]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/9.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/ScalarReplAggregates.cpp
MFC r234353:
[FreeBSD/stable/9.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / Scalar / ScalarReplAggregates.cpp
1 //===- ScalarReplAggregates.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 //
10 // This transformation implements the well known scalar replacement of
11 // aggregates transformation.  This xform breaks up alloca instructions of
12 // aggregate type (structure or array) into individual alloca instructions for
13 // each member (if possible).  Then, if possible, it transforms the individual
14 // alloca instructions into nice clean scalar SSA form.
15 //
16 // This combines a simple SRoA algorithm with the Mem2Reg algorithm because they
17 // often interact, especially for C++ programs.  As such, iterating between
18 // SRoA, then Mem2Reg until we run out of things to promote works well.
19 //
20 //===----------------------------------------------------------------------===//
21
22 #define DEBUG_TYPE "scalarrepl"
23 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
24 #include "llvm/Constants.h"
25 #include "llvm/DerivedTypes.h"
26 #include "llvm/Function.h"
27 #include "llvm/GlobalVariable.h"
28 #include "llvm/Instructions.h"
29 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
30 #include "llvm/LLVMContext.h"
31 #include "llvm/Module.h"
32 #include "llvm/Pass.h"
33 #include "llvm/Analysis/DebugInfo.h"
34 #include "llvm/Analysis/DIBuilder.h"
35 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
36 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
37 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
38 #include "llvm/Target/TargetData.h"
39 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
40 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
41 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
42 #include "llvm/Support/CallSite.h"
43 #include "llvm/Support/Debug.h"
44 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
45 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
46 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
47 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
48 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
49 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
50 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
51 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
52 using namespace llvm;
53
54 STATISTIC(NumReplaced,  "Number of allocas broken up");
55 STATISTIC(NumPromoted,  "Number of allocas promoted");
56 STATISTIC(NumAdjusted,  "Number of scalar allocas adjusted to allow promotion");
57 STATISTIC(NumConverted, "Number of aggregates converted to scalar");
58 STATISTIC(NumGlobals,   "Number of allocas copied from constant global");
59
60 namespace {
61   struct SROA : public FunctionPass {
62     SROA(int T, bool hasDT, char &ID)
63       : FunctionPass(ID), HasDomTree(hasDT) {
64       if (T == -1)
65         SRThreshold = 128;
66       else
67         SRThreshold = T;
68     }
69
70     bool runOnFunction(Function &F);
71
72     bool performScalarRepl(Function &F);
73     bool performPromotion(Function &F);
74
75   private:
76     bool HasDomTree;
77     TargetData *TD;
78
79     /// DeadInsts - Keep track of instructions we have made dead, so that
80     /// we can remove them after we are done working.
81     SmallVector<Value*, 32> DeadInsts;
82
83     /// AllocaInfo - When analyzing uses of an alloca instruction, this captures
84     /// information about the uses.  All these fields are initialized to false
85     /// and set to true when something is learned.
86     struct AllocaInfo {
87       /// The alloca to promote.
88       AllocaInst *AI;
89       
90       /// CheckedPHIs - This is a set of verified PHI nodes, to prevent infinite
91       /// looping and avoid redundant work.
92       SmallPtrSet<PHINode*, 8> CheckedPHIs;
93       
94       /// isUnsafe - This is set to true if the alloca cannot be SROA'd.
95       bool isUnsafe : 1;
96
97       /// isMemCpySrc - This is true if this aggregate is memcpy'd from.
98       bool isMemCpySrc : 1;
99
100       /// isMemCpyDst - This is true if this aggregate is memcpy'd into.
101       bool isMemCpyDst : 1;
102
103       /// hasSubelementAccess - This is true if a subelement of the alloca is
104       /// ever accessed, or false if the alloca is only accessed with mem
105       /// intrinsics or load/store that only access the entire alloca at once.
106       bool hasSubelementAccess : 1;
107       
108       /// hasALoadOrStore - This is true if there are any loads or stores to it.
109       /// The alloca may just be accessed with memcpy, for example, which would
110       /// not set this.
111       bool hasALoadOrStore : 1;
112       
113       explicit AllocaInfo(AllocaInst *ai)
114         : AI(ai), isUnsafe(false), isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false),
115           hasSubelementAccess(false), hasALoadOrStore(false) {}
116     };
117
118     unsigned SRThreshold;
119
120     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I, Instruction *User) {
121       I.isUnsafe = true;
122       DEBUG(dbgs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
123     }
124
125     bool isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI);
126
127     void isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset, AllocaInfo &Info);
128     void isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *User, uint64_t Offset,
129                                          AllocaInfo &Info);
130     void isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info);
131     void isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
132                          Type *MemOpType, bool isStore, AllocaInfo &Info,
133                          Instruction *TheAccess, bool AllowWholeAccess);
134     bool TypeHasComponent(Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size);
135     uint64_t FindElementAndOffset(Type *&T, uint64_t &Offset,
136                                   Type *&IdxTy);
137
138     void DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
139                              std::vector<AllocaInst*> &WorkList);
140     void DeleteDeadInstructions();
141
142     void RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
143                               SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
144     void RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
145                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
146     void RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
147                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
148     void RewriteLifetimeIntrinsic(IntrinsicInst *II, AllocaInst *AI,
149                                   uint64_t Offset,
150                                   SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
151     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
152                                       AllocaInst *AI,
153                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
154     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
155                                        SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
156     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
157                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
158
159     static MemTransferInst *isOnlyCopiedFromConstantGlobal(
160         AllocaInst *AI, SmallVector<Instruction*, 4> &ToDelete);
161   };
162   
163   // SROA_DT - SROA that uses DominatorTree.
164   struct SROA_DT : public SROA {
165     static char ID;
166   public:
167     SROA_DT(int T = -1) : SROA(T, true, ID) {
168       initializeSROA_DTPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
169     }
170     
171     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
172     // will not alter the CFG, so say so.
173     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
174       AU.addRequired<DominatorTree>();
175       AU.setPreservesCFG();
176     }
177   };
178   
179   // SROA_SSAUp - SROA that uses SSAUpdater.
180   struct SROA_SSAUp : public SROA {
181     static char ID;
182   public:
183     SROA_SSAUp(int T = -1) : SROA(T, false, ID) {
184       initializeSROA_SSAUpPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
185     }
186     
187     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
188     // will not alter the CFG, so say so.
189     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
190       AU.setPreservesCFG();
191     }
192   };
193   
194 }
195
196 char SROA_DT::ID = 0;
197 char SROA_SSAUp::ID = 0;
198
199 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_DT, "scalarrepl",
200                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
201 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
202 INITIALIZE_PASS_END(SROA_DT, "scalarrepl",
203                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
204
205 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
206                       "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
207 INITIALIZE_PASS_END(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
208                     "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
209
210 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
211 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(int Threshold,
212                                                    bool UseDomTree) {
213   if (UseDomTree)
214     return new SROA_DT(Threshold);
215   return new SROA_SSAUp(Threshold);
216 }
217
218
219 //===----------------------------------------------------------------------===//
220 // Convert To Scalar Optimization.
221 //===----------------------------------------------------------------------===//
222
223 namespace {
224 /// ConvertToScalarInfo - This class implements the "Convert To Scalar"
225 /// optimization, which scans the uses of an alloca and determines if it can
226 /// rewrite it in terms of a single new alloca that can be mem2reg'd.
227 class ConvertToScalarInfo {
228   /// AllocaSize - The size of the alloca being considered in bytes.
229   unsigned AllocaSize;
230   const TargetData &TD;
231
232   /// IsNotTrivial - This is set to true if there is some access to the object
233   /// which means that mem2reg can't promote it.
234   bool IsNotTrivial;
235
236   /// ScalarKind - Tracks the kind of alloca being considered for promotion,
237   /// computed based on the uses of the alloca rather than the LLVM type system.
238   enum {
239     Unknown,
240
241     // Accesses via GEPs that are consistent with element access of a vector
242     // type. This will not be converted into a vector unless there is a later
243     // access using an actual vector type.
244     ImplicitVector,
245
246     // Accesses via vector operations and GEPs that are consistent with the
247     // layout of a vector type.
248     Vector,
249
250     // An integer bag-of-bits with bitwise operations for insertion and
251     // extraction. Any combination of types can be converted into this kind
252     // of scalar.
253     Integer
254   } ScalarKind;
255
256   /// VectorTy - This tracks the type that we should promote the vector to if
257   /// it is possible to turn it into a vector.  This starts out null, and if it
258   /// isn't possible to turn into a vector type, it gets set to VoidTy.
259   VectorType *VectorTy;
260
261   /// HadNonMemTransferAccess - True if there is at least one access to the 
262   /// alloca that is not a MemTransferInst.  We don't want to turn structs into
263   /// large integers unless there is some potential for optimization.
264   bool HadNonMemTransferAccess;
265
266 public:
267   explicit ConvertToScalarInfo(unsigned Size, const TargetData &td)
268     : AllocaSize(Size), TD(td), IsNotTrivial(false), ScalarKind(Unknown),
269       VectorTy(0), HadNonMemTransferAccess(false) { }
270
271   AllocaInst *TryConvert(AllocaInst *AI);
272
273 private:
274   bool CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset);
275   void MergeInTypeForLoadOrStore(Type *In, uint64_t Offset);
276   bool MergeInVectorType(VectorType *VInTy, uint64_t Offset);
277   void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset);
278
279   Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, Type *ToType,
280                                     uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
281   Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
282                                    uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
283 };
284 } // end anonymous namespace.
