]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/9.0.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/ScalarReplAggregates.cpp
Copy stable/9 to releng/9.0 as part of the FreeBSD 9.0-RELEASE release
[FreeBSD/releng/9.0.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
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       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
457                                                Indices);
458       // See if all uses can be converted.
459       if (!CanConvertToScalar(GEP, Offset+GEPOffset))
460         return false;
461       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
462       HadNonMemTransferAccess = true;
463       continue;
464     }
465
466     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
467     // handle it.
468     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
469       // Store of constant value.
470       if (!isa<ConstantInt>(MSI->getValue()))
471         return false;
472
473       // Store of constant size.
474       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MSI->getLength());
475       if (!Len)
476         return false;
477
478       // If the size differs from the alloca, we can only convert the alloca to
479       // an integer bag-of-bits.
480       // FIXME: This should handle all of the cases that are currently accepted
481       // as vector element insertions.
482       if (Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
483         ScalarKind = Integer;
484
485       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
486       HadNonMemTransferAccess = true;
487       continue;
488     }
489
490     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
491     // can handle it like a load or store of the scalar type.
492     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
493       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength());
494       if (Len == 0 || Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
495         return false;
496
497       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
498       continue;
499     }
500
501     // If this is a lifetime intrinsic, we can handle it.
502     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
503       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
504           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
505         continue;
506       }
507     }
508
509     // Otherwise, we cannot handle this!
510     return false;
511   }
512
513   return true;
514 }
515
516 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
517 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
518 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
519 /// vector with insert/extractelement instructions.
520 ///
521 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
522 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
523 void ConvertToScalarInfo::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI,
524                                               uint64_t Offset) {
525   while (!Ptr->use_empty()) {
526     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
527
528     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
529       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset);
530       CI->eraseFromParent();
531       continue;
532     }
533
534     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
535       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
536       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
537       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
538                                                Indices);
539       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8);
540       GEP->eraseFromParent();
541       continue;
542     }
543
544     IRBuilder<> Builder(User);
545
546     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
547       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
548       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI);
549       Value *NewLoadVal
550         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset, Builder);
551       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
552       LI->eraseFromParent();
553       continue;
554     }
555
556     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
557       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
558       Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
559       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
560                                              Builder);
561       Builder.CreateStore(New, NewAI);
562       SI->eraseFromParent();
563
564       // If the load we just inserted is now dead, then the inserted store
565       // overwrote the entire thing.
566       if (Old->use_empty())
567         Old->eraseFromParent();
568       continue;
569     }
570
571     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
572     // transform it into a store of the expanded constant value.
573     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
574       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
575       unsigned NumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
576       if (NumBytes != 0) {
577         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
578
579         // Compute the value replicated the right number of times.
580         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
581
582         // Splat the value if non-zero.
583         if (Val)
584           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
585             APVal |= APVal << 8;
586
587         Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
588         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
589                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
590                                                Old, Offset, Builder);
591         Builder.CreateStore(New, NewAI);
592
593         // If the load we just inserted is now dead, then the memset overwrote
594         // the entire thing.
595         if (Old->use_empty())
596           Old->eraseFromParent();
597       }
598       MSI->eraseFromParent();
599       continue;
600     }
601
602     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
603     // can handle it like a load or store of the scalar type.
604     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
605       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
606
607       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
608       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
609       // as appropriate.
610       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Ptr, &TD, 0));
611
612       if (GetUnderlyingObject(MTI->getSource(), &TD, 0) != OrigAI) {
613         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
614         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
615         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
616         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
617         PointerType* SPTy = cast<PointerType>(SrcPtr->getType());
618         PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
619         if (SPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
620           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
621                                    SPTy->getAddressSpace());
622         }
623         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, AIPTy);
624
625         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
626         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
627         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
628       } else if (GetUnderlyingObject(MTI->getDest(), &TD, 0) != OrigAI) {
629         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
630         // through the original dest pointer (bitcasted).
631         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
632         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
633
634         PointerType* DPTy = cast<PointerType>(MTI->getDest()->getType());
635         PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
636         if (DPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
637           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
638                                    DPTy->getAddressSpace());
639         }
640         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), AIPTy);
641
642         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
643         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
644       } else {
645         // Noop transfer. Src == Dst
646       }
647
648       MTI->eraseFromParent();
649       continue;
650     }
651
652     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
653       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
654           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
655         // There's no need to preserve these, as the resulting alloca will be
656         // converted to a register anyways.
657         II->eraseFromParent();
658         continue;
659       }
660     }
661
662     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
663   }
664 }
665
666 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
667 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
668 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
669 ///
670 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
671 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
672 /// insert/extractelement instructions.
673 ///
674 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
675 /// shifted to the right.
