UndefValue::get((*DI)->getType()));
3473     // And mark it for deletion.
3474     DeadInsts.insert(*DI);
3475     Changed = true;
3476   }
3477   for (AllocaSlices::dead_op_iterator DO = S.dead_op_begin(),
3478                                       DE = S.dead_op_end();
3479        DO != DE; ++DO) {
3480     clobberUse(**DO);
3481     Changed = true;
3482   }
3484   // No slices to split. Leave the dead alloca for a later pass to clean up.
3485   if (S.begin() == S.end())
3486     return Changed;
3488   Changed |= splitAlloca(AI, S);
3490   DEBUG(dbgs() << "  Speculating PHIs\n");
3491   while (!SpeculatablePHIs.empty())
3492     speculatePHINodeLoads(*SpeculatablePHIs.pop_back_val());
3494   DEBUG(dbgs() << "  Speculating Selects\n");
3495   while (!SpeculatableSelects.empty())
3496     speculateSelectInstLoads(*SpeculatableSelects.pop_back_val());
3498   return Changed;
3501 /// \brief Delete the dead instructions accumulated in this run.
3502 ///
3503 /// Recursively deletes the dead instructions we've accumulated. This is done
3504 /// at the very end to maximize locality of the recursive delete and to
3505 /// minimize the problems of invalidated instruction pointers as such pointers
3506 /// are used heavily in the intermediate stages of the algorithm.
3507 ///
3508 /// We also record the alloca instructions deleted here so that they aren't
3509 /// subsequently handed to mem2reg to promote.
3510 void SROA::deleteDeadInstructions(SmallPtrSetImpl<AllocaInst*> &DeletedAllocas) {
3511   while (!DeadInsts.empty()) {
3512     Instruction *I = DeadInsts.pop_back_val();
3513     DEBUG(dbgs() << "Deleting dead instruction: " << *I << "\n");
3515     I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
3517     for (Use &Operand : I->operands())
3518       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Operand)) {
3519         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
3520         Operand = nullptr;
3521         if (isInstructionTriviallyDead(U))
3522           DeadInsts.insert(U);
3523       }
3525     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3526       DeletedAllocas.insert(AI);
3528     ++NumDeleted;
3529     I->eraseFromParent();
3530   }
3533 static void enqueueUsersInWorklist(Instruction &I,
3534                                    SmallVectorImpl<Instruction *> &Worklist,
3535                                    SmallPtrSetImpl<Instruction *> &Visited) {
3536   for (User *U : I.users())
3537     if (Visited.insert(cast<Instruction>(U)))
3538       Worklist.push_back(cast<Instruction>(U));
3541 /// \brief Promote the allocas, using the best available technique.
3542 ///
3543 /// This attempts to promote whatever allocas have been identified as viable in
3544 /// the PromotableAllocas list. If that list is empty, there is nothing to do.
3545 /// If there is a domtree available, we attempt to promote using the full power
3546 /// of mem2reg. Otherwise, we build and use the AllocaPromoter above which is
3547 /// based on the SSAUpdater utilities. This function returns whether any
3548 /// promotion occurred.
3549 bool SROA::promoteAllocas(Function &F) {
3550   if (PromotableAllocas.empty())
3551     return false;
3553   NumPromoted += PromotableAllocas.size();
3555   if (DT && !ForceSSAUpdater) {
3556     DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with mem2reg...\n");
3557     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, *DT, nullptr, AT);
3558     PromotableAllocas.clear();
3559     return true;
3560   }
3562   DEBUG(dbgs() << "Promoting allocas with SSAUpdater...\n");
3563   SSAUpdater SSA;
3564   DIBuilder DIB(*F.getParent());
3565   SmallVector<Instruction *, 64> Insts;
3567   // We need a worklist to walk the uses of each alloca.