285
286
287 /// TryConvert - Analyze the specified alloca, and if it is safe to do so,
288 /// rewrite it to be a new alloca which is mem2reg'able.  This returns the new
289 /// alloca if possible or null if not.
290 AllocaInst *ConvertToScalarInfo::TryConvert(AllocaInst *AI) {
291   // If we can't convert this scalar, or if mem2reg can trivially do it, bail
292   // out.
293   if (!CanConvertToScalar(AI, 0) || !IsNotTrivial)
294     return 0;
295
296   // If an alloca has only memset / memcpy uses, it may still have an Unknown
297   // ScalarKind. Treat it as an Integer below.
298   if (ScalarKind == Unknown)
299     ScalarKind = Integer;
300
301   if (ScalarKind == Vector && VectorTy->getBitWidth() != AllocaSize * 8)
302     ScalarKind = Integer;
303
304   // If we were able to find a vector type that can handle this with
305   // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
306   // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
307   // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
308   // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
309   // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
310   Type *NewTy;
311   if (ScalarKind == Vector) {
312     assert(VectorTy && "Missing type for vector scalar.");
313     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "\n  TYPE = "
314           << *VectorTy << '\n');
315     NewTy = VectorTy;  // Use the vector type.
316   } else {
317     unsigned BitWidth = AllocaSize * 8;
318     if ((ScalarKind == ImplicitVector || ScalarKind == Integer) &&
319         !HadNonMemTransferAccess && !TD.fitsInLegalInteger(BitWidth))
320       return 0;
321
322     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n");
323     // Create and insert the integer alloca.
324     NewTy = IntegerType::get(AI->getContext(), BitWidth);
325   }
326   AllocaInst *NewAI = new AllocaInst(NewTy, 0, "", AI->getParent()->begin());
327   ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
328   return NewAI;
329 }
330
331 /// MergeInTypeForLoadOrStore - Add the 'In' type to the accumulated vector type
332 /// (VectorTy) so far at the offset specified by Offset (which is specified in
333 /// bytes).
334 ///
335 /// There are two cases we handle here:
336 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
337 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
338 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
339 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
340 ///   2) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
341 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
342 ///      and stores would mutate the memory.  We mark this by setting VectorTy
343 ///      to VoidTy.
344 void ConvertToScalarInfo::MergeInTypeForLoadOrStore(Type *In,
345                                                     uint64_t Offset) {
346   // If we already decided to turn this into a blob of integer memory, there is
347   // nothing to be done.
348   if (ScalarKind == Integer)
349     return;
350
351   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
352
353   // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
354   // matches the existing VecTy.
355   if (VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
356     if (MergeInVectorType(VInTy, Offset))
357       return;
358   } else if (In->isFloatTy() || In->isDoubleTy() ||
359              (In->isIntegerTy() && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
360               isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
361     // Full width accesses can be ignored, because they can always be turned
362     // into bitcasts.
363     unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
364     if (EltSize == AllocaSize)
365       return;
366
367     // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
368     // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
369     // compatible with it.
370     if (Offset % EltSize == 0 && AllocaSize % EltSize == 0 &&
371         (!VectorTy || EltSize == VectorTy->getElementType()
372                                          ->getPrimitiveSizeInBits()/8)) {
373       if (!VectorTy) {
374         ScalarKind = ImplicitVector;
375         VectorTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
376       }
377       return;
378     }
379   }
380
381   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
382   // form.  We can still turn this into a large integer.
383   ScalarKind = Integer;
384 }
385
386 /// MergeInVectorType - Handles the vector case of MergeInTypeForLoadOrStore,
387 /// returning true if the type was successfully merged and false otherwise.
388 bool ConvertToScalarInfo::MergeInVectorType(VectorType *VInTy,
389                                             uint64_t Offset) {
390   if (VInTy->getBitWidth()/8 == AllocaSize && Offset == 0) {
391     // If we're storing/loading a vector of the right size, allow it as a
392     // vector.  If this the first vector we see, remember the type so that
393     // we know the element size. If this is a subsequent access, ignore it
394     // even if it is a differing type but the same size. Worst case we can
395     // bitcast the resultant vectors.
396     if (!VectorTy)
397       VectorTy = VInTy;
398     ScalarKind = Vector;
399     return true;
400   }
401
402   return false;
403 }
404
405 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
406 /// its accesses to a single vector type, return true and set VecTy to
407 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
408 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
409 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
410 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
411 ///
412 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
413 /// SawVec flag.
414 bool ConvertToScalarInfo::CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset) {
415   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
416     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
417
418     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
419       // Don't break volatile loads.
420       if (!LI->isSimple())
421         return false;
422       // Don't touch MMX operations.
423       if (LI->getType()->isX86_MMXTy())
424         return false;
425       HadNonMemTransferAccess = true;
426       MergeInTypeForLoadOrStore(LI->getType(), Offset);
427       continue;
428     }
429
430     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
431       // Storing the pointer, not into the value?
432       if (SI->getOperand(0) == V || !SI->isSimple()) return false;
433       // Don't touch MMX operations.
434       if (SI->getOperand(0)->getType()->isX86_MMXTy())
435         return false;
436       HadNonMemTransferAccess = true;
437       MergeInTypeForLoadOrStore(SI->getOperand(0)->getType(), Offset);
438       continue;
439     }
440
441     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
442       if (!onlyUsedByLifetimeMarkers(BCI))
443         IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
444       if (!CanConvertToScalar(BCI, Offset))
445         return false;
446       continue;
447     }
448
449     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
450       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
451       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
452         return false;
453
454       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
455       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
456       if (!GEP->getPointerOperandType()->isPointerTy())
457         return false;
458       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
459                                                Indices);
460       // See if all uses can be converted.
461       if (!CanConvertToScalar(GEP, Offset+GEPOffset))
462         return false;
463       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
464       HadNonMemTransferAccess = true;
465       continue;
466     }
467
468     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
469     // handle it.
470     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
471       // Store of constant value.
472       if (!isa<ConstantInt>(MSI->getValue()))
473         return false;
474
475       // Store of constant size.
476       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MSI->getLength());
477       if (!Len)
478         return false;
479
480       // If the size differs from the alloca, we can only convert the alloca to
481       // an integer bag-of-bits.
482       // FIXME: This should handle all of the cases that are currently accepted
483       // as vector element insertions.
484       if (Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
485         ScalarKind = Integer;
486
487       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
488       HadNonMemTransferAccess = true;
489       continue;
490     }
491
492     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
493     // can handle it like a load or store of the scalar type.
494     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
495       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength());
496       if (Len == 0 || Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
497         return false;
498
499       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
500       continue;
501     }
502
503     // If this is a lifetime intrinsic, we can handle it.
504     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
505       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
506           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
507         continue;
508       }
509     }
510
511     // Otherwise, we cannot handle this!
512     return false;
513   }
514
515   return true;
516 }
517
518 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
519 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
520 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
521 /// vector with insert/extractelement instructions.
522 ///
523 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
524 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
525 void ConvertToScalarInfo::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI,
526                                               uint64_t Offset) {
527   while (!Ptr->use_empty()) {
528     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
529
530     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
531       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset);
532       CI->eraseFromParent();
533       continue;
534     }
535
536     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
537       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
538       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
539       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
540                                                Indices);
541       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8);
542       GEP->eraseFromParent();
543       continue;
544     }
545
546     IRBuilder<> Builder(User);
547
548     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
549       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
550       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI);
551       Value *NewLoadVal
552         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset, Builder);
553       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
554       LI->eraseFromParent();
555       continue;
556     }
557
558     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
559       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
560       Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
561       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
562                                              Builder);
563       Builder.CreateStore(New, NewAI);
564       SI->eraseFromParent();
565
566       // If the load we just inserted is now dead, then the inserted store
567       // overwrote the entire thing.
568       if (Old->use_empty())
569         Old->eraseFromParent();
570       continue;
571     }
572
573     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
574     // transform it into a store of the expanded constant value.
575     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
576       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
577       int64_t SNumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getSExtValue();
578       if (SNumBytes > 0 && (SNumBytes >> 32) == 0) {
579         unsigned NumBytes = static_cast<unsigned>(SNumBytes);
580         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
581
582         // Compute the value replicated the right number of times.
583         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
584
585         // Splat the value if non-zero.
586         if (Val)
587           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
588             APVal |= APVal << 8;
589
590         Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
591         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
592                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
593                                                Old, Offset, Builder);
594         Builder.CreateStore(New, NewAI);
595
596         // If the load we just inserted is now dead, then the memset overwrote
597         // the entire thing.
598         if (Old->use_empty())
599           Old->eraseFromParent();
600       }
601       MSI->eraseFromParent();
602       continue;
603     }
604
605     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
606     // can handle it like a load or store of the scalar type.
607     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
608       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
609
610       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
611       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
612       // as appropriate.
613       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Ptr, &TD, 0));
614
615       if (GetUnderlyingObject(MTI->getSource(), &TD, 0) != OrigAI) {
616         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
617         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
618         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
619         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
620         PointerType* SPTy = cast<PointerType>(SrcPtr->getType());
621         PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
622         if (SPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
623           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
624                                    SPTy->getAddressSpace());
625         }
626         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, AIPTy);
627
628         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
629         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
630         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
631       } else if (GetUnderlyingObject(MTI->getDest(), &TD, 0) != OrigAI) {
632         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
633         // through the original dest pointer (bitcasted).
634         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
635         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
636
637         PointerType* DPTy = cast<PointerType>(MTI->getDest()->getType());
638         PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
639         if (DPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
640           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
641                                    DPTy->getAddressSpace());
642         }
643         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), AIPTy);
644
645         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
646         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
647       } else {
648         // Noop transfer. Src == Dst
649       }
650
651       MTI->eraseFromParent();
652       continue;
653     }
654
655     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
656       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
657           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
658         // There's no need to preserve these, as the resulting alloca will be
659         // converted to a register anyways.