676 Value *ConvertToScalarInfo::
677 ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, Type *ToType,
678                            uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
679   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
680   Type *FromType = FromVal->getType();
681   if (FromType == ToType && Offset == 0)
682     return FromVal;
683
684   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
685   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
686   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromType)) {
687     unsigned FromTypeSize = TD.getTypeAllocSize(FromType);
688     unsigned ToTypeSize = TD.getTypeAllocSize(ToType);
689     if (FromTypeSize == ToTypeSize)
690         return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType);
691
692     // Otherwise it must be an element access.
693     unsigned Elt = 0;
694     if (Offset) {
695       unsigned EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
696       Elt = Offset/EltSize;
697       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
698     }
699     // Return the element extracted out of it.
700     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, Builder.getInt32(Elt));
701     if (V->getType() != ToType)
702       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType);
703     return V;
704   }
705
706   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
707   // use insertvalue's to form the FCA.
708   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
709     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
710     Value *Res = UndefValue::get(ST);
711     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
712       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
713                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
714                                               Builder);
715       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i);
716     }
717     return Res;
718   }
719
720   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
721     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
722     Value *Res = UndefValue::get(AT);
723     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
724       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
725                                               Offset+i*EltSize, Builder);
726       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i);
727     }
728     return Res;
729   }
730
731   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
732   IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
733
734   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
735   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
736   int ShAmt = 0;
737   if (TD.isBigEndian()) {
738     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
739     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
740     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
741     ShAmt = TD.getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
742             TD.getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
743   } else {
744     ShAmt = Offset;
745   }
746
747   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
748   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
749   // only some bits are used.
750   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
751     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
752                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(), ShAmt));
753   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
754     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal,
755                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(), -ShAmt));
756
757   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
758   unsigned LIBitWidth = TD.getTypeSizeInBits(ToType);
759   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
760     FromVal =
761       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
762                                                     LIBitWidth));
763   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
764     FromVal =
765        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
766                                                     LIBitWidth));
767
768   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
769   if (ToType->isIntegerTy()) {
770     // Should be done.
771   } else if (ToType->isFloatingPointTy() || ToType->isVectorTy()) {
772     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
773     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType);
774   } else {
775     // Otherwise must be a pointer.
776     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType);
777   }
778   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
779   return FromVal;
780 }
781
782 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
783 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
784 ///
785 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
786 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
787 /// vector with insert/extractelement instructions.
788 ///
789 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
790 /// shifted to the right.
791 Value *ConvertToScalarInfo::
792 ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
793                           uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
794   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
795   // then 'or' into place.
796   Type *AllocaType = Old->getType();
797   LLVMContext &Context = Old->getContext();
798
799   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
800     uint64_t VecSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy);
801     uint64_t ValSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
802
803     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
804     // vector type?
805     if (ValSize == VecSize)
806         return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType);
807
808     // Must be an element insertion.
809     assert(SV->getType() == VTy->getElementType());
810     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
811     unsigned Elt = Offset/EltSize;
812     return Builder.CreateInsertElement(Old, SV, Builder.getInt32(Elt));
813   }
814
815   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
816   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
817     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
818     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
819       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i);
820       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old,
821                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
822                                       Builder);
823     }
824     return Old;
825   }
826
827   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
828     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
829     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
830       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i);
831       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, Builder);
832     }
833     return Old;
834   }
835
836   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
837   // If it is a pointer, do the same.
838   unsigned SrcWidth = TD.getTypeSizeInBits(SV->getType());
839   unsigned DestWidth = TD.getTypeSizeInBits(AllocaType);
840   unsigned SrcStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
841   unsigned DestStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
842   if (SV->getType()->isFloatingPointTy() || SV->getType()->isVectorTy())
843     SV = Builder.CreateBitCast(SV, IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth));
844   else if (SV->getType()->isPointerTy())
845     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, TD.getIntPtrType(SV->getContext()));
846
847   // Zero extend or truncate the value if needed.
848   if (SV->getType() != AllocaType) {
849     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
850              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
851       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType);
852     else {
853       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
854       // (undefined behavior).
855       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType);
856       SrcWidth = DestWidth;
857       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
858     }
859   }
860
861   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
862   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
863   int ShAmt = 0;
864   if (TD.isBigEndian()) {
865     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
866     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
867     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
868     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
869   } else {
870     ShAmt = Offset;
871   }
872
873   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
874   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
875   // only some bits in the structure are set.
876   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
877   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
878     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(), ShAmt));
879     Mask <<= ShAmt;
880   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
881     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(), -ShAmt));
882     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
883   }
884
885   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
886   // in the new bits.
887   if (SrcWidth != DestWidth) {
888     assert(DestWidth > SrcWidth);
889     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
890     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
891   }
892   return SV;
893 }
894
895
896 //===----------------------------------------------------------------------===//
897 // SRoA Driver
898 //===----------------------------------------------------------------------===//
899
900
901 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
902   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
903
904   bool Changed = performPromotion(F);
905
906   // FIXME: ScalarRepl currently depends on TargetData more than it
907   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
908   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
909   // scalar-replacement portion of this pass.