3568   SmallVector<Instruction *, 8> Worklist;
3569   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited;
3570   SmallVector<Instruction *, 32> DeadInsts;
3572   for (unsigned Idx = 0, Size = PromotableAllocas.size(); Idx != Size; ++Idx) {
3573     AllocaInst *AI = PromotableAllocas[Idx];
3574     Insts.clear();
3575     Worklist.clear();
3576     Visited.clear();
3578     enqueueUsersInWorklist(*AI, Worklist, Visited);
3580     while (!Worklist.empty()) {
3581       Instruction *I = Worklist.pop_back_val();
3583       // FIXME: Currently the SSAUpdater infrastructure doesn't reason about
3584       // lifetime intrinsics and so we strip them (and the bitcasts+GEPs
3585       // leading to them) here. Eventually it should use them to optimize the
3586       // scalar values produced.
3587       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
3588         assert(II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
3589                II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end);
3590         II->eraseFromParent();
3591         continue;
3592       }
3594       // Push the loads and stores we find onto the list. SROA will already
3595       // have validated that all loads and stores are viable candidates for
3596       // promotion.
3597       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3598         assert(LI->getType() == AI->getAllocatedType());
3599         Insts.push_back(LI);
3600         continue;
3601       }
3602       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
3603         assert(SI->getValueOperand()->getType() == AI->getAllocatedType());
3604         Insts.push_back(SI);
3605         continue;
3606       }
3608       // For everything else, we know that only no-op bitcasts and GEPs will
3609       // make it this far, just recurse through them and recall them for later
3610       // removal.
3611       DeadInsts.push_back(I);
3612       enqueueUsersInWorklist(*I, Worklist, Visited);
3613     }
3614     AllocaPromoter(Insts, SSA, *AI, DIB).run(Insts);
3615     while (!DeadInsts.empty())
3616       DeadInsts.pop_back_val()->eraseFromParent();
3617     AI->eraseFromParent();
3618   }
3620   PromotableAllocas.clear();
3621   return true;
3624 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
3625   if (skipOptnoneFunction(F))
3626     return false;
3628   DEBUG(dbgs() << "SROA function: " << F.getName() << "\n");
3629   C = &F.getContext();
3630   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
3631   if (!DLP) {
3632     DEBUG(dbgs() << "  Skipping SROA -- no target data!\n");
3633     return false;
3634   }
3635   DL = &DLP->getDataLayout();
3636   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
3637       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
3638   DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
3639   AT = &getAnalysis<AssumptionTracker>();
3641   BasicBlock &EntryBB = F.getEntryBlock();
3642   for (BasicBlock::iterator I = EntryBB.begin(), E = std::prev(EntryBB.end());
3643        I != E; ++I)
3644     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))
3645       Worklist.insert(AI);
3647   bool Changed = false;
3648   // A set of deleted alloca instruction pointers which should be removed from
3649   // the list of promotable allocas.
3650   SmallPtrSet<AllocaInst *, 4> DeletedAllocas;
3652   do {
3653     while (!Worklist.empty()) {
3654       Changed |= runOnAlloca(*Worklist.pop_back_val());
3655       deleteDeadInstructions(DeletedAllocas);
3657       // Remove the deleted allocas from various lists so that we don't try to
3658       // continue processing them.
3659       if (!DeletedAllocas.empty()) {
3660         auto IsInSet = [&](AllocaInst *AI) {
3661           return DeletedAllocas.count(AI);
3662         };
3663         Worklist.remove_if(IsInSet);
3664         PostPromotionWorklist.remove_if(IsInSet);
3665         PromotableAllocas.erase(std::remove_if(PromotableAllocas.begin(),
3666                                                PromotableAllocas.end(),
3667                                                IsInSet),
3668                                 PromotableAllocas.end());
3669         DeletedAllocas.clear();
3670       }
3671     }
3673     Changed |= promoteAllocas(F);
3675     Worklist = PostPromotionWorklist;
3676     PostPromotionWorklist.clear();
3677   } while (!Worklist.empty());
3679   return Changed;
3682 void SROA::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3683   AU.addRequired<AssumptionTracker>();
3684   if (RequiresDomTree)
3685     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
3686   AU.setPreservesCFG();