660         II->eraseFromParent();
661         continue;
662       }
663     }
664
665     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
666   }
667 }
668
669 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
670 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
671 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
672 ///
673 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
674 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
675 /// insert/extractelement instructions.
676 ///
677 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
678 /// shifted to the right.
679 Value *ConvertToScalarInfo::
680 ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, Type *ToType,
681                            uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
682   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
683   Type *FromType = FromVal->getType();
684   if (FromType == ToType && Offset == 0)
685     return FromVal;
686
687   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
688   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
689   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromType)) {
690     unsigned FromTypeSize = TD.getTypeAllocSize(FromType);
691     unsigned ToTypeSize = TD.getTypeAllocSize(ToType);
692     if (FromTypeSize == ToTypeSize)
693         return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType);
694
695     // Otherwise it must be an element access.
696     unsigned Elt = 0;
697     if (Offset) {
698       unsigned EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
699       Elt = Offset/EltSize;
700       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
701     }
702     // Return the element extracted out of it.
703     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, Builder.getInt32(Elt));
704     if (V->getType() != ToType)
705       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType);
706     return V;
707   }
708
709   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
710   // use insertvalue's to form the FCA.
711   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
712     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
713     Value *Res = UndefValue::get(ST);
714     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
715       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
716                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
717                                               Builder);
718       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i);
719     }
720     return Res;
721   }
722
723   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
724     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
725     Value *Res = UndefValue::get(AT);
726     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
727       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
728                                               Offset+i*EltSize, Builder);
729       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i);
730     }
731     return Res;
732   }
733
734   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
735   IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
736
737   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
738   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
739   int ShAmt = 0;
740   if (TD.isBigEndian()) {
741     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
742     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
743     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
744     ShAmt = TD.getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
745             TD.getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
746   } else {
747     ShAmt = Offset;
748   }
749
750   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
751   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
752   // only some bits are used.
753   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
754     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
755                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(), ShAmt));
756   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
757     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal,
758                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(), -ShAmt));
759
760   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
761   unsigned LIBitWidth = TD.getTypeSizeInBits(ToType);
762   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
763     FromVal =
764       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
765                                                     LIBitWidth));
766   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
767     FromVal =
768        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
769                                                     LIBitWidth));
770
771   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
772   if (ToType->isIntegerTy()) {
773     // Should be done.
774   } else if (ToType->isFloatingPointTy() || ToType->isVectorTy()) {
775     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
776     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType);
777   } else {
778     // Otherwise must be a pointer.
779     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType);
780   }
781   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
782   return FromVal;
783 }
784
785 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
786 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
787 ///
788 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
789 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
790 /// vector with insert/extractelement instructions.
791 ///
792 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
793 /// shifted to the right.
794 Value *ConvertToScalarInfo::
795 ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
796                           uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
797   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
798   // then 'or' into place.
799   Type *AllocaType = Old->getType();
800   LLVMContext &Context = Old->getContext();
801
802   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
803     uint64_t VecSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy);
804     uint64_t ValSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
805
806     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
807     // vector type?
808     if (ValSize == VecSize)
809         return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType);
810
811     // Must be an element insertion.
812     Type *EltTy = VTy->getElementType();
813     if (SV->getType() != EltTy)
814       SV = Builder.CreateBitCast(SV, EltTy);
815     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(EltTy);
816     unsigned Elt = Offset/EltSize;
817     return Builder.CreateInsertElement(Old, SV, Builder.getInt32(Elt));
818   }
819
820   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
821   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
822     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
823     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
824       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i);
825       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old,
826                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
827                                       Builder);
828     }
829     return Old;
830   }
831
832   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
833     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
834     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
835       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i);
836       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, Builder);
837     }
838     return Old;
839   }
840
841   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
842   // If it is a pointer, do the same.
843   unsigned SrcWidth = TD.getTypeSizeInBits(SV->getType());
844   unsigned DestWidth = TD.getTypeSizeInBits(AllocaType);
845   unsigned SrcStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
846   unsigned DestStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
847   if (SV->getType()->isFloatingPointTy() || SV->getType()->isVectorTy())
848     SV = Builder.CreateBitCast(SV, IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth));
849   else if (SV->getType()->isPointerTy())
850     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, TD.getIntPtrType(SV->getContext()));
851
852   // Zero extend or truncate the value if needed.
853   if (SV->getType() != AllocaType) {
854     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
855              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
856       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType);
857     else {
858       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
859       // (undefined behavior).
860       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType);
861       SrcWidth = DestWidth;
862       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
863     }
864   }
865
866   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
867   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
868   int ShAmt = 0;
869   if (TD.isBigEndian()) {
870     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
871     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
872     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
873     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
874   } else {
875     ShAmt = Offset;
876   }
877
878   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
879   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
880   // only some bits in the structure are set.
881   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
882   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
883     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(), ShAmt));
884     Mask <<= ShAmt;
885   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
886     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(), -ShAmt));
887     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
888   }
889
890   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
891   // in the new bits.
892   if (SrcWidth != DestWidth) {
893     assert(DestWidth > SrcWidth);
894     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
895     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
896   }
897   return SV;
898 }
899
900
901 //===----------------------------------------------------------------------===//
902 // SRoA Driver
903 //===----------------------------------------------------------------------===//
904
905
906 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
907   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
908
909   bool Changed = performPromotion(F);
910
911   // FIXME: ScalarRepl currently depends on TargetData more than it
912   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
913   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
914   // scalar-replacement portion of this pass.
915   if (!TD) return Changed;
916
917   while (1) {
918     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
919     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
920     Changed = true;
921     LocalChange = performPromotion(F);
922     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
923   }
924
925   return Changed;
926 }
927
928 namespace {
929 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
930   AllocaInst *AI;
931   DIBuilder *DIB;
932   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
933   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
934 public:
935   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
936                  DIBuilder *DB)
937     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(0), DIB(DB) {}
938   
939   void run(AllocaInst *AI, const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
940     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
941     this->AI = AI;
942     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI->getContext(), AI)) {
943       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
944              E = DebugNode->use_end(); UI != E; ++UI)
945         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
946           DDIs.push_back(DDI);
947         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
948           DVIs.push_back(DVI);
949     }
950
951     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
952     AI->eraseFromParent();
953     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::iterator I = DDIs.begin(), 
954            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
955       DbgDeclareInst *DDI = *I;
956       DDI->eraseFromParent();
957     }
958     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::iterator I = DVIs.begin(), 
959            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
960       DbgValueInst *DVI = *I;
961       DVI->eraseFromParent();
962     }
963   }
964   
965   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
966                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
967     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
968       return LI->getOperand(0) == AI;
969     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == AI;
970   }
971
972   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
973     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::const_iterator I = DDIs.begin(), 
974            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
975       DbgDeclareInst *DDI = *I;
976       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
977         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, *DIB);
978       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
979         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, *DIB);
980     }
981     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::const_iterator I = DVIs.begin(), 
982            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
983       DbgValueInst *DVI = *I;
984       Value *Arg = NULL;
985       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
986         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
987         // may be zapped by an optimization pass in future.
988         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
989           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
990         if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
991           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
992         if (!Arg)
993           Arg = SI->getOperand(0);
994       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
995         Arg = LI->getOperand(0);
996       } else {
997         continue;
998       }
999       Instruction *DbgVal =
1000         DIB->insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
1001                                      Inst);
1002       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1003     }
1004   }
1005 };
1006 } // end anon namespace
1007
1008 /// isSafeSelectToSpeculate - Select instructions that use an alloca and are
1009 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers and then
1010 /// select between the result, allowing the load of the alloca to be promoted.
1011 /// From this:
1012 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1013 ///   %V = load i32* %P2
1014 /// to:
1015 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1016 ///   %V2 = load i32* %Other
1017 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1018 ///
1019 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1020 /// the select can be loaded unconditionally.
1021 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst *SI, const TargetData *TD) {
1022   bool TDerefable = SI->getTrueValue()->isDereferenceablePointer();
1023   bool FDerefable = SI->getFalseValue()->isDereferenceablePointer();
1024   
1025   for (Value::use_iterator UI = SI->use_begin(), UE = SI->use_end();
1026        UI != UE; ++UI) {
1027     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1028     if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1029     
1030     // Both operands to the select need to be dereferencable, either absolutely
1031     // (e.g. allocas) or at this point because we can see other accesses to it.
1032     if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getTrueValue(), LI,
1033                                                     LI->getAlignment(), TD))
1034       return false;
1035     if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getFalseValue(), LI,
1036                                                     LI->getAlignment(), TD))
1037       return false;
1038   }
1039   
1040   return true;
1041 }
1042
1043 /// isSafePHIToSpeculate - PHI instructions that use an alloca and are
1044 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers in the pred
1045 /// blocks and then PHI the results, allowing the load of the alloca to be
1046 /// promoted.
1047 /// From this:
1048 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1049 ///   %V = load i32* %P2
1050 /// to:
1051 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1052 ///   ...
1053 ///   %V2 = load i32* %Other
1054 ///   ...
1055 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1056 ///
1057 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1058 /// the select can be loaded unconditionally.
1059 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode *PN, const TargetData *TD) {
1060   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block as
1061   // the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1062   // TODO: Allow recursive phi users.
1063   // TODO: Allow stores.
1064   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1065   unsigned MaxAlign = 0;
1066   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), UE = PN->use_end();
1067        UI != UE; ++UI) {
1068     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1069     if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1070     
1071     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is a
1072     // common case that happens when instcombine merges two loads through a PHI.
1073     if (LI->getParent() != BB) return false;
1074     
1075     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1076     // could store.
1077     for (BasicBlock::iterator BBI = PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1078       if (BBI->mayWriteToMemory())
1079         return false;
1080     
1081     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1082   }
1083   
1084   // Okay, we know that we have one or more loads in the same block as the PHI.
1085   // We can transform this if it is safe to push the loads into the predecessor
1086   // blocks.  The only thing to watch out for is that we can't put a possibly
1087   // trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1088   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1089     BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1090     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1091
1092     // If the terminator of the predecessor has side-effects (an invoke),
1093     // there is no safe place to put a load in the predecessor.
1094     if (Pred->getTerminator()->mayHaveSideEffects())
1095       return false;
1096
1097     // If the value is produced by the terminator of the predecessor
1098     // (an invoke), there is no valid place to put a load in the predecessor.
1099     if (Pred->getTerminator() == InVal)
1100       return false;
1101
1102     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't critical.
1103     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1)
1104       continue;
1105
1106     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there is
1107     // already a load in the block, then we can move the load to the pred block.
1108     if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1109         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, Pred->getTerminator(), MaxAlign, TD))
1110       continue;
1111     
1112     return false;
1113   }
1114     
1115   return true;
1116 }
1117
1118
1119 /// tryToMakeAllocaBePromotable - This returns true if the alloca only has
1120 /// direct (non-volatile) loads and stores to it.  If the alloca is close but
1121 /// not quite there, this will transform the code to allow promotion.  As such,
1122 /// it is a non-pure predicate.
1123 static bool tryToMakeAllocaBePromotable(AllocaInst *AI, const TargetData *TD) {
1124   SetVector<Instruction*, SmallVector<Instruction*, 4>,
1125             SmallPtrSet<Instruction*, 4> > InstsToRewrite;
1126   
1127   for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
1128        UI != UE; ++UI) {
1129     User *U = *UI;
1130     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
1131       if (!LI->isSimple())
1132         return false;
1133       continue;
1134     }
1135     
1136     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1137       if (SI->getOperand(0) == AI || !SI->isSimple())
1138         return false;   // Don't allow a store OF the AI, only INTO the AI.
1139       continue;
1140     }
1141
1142     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(U)) {
1143       // If the condition being selected on is a constant, fold the select, yes
1144       // this does (rarely) happen early on.
1145       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
1146         Value *Result = SI->getOperand(1+CI->isZero());
1147         SI->replaceAllUsesWith(Result);
1148         SI->eraseFromParent();
1149         
1150         // This is very rare and we just scrambled the use list of AI, start
1151         // over completely.
1152         return tryToMakeAllocaBePromotable(AI, TD);
1153       }
1154
1155       // If it is safe to turn "load (select c, AI, ptr)" into a select of two
1156       // loads, then we can transform this by rewriting the select.
1157       if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, TD))
1158         return false;
1159       
1160       InstsToRewrite.insert(SI);
1161       continue;
1162     }
1163     
1164     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1165       if (PN->use_empty()) {  // Dead PHIs can be stripped.
1166         InstsToRewrite.insert(PN);
1167         continue;
1168       }
1169       
1170       // If it is safe to turn "load (phi [AI, ptr, ...])" into a PHI of loads
1171       // in the pred blocks, then we can transform this by rewriting the PHI.
1172       if (!isSafePHIToSpeculate(PN, TD))
1173         return false;
1174       
1175       InstsToRewrite.insert(PN);
1176       continue;
1177     }
1178     
1179     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
1180       if (onlyUsedByLifetimeMarkers(BCI)) {
1181         InstsToRewrite.insert(BCI);
1182         continue;
1183       }
1184     }
1185     
1186     return false;
1187   }
1188
1189   // If there are no instructions to rewrite, then all uses are load/stores and
1190   // we're done!
1191   if (InstsToRewrite.empty())
1192     return true;
1193   
1194   // If we have instructions that need to be rewritten for this to be promotable
1195   // take care of it now.
1196   for (unsigned i = 0, e = InstsToRewrite.size(); i != e; ++i) {
1197     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(InstsToRewrite[i])) {
1198       // This could only be a bitcast used by nothing but lifetime intrinsics.
1199       for (BitCastInst::use_iterator I = BCI->use_begin(), E = BCI->use_end();
1200            I != E;) {
1201         Use &U = I.getUse();
1202         ++I;
1203         cast<Instruction>(U.getUser())->eraseFromParent();
1204       }
1205       BCI->eraseFromParent();
1206       continue;
1207     }
1208
1209     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(InstsToRewrite[i])) {
1210       // Selects in InstsToRewrite only have load uses.  Rewrite each as two
1211       // loads with a new select.
1212       while (!SI->use_empty()) {
1213         LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI->use_back());
1214       
1215         IRBuilder<> Builder(LI);
1216         LoadInst *TrueLoad = 
1217           Builder.CreateLoad(SI->getTrueValue(), LI->getName()+".t");
1218         LoadInst *FalseLoad = 
1219           Builder.CreateLoad(SI->getFalseValue(), LI->getName()+".f");
1220         
1221         // Transfer alignment and TBAA info if present.
1222         TrueLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1223         FalseLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1224         if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1225           TrueLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1226           FalseLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1227         }
1228         
1229         Value *V = Builder.CreateSelect(SI->getCondition(), TrueLoad, FalseLoad);
1230         V->takeName(LI);
1231         LI->replaceAllUsesWith(V);
1232         LI->eraseFromParent();
1233       }
1234     
1235       // Now that all the loads are gone, the select is gone too.
1236       SI->eraseFromParent();
1237       continue;
1238     }
1239     
1240     // Otherwise, we have a PHI node which allows us to push the loads into the
1241     // predecessors.
1242     PHINode *PN = cast<PHINode>(InstsToRewrite[i]);
1243     if (PN->use_empty()) {
1244       PN->eraseFromParent();
1245       continue;
1246     }
1247     
1248     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN->getType())->getElementType();
1249     PHINode *NewPN = PHINode::Create(LoadTy, PN->getNumIncomingValues(),
1250                                      PN->getName()+".ld", PN);
1251
1252     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1253     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1254     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN->use_back());
1255     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1256     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1257     
1258     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1259     while (!PN->use_empty()) {
1260       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN->use_back());
1261       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1262       LI->eraseFromParent();
1263     }
1264     
1265     // Inject loads into all of the pred blocks.  Keep track of which blocks we
1266     // insert them into in case we have multiple edges from the same block.
1267     DenseMap<BasicBlock*, LoadInst*> InsertedLoads;
1268     
1269     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1270       BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1271       LoadInst *&Load = InsertedLoads[Pred];
1272       if (Load == 0) {
1273         Load = new LoadInst(PN->getIncomingValue(i),
1274                             PN->getName() + "." + Pred->getName(),
1275                             Pred->getTerminator());
1276         Load->setAlignment(Align);
1277         if (TBAATag) Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1278       }
1279       
1280       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1281     }
1282     
1283     PN->eraseFromParent();
1284   }
1285     
1286   ++NumAdjusted;
1287   return true;
1288 }
1289
1290 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
1291   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
1292   DominatorTree *DT = 0;
1293   if (HasDomTree)
1294     DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1295
1296   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
1297   DIBuilder DIB(*F.getParent());
1298   bool Changed = false;
1299   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
1300   while (1) {
1301     Allocas.clear();
1302
1303     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
1304     // the entry node
1305     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
1306       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
1307         if (tryToMakeAllocaBePromotable(AI, TD))
1308           Allocas.push_back(AI);
1309
1310     if (Allocas.empty()) break;
1311
1312     if (HasDomTree)
1313       PromoteMemToReg(Allocas, *DT);
1314     else {
1315       SSAUpdater SSA;
1316       for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i) {
1317         AllocaInst *AI = Allocas[i];
1318         
1319         // Build list of instructions to promote.
1320         for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), E = AI->use_end();
1321              UI != E; ++UI)
1322           Insts.push_back(cast<Instruction>(*UI));
1323         AllocaPromoter(Insts, SSA, &DIB).run(AI, Insts);
1324         Insts.clear();
1325       }
1326     }
1327     NumPromoted += Allocas.size();
1328     Changed = true;
1329   }
1330
1331   return Changed;
1332 }
1333
1334
1335 /// ShouldAttemptScalarRepl - Decide if an alloca is a good candidate for
1336 /// SROA.  It must be a struct or array type with a small number of elements.
1337 static bool ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI) {
1338   Type *T = AI->getAllocatedType();
1339   // Do not promote any struct into more than 32 separate vars.
1340   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
1341     return ST->getNumElements() <= 32;
1342   // Arrays are much less likely to be safe for SROA; only consider
1343   // them if they are very small.
1344   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T))
1345     return AT->getNumElements() <= 8;
1346   return false;
1347 }
1348
1349
1350 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
1351 // which runs on all of the alloca instructions in the function, removing them
1352 // if they are only used by getelementptr instructions.
1353 //
1354 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
1355   std::vector<AllocaInst*> WorkList;
1356
1357   // Scan the entry basic block, adding allocas to the worklist.
1358   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
1359   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
1360     if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(I))
1361       WorkList.push_back(A);
1362
1363   // Process the worklist
1364   bool Changed = false;
1365   while (!WorkList.empty()) {
1366     AllocaInst *AI = WorkList.back();
1367     WorkList.pop_back();
1368
1369     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
1370     // with unused elements.
1371     if (AI->use_empty()) {
1372       AI->eraseFromParent();
1373       Changed = true;
1374       continue;
1375     }
1376
1377     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
1378     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
1379       continue;
1380
1381     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
1382     // a constant global.  If this is the case, we can change all users to use
1383     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
1384     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
1385     // is only subsequently read.
1386     SmallVector<Instruction *, 4> ToDelete;
1387     if (MemTransferInst *Copy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, ToDelete)) {
1388       DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << *AI << '\n');
1389       DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *Copy << '\n');
1390       for (unsigned i = 0, e = ToDelete.size(); i != e; ++i)
1391         ToDelete[i]->eraseFromParent();
1392       Constant *TheSrc = cast<Constant>(Copy->getSource());
1393       AI->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(TheSrc, AI->getType()));
1394       Copy->eraseFromParent();  // Don't mutate the global.
1395       AI->eraseFromParent();
1396       ++NumGlobals;
1397       Changed = true;
1398       continue;
1399     }
1400
1401     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
1402     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
1403     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
1404     // value cannot be decomposed at all.
1405     uint64_t AllocaSize = TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
1406
1407     // Do not promote [0 x %struct].
1408     if (AllocaSize == 0) continue;
1409
1410     // Do not promote any struct whose size is too big.
1411     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
1412
1413     // If the alloca looks like a good candidate for scalar replacement, and if
1414     // all its users can be transformed, then split up the aggregate into its
1415     // separate elements.
1416     if (ShouldAttemptScalarRepl(AI) && isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
1417       DoScalarReplacement(AI, WorkList);
1418       Changed = true;
1419       continue;
1420     }
1421
1422     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
1423     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
1424     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
1425     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
1426     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
1427     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
1428     if (AllocaInst *NewAI =
1429           ConvertToScalarInfo((unsigned)AllocaSize, *TD).TryConvert(AI)) {
1430       NewAI->takeName(AI);
1431       AI->eraseFromParent();
1432       ++NumConverted;
1433       Changed = true;
1434       continue;
1435     }
1436
1437     // Otherwise, couldn't process this alloca.
1438   }
1439
1440   return Changed;
1441 }
1442
1443 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
1444 /// predicate, do SROA now.
1445 void SROA::DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
1446                                std::vector<AllocaInst*> &WorkList) {
1447   DEBUG(dbgs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
1448   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
1449   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
1450     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
1451     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
1452       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0,
1453                                       AI->getAlignment(),
1454                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1455       ElementAllocas.push_back(NA);
1456       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1457     }
1458   } else {
1459     ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
1460     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
1461     Type *ElTy = AT->getElementType();
1462     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1463       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, AI->getAlignment(),
1464                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1465       ElementAllocas.push_back(NA);
1466       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1467     }
1468   }
1469
1470   // Now that we have created the new alloca instructions, rewrite all the
1471   // uses of the old alloca.
1472   RewriteForScalarRepl(AI, AI, 0, ElementAllocas);
1473
1474   // Now erase any instructions that were made dead while rewriting the alloca.
1475   DeleteDeadInstructions();
1476   AI->eraseFromParent();
1477
1478   ++NumReplaced;
1479 }
1480
1481 /// DeleteDeadInstructions - Erase instructions on the DeadInstrs list,
1482 /// recursively including all their operands that become trivially dead.
1483 void SROA::DeleteDeadInstructions() {
1484   while (!DeadInsts.empty()) {
1485     Instruction *I = cast<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
1486
1487     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
1488       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
1489         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
1490         // (But, don't add allocas to the dead instruction list -- they are
1491         // already on the worklist and will be deleted separately.)
1492         *OI = 0;
1493         if (isInstructionTriviallyDead(U) && !isa<AllocaInst>(U))
1494           DeadInsts.push_back(U);
1495       }
1496
1497     I->eraseFromParent();
1498   }
1499 }
1500
1501 /// isSafeForScalarRepl - Check if instruction I is a safe use with regard to
1502 /// performing scalar replacement of alloca AI.  The results are flagged in
1503 /// the Info parameter.  Offset indicates the position within AI that is
1504 /// referenced by this instruction.
1505 void SROA::isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1506                                AllocaInfo &Info) {
1507   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1508     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1509
1510     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1511       isSafeForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1512     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1513       uint64_t GEPOffset = Offset;
1514       isSafeGEP(GEPI, GEPOffset, Info);
1515       if (!Info.isUnsafe)
1516         isSafeForScalarRepl(GEPI, GEPOffset, Info);
1517     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1518       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1519       if (Length == 0)
1520         return MarkUnsafe(Info, User);
1521       if (Length->isNegative())
1522         return MarkUnsafe(Info, User);
1523
1524       isSafeMemAccess(Offset, Length->getZExtValue(), 0,
1525                       UI.getOperandNo() == 0, Info, MI,
1526                       true /*AllowWholeAccess*/);
1527     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1528       if (!LI->isSimple())
1529         return MarkUnsafe(Info, User);
1530       Type *LIType = LI->getType();
1531       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1532                       LIType, false, Info, LI, true /*AllowWholeAccess*/);
1533       Info.hasALoadOrStore = true;
1534         
1535     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1536       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1537       if (!SI->isSimple() || SI->getOperand(0) == I)
1538         return MarkUnsafe(Info, User);
1539         
1540       Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1541       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1542                       SIType, true, Info, SI, true /*AllowWholeAccess*/);
1543       Info.hasALoadOrStore = true;
1544     } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
1545       if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1546           II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1547         return MarkUnsafe(Info, User);
1548     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1549       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1550     } else {
1551       return MarkUnsafe(Info, User);
1552     }
1553     if (Info.isUnsafe) return;
1554   }
1555 }
1556  
1557
1558 /// isSafePHIUseForScalarRepl - If we see a PHI node or select using a pointer
1559 /// derived from the alloca, we can often still split the alloca into elements.
1560 /// This is useful if we have a large alloca where one element is phi'd
1561 /// together somewhere: we can SRoA and promote all the other elements even if
1562 /// we end up not being able to promote this one.
1563 ///
1564 /// All we require is that the uses of the PHI do not index into other parts of
1565 /// the alloca.  The most important use case for this is single load and stores
1566 /// that are PHI'd together, which can happen due to code sinking.
1567 void SROA::isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1568                                            AllocaInfo &Info) {
1569   // If we've already checked this PHI, don't do it again.
1570   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1571     if (!Info.CheckedPHIs.insert(PN))
1572       return;
1573   
1574   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1575     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1576     
1577     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1578       isSafePHISelectUseForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1579     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1580       // Only allow "bitcast" GEPs for simplicity.  We could generalize this,
1581       // but would have to prove that we're staying inside of an element being
1582       // promoted.
1583       if (!GEPI->hasAllZeroIndices())
1584         return MarkUnsafe(Info, User);
1585       isSafePHISelectUseForScalarRepl(GEPI, Offset, Info);
1586     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1587       if (!LI->isSimple())
1588         return MarkUnsafe(Info, User);
1589       Type *LIType = LI->getType();
1590       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1591                       LIType, false, Info, LI, false /*AllowWholeAccess*/);
1592       Info.hasALoadOrStore = true;
1593       
1594     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1595       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1596       if (!SI->isSimple() || SI->getOperand(0) == I)
1597         return MarkUnsafe(Info, User);
1598       
1599       Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1600       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1601                       SIType, true, Info, SI, false /*AllowWholeAccess*/);
1602       Info.hasALoadOrStore = true;
1603     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1604       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1605     } else {
1606       return MarkUnsafe(Info, User);
1607     }
1608     if (Info.isUnsafe) return;
1609   }
1610 }
1611
1612 /// isSafeGEP - Check if a GEP instruction can be handled for scalar
1613 /// replacement.  It is safe when all the indices are constant, in-bounds
1614 /// references, and when the resulting offset corresponds to an element within
1615 /// the alloca type.  The results are flagged in the Info parameter.  Upon
1616 /// return, Offset is adjusted as specified by the GEP indices.
1617 void SROA::isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI,
1618                      uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info) {
1619   gep_type_iterator GEPIt = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
1620   if (GEPIt == E)
1621     return;
1622
1623   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
1624   // into.
1625   for (; GEPIt != E; ++GEPIt) {
1626     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
1627     if ((*GEPIt)->isStructTy())
1628       continue;
1629
1630     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand());
1631     if (!IdxVal)
1632       return MarkUnsafe(Info, GEPI);
1633   }
1634
1635   // Compute the offset due to this GEP and check if the alloca has a
1636   // component element at that offset.
1637   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1638   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(), Indices);
1639   if (!TypeHasComponent(Info.AI->getAllocatedType(), Offset, 0))
1640     MarkUnsafe(Info, GEPI);
1641 }
1642
1643 /// isHomogeneousAggregate - Check if type T is a struct or array containing
1644 /// elements of the same type (which is always true for arrays).  If so,
1645 /// return true with NumElts and EltTy set to the number of elements and the
1646 /// element type, respectively.
1647 static bool isHomogeneousAggregate(Type *T, unsigned &NumElts,
1648                                    Type *&EltTy) {
1649   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1650     NumElts = AT->getNumElements();
1651     EltTy = (NumElts == 0 ? 0 : AT->getElementType());
1652     return true;
1653   }
1654   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1655     NumElts = ST->getNumContainedTypes();
1656     EltTy = (NumElts == 0 ? 0 : ST->getContainedType(0));
1657     for (unsigned n = 1; n < NumElts; ++n) {
1658       if (ST->getContainedType(n) != EltTy)
1659         return false;
1660     }
1661     return true;
1662   }
1663   return false;
1664 }
1665
1666 /// isCompatibleAggregate - Check if T1 and T2 are either the same type or are
1667 /// "homogeneous" aggregates with the same element type and number of elements.
1668 static bool isCompatibleAggregate(Type *T1, Type *T2) {
1669   if (T1 == T2)
1670     return true;
1671
1672   unsigned NumElts1, NumElts2;
1673   Type *EltTy1, *EltTy2;
1674   if (isHomogeneousAggregate(T1, NumElts1, EltTy1) &&
1675       isHomogeneousAggregate(T2, NumElts2, EltTy2) &&
1676       NumElts1 == NumElts2 &&
1677       EltTy1 == EltTy2)
1678     return true;
1679
1680   return false;
1681 }
1682
1683 /// isSafeMemAccess - Check if a load/store/memcpy operates on the entire AI
1684 /// alloca or has an offset and size that corresponds to a component element
1685 /// within it.  The offset checked here may have been formed from a GEP with a
1686 /// pointer bitcasted to a different type.
1687 ///
1688 /// If AllowWholeAccess is true, then this allows uses of the entire alloca as a
1689 /// unit.  If false, it only allows accesses known to be in a single element.
1690 void SROA::isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
1691                            Type *MemOpType, bool isStore,
1692                            AllocaInfo &Info, Instruction *TheAccess,
1693                            bool AllowWholeAccess) {
1694   // Check if this is a load/store of the entire alloca.
1695   if (Offset == 0 && AllowWholeAccess &&
1696       MemSize == TD->getTypeAllocSize(Info.AI->getAllocatedType())) {
1697     // This can be safe for MemIntrinsics (where MemOpType is 0) and integer
1698     // loads/stores (which are essentially the same as the MemIntrinsics with
1699     // regard to copying padding between elements).  But, if an alloca is
1700     // flagged as both a source and destination of such operations, we'll need
1701     // to check later for padding between elements.
1702     if (!MemOpType || MemOpType->isIntegerTy()) {
1703       if (isStore)
1704         Info.isMemCpyDst = true;
1705       else
1706         Info.isMemCpySrc = true;
1707       return;
1708     }
1709     // This is also safe for references using a type that is compatible with
1710     // the type of the alloca, so that loads/stores can be rewritten using
1711     // insertvalue/extractvalue.
1712     if (isCompatibleAggregate(MemOpType, Info.AI->getAllocatedType())) {
1713       Info.hasSubelementAccess = true;
1714       return;
1715     }
1716   }
1717   // Check if the offset/size correspond to a component within the alloca type.
1718   Type *T = Info.AI->getAllocatedType();
1719   if (TypeHasComponent(T, Offset, MemSize)) {
1720     Info.hasSubelementAccess = true;
1721     return;
1722   }
1723
1724   return MarkUnsafe(Info, TheAccess);
1725 }
1726
1727 /// TypeHasComponent - Return true if T has a component type with the
1728 /// specified offset and size.  If Size is zero, do not check the size.
1729 bool SROA::TypeHasComponent(Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
1730   Type *EltTy;
1731   uint64_t EltSize;
1732   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1733     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1734     unsigned EltIdx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1735     EltTy = ST->getContainedType(EltIdx);
1736     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1737     Offset -= Layout->getElementOffset(EltIdx);
1738   } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1739     EltTy = AT->getElementType();
1740     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1741     if (Offset >= AT->getNumElements() * EltSize)
1742       return false;
1743     Offset %= EltSize;
1744   } else {
1745     return false;
1746   }
1747   if (Offset == 0 && (Size == 0 || EltSize == Size))
1748     return true;
1749   // Check if the component spans multiple elements.
1750   if (Offset + Size > EltSize)
1751     return false;
1752   return TypeHasComponent(EltTy, Offset, Size);
1753 }
1754
1755 /// RewriteForScalarRepl - Alloca AI is being split into NewElts, so rewrite
1756 /// the instruction I, which references it, to use the separate elements.
1757 /// Offset indicates the position within AI that is referenced by this
1758 /// instruction.
1759 void SROA::RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1760                                 SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1761   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E;) {
1762     Use &TheUse = UI.getUse();
1763     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1764
1765     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1766       RewriteBitCast(BC, AI, Offset, NewElts);
1767       continue;
1768     }
1769     
1770     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1771       RewriteGEP(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1772       continue;
1773     }
1774     
1775     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1776       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1777       uint64_t MemSize = Length->getZExtValue();
1778       if (Offset == 0 &&
1779           MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()))
1780         RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, I, AI, NewElts);
1781       // Otherwise the intrinsic can only touch a single element and the
1782       // address operand will be updated, so nothing else needs to be done.
1783       continue;
1784     }
1785
1786     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
1787       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
1788           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
1789         RewriteLifetimeIntrinsic(II, AI, Offset, NewElts);
1790       }
1791       continue;
1792     }
1793     
1794     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1795       Type *LIType = LI->getType();
1796       
1797       if (isCompatibleAggregate(LIType, AI->getAllocatedType())) {
1798         // Replace:
1799         //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
1800         // with:
1801         //   %load.0 = load i32* %alloc.0
1802         //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
1803         //   %load.1 = load i32* %alloc.1
1804         //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
1805         // (Also works for arrays instead of structs)
1806         Value *Insert = UndefValue::get(LIType);
1807         IRBuilder<> Builder(LI);
1808         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1809           Value *Load = Builder.CreateLoad(NewElts[i], "load");
1810           Insert = Builder.CreateInsertValue(Insert, Load, i, "insert");
1811         }
1812         LI->replaceAllUsesWith(Insert);
1813         DeadInsts.push_back(LI);
1814       } else if (LIType->isIntegerTy() &&
1815                  TD->getTypeAllocSize(LIType) ==
1816                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1817         // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
1818         RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
1819       }
1820       continue;
1821     }
1822     
1823     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1824       Value *Val = SI->getOperand(0);
1825       Type *SIType = Val->getType();
1826       if (isCompatibleAggregate(SIType, AI->getAllocatedType())) {
1827         // Replace:
1828         //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
1829         // with:
1830         //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
1831         //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
1832         //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
1833         //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
1834         // (Also works for arrays instead of structs)
1835         IRBuilder<> Builder(SI);
1836         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1837           Value *Extract = Builder.CreateExtractValue(Val, i, Val->getName());
1838           Builder.CreateStore(Extract, NewElts[i]);
1839         }
1840         DeadInsts.push_back(SI);
1841       } else if (SIType->isIntegerTy() &&
1842                  TD->getTypeAllocSize(SIType) ==
1843                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1844         // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
1845         RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
1846       }
1847       continue;
1848     }
1849     
1850     if (isa<SelectInst>(User) || isa<PHINode>(User)) {
1851       // If we have a PHI user of the alloca itself (as opposed to a GEP or 
1852       // bitcast) we have to rewrite it.  GEP and bitcast uses will be RAUW'd to
1853       // the new pointer.
1854       if (!isa<AllocaInst>(I)) continue;
1855       
1856       assert(Offset == 0 && NewElts[0] &&
1857              "Direct alloca use should have a zero offset");
1858       
1859       // If we have a use of the alloca, we know the derived uses will be
1860       // utilizing just the first element of the scalarized result.  Insert a
1861       // bitcast of the first alloca before the user as required.
1862       AllocaInst *NewAI = NewElts[0];
1863       BitCastInst *BCI = new BitCastInst(NewAI, AI->getType(), "", NewAI);
1864       NewAI->moveBefore(BCI);
1865       TheUse = BCI;
1866       continue;
1867     }
1868   }
1869 }
1870
1871 /// RewriteBitCast - Update a bitcast reference to the alloca being replaced
1872 /// and recursively continue updating all of its uses.
1873 void SROA::RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1874                           SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1875   RewriteForScalarRepl(BC, AI, Offset, NewElts);
1876   if (BC->getOperand(0) != AI)
1877     return;
1878
1879   // The bitcast references the original alloca.  Replace its uses with
1880   // references to the alloca containing offset zero (which is normally at
1881   // index zero, but might not be in cases involving structs with elements
1882   // of size zero).
1883   Type *T = AI->getAllocatedType();
1884   uint64_t EltOffset = 0;
1885   Type *IdxTy;
1886   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
1887   Instruction *Val = NewElts[Idx];
1888   if (Val->getType() != BC->getDestTy()) {
1889     Val = new BitCastInst(Val, BC->getDestTy(), "", BC);
1890     Val->takeName(BC);
1891   }
1892   BC->replaceAllUsesWith(Val);
1893   DeadInsts.push_back(BC);
1894 }
1895
1896 /// FindElementAndOffset - Return the index of the element containing Offset
1897 /// within the specified type, which must be either a struct or an array.
1898 /// Sets T to the type of the element and Offset to the offset within that
1899 /// element.  IdxTy is set to the type of the index result to be used in a
1900 /// GEP instruction.
1901 uint64_t SROA::FindElementAndOffset(Type *&T, uint64_t &Offset,
1902                                     Type *&IdxTy) {
1903   uint64_t Idx = 0;
1904   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1905     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1906     Idx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1907     T = ST->getContainedType(Idx);
1908     Offset -= Layout->getElementOffset(Idx);
1909     IdxTy = Type::getInt32Ty(T->getContext());
1910     return Idx;
1911   }
1912   ArrayType *AT = cast<ArrayType>(T);
1913   T = AT->getElementType();
1914   uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(T);
1915   Idx = Offset / EltSize;
1916   Offset -= Idx * EltSize;
1917   IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
1918   return Idx;
1919 }
1920
1921 /// RewriteGEP - Check if this GEP instruction moves the pointer across
1922 /// elements of the alloca that are being split apart, and if so, rewrite
1923 /// the GEP to be relative to the new element.
1924 void SROA::RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1925                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1926   uint64_t OldOffset = Offset;
1927   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1928   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(), Indices);
1929
1930   RewriteForScalarRepl(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1931
1932   Type *T = AI->getAllocatedType();
1933   Type *IdxTy;
1934   uint64_t OldIdx = FindElementAndOffset(T, OldOffset, IdxTy);
1935   if (GEPI->getOperand(0) == AI)
1936     OldIdx = ~0ULL; // Force the GEP to be rewritten.
1937
1938   T = AI->getAllocatedType();
1939   uint64_t EltOffset = Offset;
1940   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
1941
1942   // If this GEP does not move the pointer across elements of the alloca
1943   // being split, then it does not needs to be rewritten.
1944   if (Idx == OldIdx)
1945     return;
1946
1947   Type *i32Ty = Type::getInt32Ty(AI->getContext());
1948   SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
1949   NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
1950   while (EltOffset != 0) {
1951     uint64_t EltIdx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
1952     NewArgs.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, EltIdx));
1953   }
1954   Instruction *Val = NewElts[Idx];
1955   if (NewArgs.size() > 1) {
1956     Val = GetElementPtrInst::CreateInBounds(Val, NewArgs, "", GEPI);
1957     Val->takeName(GEPI);
1958   }
1959   if (Val->getType() != GEPI->getType())
1960     Val = new BitCastInst(Val, GEPI->getType(), Val->getName(), GEPI);
1961   GEPI->replaceAllUsesWith(Val);
1962   DeadInsts.push_back(GEPI);
1963 }
1964
1965 /// RewriteLifetimeIntrinsic - II is a lifetime.start/lifetime.end. Rewrite it
1966 /// to mark the lifetime of the scalarized memory.
1967 void SROA::RewriteLifetimeIntrinsic(IntrinsicInst *II, AllocaInst *AI,
1968                                     uint64_t Offset,
1969                                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1970   ConstantInt *OldSize = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0));
1971   // Put matching lifetime markers on everything from Offset up to
1972   // Offset+OldSize.
1973   Type *AIType = AI->getAllocatedType();
1974   uint64_t NewOffset = Offset;
1975   Type *IdxTy;
1976   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(AIType, NewOffset, IdxTy);
1977
1978   IRBuilder<> Builder(II);
1979   uint64_t Size = OldSize->getLimitedValue();
1980
1981   if (NewOffset) {
1982     // Splice the first element and index 'NewOffset' bytes in.  SROA will
1983     // split the alloca again later.
1984     Value *V = Builder.CreateBitCast(NewElts[Idx], Builder.getInt8PtrTy());
1985     V = Builder.CreateGEP(V, Builder.getInt64(NewOffset));
1986
1987     IdxTy = NewElts[Idx]->getAllocatedType();
1988     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(IdxTy) - NewOffset;
1989     if (EltSize > Size) {
1990       EltSize = Size;
1991       Size = 0;
1992     } else {
1993       Size -= EltSize;
1994     }
1995     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
1996       Builder.CreateLifetimeStart(V, Builder.getInt64(EltSize));
1997     else
1998       Builder.CreateLifetimeEnd(V, Builder.getInt64(EltSize));
1999     ++Idx;
2000   }
2001
2002   for (; Idx != NewElts.size() && Size; ++Idx) {
2003     IdxTy = NewElts[Idx]->getAllocatedType();
2004     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(IdxTy);
2005     if (EltSize > Size) {
2006       EltSize = Size;
2007       Size = 0;
2008     } else {
2009       Size -= EltSize;
2010     }
2011     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2012       Builder.CreateLifetimeStart(NewElts[Idx],
2013                                   Builder.getInt64(EltSize));
2014     else
2015       Builder.CreateLifetimeEnd(NewElts[Idx],
2016                                 Builder.getInt64(EltSize));
2017   }
2018   DeadInsts.push_back(II);
2019 }
2020
2021 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
2022 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
2023 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
2024                                         AllocaInst *AI,
2025                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2026   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
2027   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
2028   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
2029   // memset, this Value* stays null.
2030   Value *OtherPtr = 0;
2031   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
2032   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
2033     if (Inst == MTI->getRawDest())
2034       OtherPtr = MTI->getRawSource();
2035     else {
2036       assert(Inst == MTI->getRawSource());
2037       OtherPtr = MTI->getRawDest();
2038     }
2039   }
2040
2041   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
2042   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
2043   if (OtherPtr) {
2044     unsigned AddrSpace =
2045       cast<PointerType>(OtherPtr->getType())->getAddressSpace();
2046
2047     // Remove bitcasts and all-zero GEPs from OtherPtr.  This is an
2048     // optimization, but it's also required to detect the corner case where
2049     // both pointer operands are referencing the same memory, and where
2050     // OtherPtr may be a bitcast or GEP that currently being rewritten.  (This
2051     // function is only called for mem intrinsics that access the whole
2052     // aggregate, so non-zero GEPs are not an issue here.)
2053     OtherPtr = OtherPtr->stripPointerCasts();
2054
2055     // Copying the alloca to itself is a no-op: just delete it.
2056     if (OtherPtr == AI || OtherPtr == NewElts[0]) {
2057       // This code will run twice for a no-op memcpy -- once for each operand.
2058       // Put only one reference to MI on the DeadInsts list.
2059       for (SmallVector<Value*, 32>::const_iterator I = DeadInsts.begin(),
2060              E = DeadInsts.end(); I != E; ++I)
2061         if (*I == MI) return;
2062       DeadInsts.push_back(MI);
2063       return;
2064     }
2065
2066     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
2067     // type.
2068     Type *NewTy =
2069       PointerType::get(AI->getType()->getElementType(), AddrSpace);
2070
2071     if (OtherPtr->getType() != NewTy)
2072       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, NewTy, OtherPtr->getName(), MI);
2073   }
2074
2075   // Process each element of the aggregate.
2076   bool SROADest = MI->getRawDest() == Inst;
2077
2078   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(MI->getContext()));
2079
2080   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2081     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
2082     Value *OtherElt = 0;
2083     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
2084
2085     if (OtherPtr) {
2086       Value *Idx[2] = { Zero,
2087                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), i) };
2088       OtherElt = GetElementPtrInst::CreateInBounds(OtherPtr, Idx,
2089                                               OtherPtr->getName()+"."+Twine(i),
2090                                                    MI);
2091       uint64_t EltOffset;
2092       PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
2093       Type *OtherTy = OtherPtrTy->getElementType();
2094       if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(OtherTy)) {
2095         EltOffset = TD->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
2096       } else {
2097         Type *EltTy = cast<SequentialType>(OtherTy)->getElementType();
2098         EltOffset = TD->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
2099       }
2100
2101       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
2102       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
2103       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
2104       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
2105       // known alignment is just 4 bytes.
2106       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
2107     }
2108
2109     Value *EltPtr = NewElts[i];
2110     Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
2111
2112     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
2113     if (EltTy->isSingleValueType()) {
2114       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
2115         if (SROADest) {
2116           // From Other to Alloca.
2117           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
2118           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
2119         } else {
2120           // From Alloca to Other.
2121           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
2122           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
2123         }
2124         continue;
2125       }
2126       assert(isa<MemSetInst>(MI));
2127
2128       // If the stored element is zero (common case), just store a null
2129       // constant.
2130       Constant *StoreVal;
2131       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getArgOperand(1))) {
2132         if (CI->isZero()) {
2133           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
2134         } else {
2135           // If EltTy is a vector type, get the element type.
2136           Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
2137
2138           // Construct an integer with the right value.
2139           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
2140           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
2141           APInt TotalVal(OneVal);
2142           // Set each byte.
2143           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
2144             TotalVal = TotalVal.shl(8);
2145             TotalVal |= OneVal;
2146           }
2147
2148           // Convert the integer value to the appropriate type.
2149           StoreVal = ConstantInt::get(CI->getContext(), TotalVal);
2150           if (ValTy->isPointerTy())
2151             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
2152           else if (ValTy->isFloatingPointTy())
2153             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
2154           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
2155
2156           // If the requested value was a vector constant, create it.
2157           if (EltTy->isVectorTy()) {
2158             unsigned NumElts = cast<VectorType>(EltTy)->getNumElements();
2159             StoreVal = ConstantVector::getSplat(NumElts, StoreVal);
2160           }
2161         }
2162         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
2163         continue;
2164       }
2165       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
2166       // this element.
2167     }
2168
2169     unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
2170     if (!EltSize)
2171       continue;
2172
2173     IRBuilder<> Builder(MI);
2174
2175     // Finally, insert the meminst for this element.
2176     if (isa<MemSetInst>(MI)) {
2177       Builder.CreateMemSet(EltPtr, MI->getArgOperand(1), EltSize,
2178                            MI->isVolatile());
2179     } else {
2180       assert(isa<MemTransferInst>(MI));
2181       Value *Dst = SROADest ? EltPtr : OtherElt;  // Dest ptr
2182       Value *Src = SROADest ? OtherElt : EltPtr;  // Src ptr
2183
2184       if (isa<MemCpyInst>(MI))
2185         Builder.CreateMemCpy(Dst, Src, EltSize, OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2186       else
2187         Builder.CreateMemMove(Dst, Src, EltSize,OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2188     }
2189   }
2190   DeadInsts.push_back(MI);
2191 }
2192
2193 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found a store of an integer that
2194 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
2195 /// integer and store them individually.
2196 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
2197                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
2198   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
2199   // and store the element value to the individual alloca.
2200   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
2201   Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2202   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2203
2204   IRBuilder<> Builder(SI);
2205   
2206   // Handle tail padding by extending the operand
2207   if (TD->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
2208     SrcVal = Builder.CreateZExt(SrcVal,
2209                             IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits));
2210
2211   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
2212                << '\n');
2213
2214   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2215   // have different ways to compute the element offset.
2216   if (StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2217     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
2218
2219     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2220       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
2221       Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
2222       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2223
2224       if (TD->isBigEndian())
2225         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
2226
2227       Value *EltVal = SrcVal;
2228       if (Shift) {
2229         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2230         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2231       }
2232
2233       // Truncate down to an integer of the right size.
2234       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2235
2236       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2237       if (FieldSizeBits == 0) continue;
2238
2239       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
2240         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2241                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits));
2242       Value *DestField = NewElts[i];
2243       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
2244         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2245       } else if (FieldTy->isFloatingPointTy() || FieldTy->isVectorTy()) {
2246         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2247         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, FieldTy);
2248       } else {
2249         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2250         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2251                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2252       }
2253       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2254     }
2255
2256   } else {
2257     ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
2258     Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
2259     uint64_t ElementOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2260     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
2261
2262     uint64_t Shift;
2263
2264     if (TD->isBigEndian())
2265       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
2266     else
2267       Shift = 0;
2268
2269     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2270       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2271       if (ElementSizeBits == 0) continue;
2272
2273       Value *EltVal = SrcVal;
2274       if (Shift) {
2275         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2276         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2277       }
2278
2279       // Truncate down to an integer of the right size.
2280       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
2281         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2282                                      IntegerType::get(SI->getContext(),
2283                                                       ElementSizeBits));
2284       Value *DestField = NewElts[i];
2285       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
2286         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2287       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPointTy() ||
2288                  ArrayEltTy->isVectorTy()) {
2289         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2290         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, ArrayEltTy);
2291       } else {
2292         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2293         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2294                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2295       }
2296       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2297
2298       if (TD->isBigEndian())
2299         Shift -= ElementOffset;
2300       else
2301         Shift += ElementOffset;
2302     }
2303   }
2304
2305   DeadInsts.push_back(SI);
2306 }
2307
2308 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found a load of the entire allocation to
2309 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
2310 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
2311                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2312   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
2313   // and form the result value.
2314   Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2315   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2316
2317   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
2318                << '\n');
2319
2320   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2321   // have different ways to compute the element offset.
2322   const StructLayout *Layout = 0;
2323   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
2324   if (StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2325     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
2326   } else {
2327     Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
2328     ArrayEltBitOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2329   }
2330
2331   Value *ResultVal =
2332     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
2333
2334   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2335     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
2336     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
2337     Value *SrcField = NewElts[i];
2338     Type *FieldTy =
2339       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
2340     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2341
2342     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2343     if (FieldSizeBits == 0) continue;
2344
2345     IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(),
2346                                                      FieldSizeBits);
2347     if (!FieldTy->isIntegerTy() && !FieldTy->isFloatingPointTy() &&
2348         !FieldTy->isVectorTy())
2349       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
2350                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
2351                                  "", LI);
2352     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
2353
2354     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
2355     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
2356     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
2357       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
2358
2359     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
2360     // we can shift and insert it.
2361     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
2362       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
2363
2364     // Determine the number of bits to shift SrcField.
2365     uint64_t Shift;
2366     if (Layout) // Struct case.
2367       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2368     else  // Array case.
2369       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
2370
2371     if (TD->isBigEndian())
2372       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
2373
2374     if (Shift) {
2375       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
2376       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
2377     }
2378
2379     // Don't create an 'or x, 0' on the first iteration.
2380     if (!isa<Constant>(ResultVal) ||
2381         !cast<Constant>(ResultVal)->isNullValue())
2382       ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
2383     else
2384       ResultVal = SrcField;
2385   }
2386
2387   // Handle tail padding by truncating the result
2388   if (TD->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
2389     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
2390
2391   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
2392   DeadInsts.push_back(LI);
2393 }
2394
2395 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
2396 /// alignment padding in between the elements that would be split apart
2397 /// by SROA; return false otherwise.
2398 static bool HasPadding(Type *Ty, const TargetData &TD) {
2399   if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2400     Ty = ATy->getElementType();
2401     return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
2402   }
2403
2404   // SROA currently handles only Arrays and Structs.
2405   StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
2406   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
2407   unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
2408   for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2409     unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
2410
2411     // Check to see if there is any padding between this element and the
2412     // previous one.
2413     if (i) {
2414       unsigned PrevFieldEnd =
2415         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
2416       if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
2417         return true;
2418     }
2419     PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
2420   }
2421   // Check for tail padding.
2422   if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
2423     unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
2424       TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
2425     if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
2426       return true;
2427   }
2428   return false;
2429 }
2430
2431 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
2432 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
2433 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
2434 bool SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI) {
2435   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
2436   // the users are safe to transform.
2437   AllocaInfo Info(AI);
2438
2439   isSafeForScalarRepl(AI, 0, Info);
2440   if (Info.isUnsafe) {
2441     DEBUG(dbgs() << "Cannot transform: " << *AI << '\n');
2442     return false;
2443   }
2444
2445   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
2446   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
2447   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
2448   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
2449   // struct.
2450   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
2451       HasPadding(AI->getAllocatedType(), *TD))
2452     return false;
2453
2454   // If the alloca never has an access to just *part* of it, but is accessed
2455   // via loads and stores, then we should use ConvertToScalarInfo to promote
2456   // the alloca instead of promoting each piece at a time and inserting fission
2457   // and fusion code.
2458   if (!Info.hasSubelementAccess && Info.hasALoadOrStore) {
2459     // If the struct/array just has one element, use basic SRoA.
2460     if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
2461       if (ST->getNumElements() > 1) return false;
2462     } else {
2463       if (cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType())->getNumElements() > 1)
2464         return false;
2465     }
2466   }
2467   
2468   return true;
2469 }
2470
2471
2472
2473 /// PointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
2474 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
2475 /// constant expressions because we don't can't rewrite arbitrary instructions.
2476 static bool PointsToConstantGlobal(Value *V) {
2477   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
2478     return GV->isConstant();
2479   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
2480     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
2481         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
2482       return PointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
2483   return false;
2484 }
2485
2486 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
2487 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
2488 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
2489 /// track of whether it moves the pointer (with isOffset) but otherwise traverse
2490 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
2491 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant global, we
2492 /// can optimize this.
2493 static bool
2494 isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, MemTransferInst *&TheCopy,
2495                                bool isOffset,
2496                                SmallVector<Instruction *, 4> &LifetimeMarkers) {
2497   // We track lifetime intrinsics as we encounter them.  If we decide to go
2498   // ahead and replace the value with the global, this lets the caller quickly
2499   // eliminate the markers.
2500
2501   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
2502     User *U = cast<Instruction>(*UI);
2503
2504     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
2505       // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
2506       if (!LI->isSimple()) return false;
2507       continue;
2508     }
2509
2510     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
2511       // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
2512       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(BCI, TheCopy, isOffset,
2513                                           LifetimeMarkers))
2514         return false;
2515       continue;
2516     }
2517     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
2518       // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer.  If it
2519       // doesn't, it does.
2520       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(GEP, TheCopy,
2521                                           isOffset || !GEP->hasAllZeroIndices(),
2522                                           LifetimeMarkers))
2523         return false;
2524       continue;
2525     }
2526
2527     if (CallSite CS = U) {
2528       // If this is the function being called then we treat it like a load and
2529       // ignore it.
2530       if (CS.isCallee(UI))
2531         continue;
2532
2533       // If this is a readonly/readnone call site, then we know it is just a
2534       // load (but one that potentially returns the value itself), so we can
2535       // ignore it if we know that the value isn't captured.
2536       unsigned ArgNo = CS.getArgumentNo(UI);
2537       if (CS.onlyReadsMemory() &&
2538           (CS.getInstruction()->use_empty() || CS.doesNotCapture(ArgNo)))
2539         continue;
2540
2541       // If this is being passed as a byval argument, the caller is making a
2542       // copy, so it is only a read of the alloca.
2543       if (CS.isByValArgument(ArgNo))
2544         continue;
2545     }
2546
2547     // Lifetime intrinsics can be handled by the caller.
2548     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U)) {
2549       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2550           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
2551         assert(II->use_empty() && "Lifetime markers have no result to use!");
2552         LifetimeMarkers.push_back(II);
2553         continue;
2554       }
2555     }
2556
2557     // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
2558     // handle.
2559     MemTransferInst *MI = dyn_cast<MemTransferInst>(U);
2560     if (MI == 0)
2561       return false;
2562
2563     // If the transfer is using the alloca as a source of the transfer, then
2564     // ignore it since it is a load (unless the transfer is volatile).
2565     if (UI.getOperandNo() == 1) {
2566       if (MI->isVolatile()) return false;
2567       continue;
2568     }
2569
2570     // If we already have seen a copy, reject the second one.
2571     if (TheCopy) return false;
2572
2573     // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
2574     // safely handle this.
2575     if (isOffset) return false;
2576
2577     // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
2578     if (UI.getOperandNo() != 0) return false;
2579
2580     // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
2581     if (!PointsToConstantGlobal(MI->getSource()))
2582       return false;
2583
2584     // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
2585     TheCopy = MI;
2586   }
2587   return true;
2588 }
2589
2590 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
2591 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
2592 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
2593 MemTransferInst *
2594 SROA::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI,
2595                                      SmallVector<Instruction*, 4> &ToDelete) {
2596   MemTransferInst *TheCopy = 0;
2597   if (::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, false, ToDelete))
2598     return TheCopy;
2599   return 0;
2600 }