910   if (!TD) return Changed;
911
912   while (1) {
913     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
914     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
915     Changed = true;
916     LocalChange = performPromotion(F);
917     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
918   }
919
920   return Changed;
921 }
922
923 namespace {
924 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
925   AllocaInst *AI;
926   DIBuilder *DIB;
927   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
928   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
929 public:
930   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
931                  DIBuilder *DB)
932     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(0), DIB(DB) {}
933   
934   void run(AllocaInst *AI, const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
935     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
936     this->AI = AI;
937     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI->getContext(), AI))
938       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
939              E = DebugNode->use_end(); UI != E; ++UI)
940         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
941           DDIs.push_back(DDI);
942         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
943           DVIs.push_back(DVI);
944
945     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
946     AI->eraseFromParent();
947     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::iterator I = DDIs.begin(), 
948            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
949       DbgDeclareInst *DDI = *I;
950       DDI->eraseFromParent();
951     }
952     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::iterator I = DVIs.begin(), 
953            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
954       DbgValueInst *DVI = *I;
955       DVI->eraseFromParent();
956     }
957   }
958   
959   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
960                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
961     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
962       return LI->getOperand(0) == AI;
963     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == AI;
964   }
965
966   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
967     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::const_iterator I = DDIs.begin(), 
968            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
969       DbgDeclareInst *DDI = *I;
970       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
971         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, *DIB);
972       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
973         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, *DIB);
974     }
975     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::const_iterator I = DVIs.begin(), 
976            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
977       DbgValueInst *DVI = *I;
978       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
979         Instruction *DbgVal = NULL;
980         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
981         // may be zapped by an optimization pass in future.
982         Argument *ExtendedArg = NULL;
983         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
984           ExtendedArg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
985         if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
986           ExtendedArg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
987         if (ExtendedArg)
988           DbgVal = DIB->insertDbgValueIntrinsic(ExtendedArg, 0, 
989                                                 DIVariable(DVI->getVariable()),
990                                                 SI);
991         else
992           DbgVal = DIB->insertDbgValueIntrinsic(SI->getOperand(0), 0, 
993                                                 DIVariable(DVI->getVariable()),
994                                                 SI);
995         DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
996       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
997         Instruction *DbgVal = 
998           DIB->insertDbgValueIntrinsic(LI->getOperand(0), 0, 
999                                        DIVariable(DVI->getVariable()), LI);
1000         DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1001       }
1002     }
1003   }
1004 };
1005 } // end anon namespace
1006
1007 /// isSafeSelectToSpeculate - Select instructions that use an alloca and are
1008 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers and then
1009 /// select between the result, allowing the load of the alloca to be promoted.
1010 /// From this:
1011 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1012 ///   %V = load i32* %P2
1013 /// to:
1014 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1015 ///   %V2 = load i32* %Other
1016 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1017 ///
1018 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1019 /// the select can be loaded unconditionally.
1020 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst *SI, const TargetData *TD) {
1021   bool TDerefable = SI->getTrueValue()->isDereferenceablePointer();
1022   bool FDerefable = SI->getFalseValue()->isDereferenceablePointer();
1023   
1024   for (Value::use_iterator UI = SI->use_begin(), UE = SI->use_end();
1025        UI != UE; ++UI) {
1026     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1027     if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1028     
1029     // Both operands to the select need to be dereferencable, either absolutely
1030     // (e.g. allocas) or at this point because we can see other accesses to it.
1031     if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getTrueValue(), LI,
1032                                                     LI->getAlignment(), TD))
1033       return false;
1034     if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getFalseValue(), LI,
1035                                                     LI->getAlignment(), TD))
1036       return false;
1037   }
1038   
1039   return true;
1040 }
1041
1042 /// isSafePHIToSpeculate - PHI instructions that use an alloca and are
1043 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers in the pred
1044 /// blocks and then PHI the results, allowing the load of the alloca to be
1045 /// promoted.
1046 /// From this:
1047 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1048 ///   %V = load i32* %P2
1049 /// to:
1050 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1051 ///   ...
1052 ///   %V2 = load i32* %Other
1053 ///   ...
1054 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1055 ///
1056 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1057 /// the select can be loaded unconditionally.
1058 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode *PN, const TargetData *TD) {
1059   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block as
1060   // the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1061   // TODO: Allow recursive phi users.
1062   // TODO: Allow stores.
1063   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1064   unsigned MaxAlign = 0;
1065   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), UE = PN->use_end();
1066        UI != UE; ++UI) {
1067     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1068     if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1069     
1070     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is a
1071     // common case that happens when instcombine merges two loads through a PHI.
1072     if (LI->getParent() != BB) return false;
1073     
1074     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1075     // could store.
1076     for (BasicBlock::iterator BBI = PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1077       if (BBI->mayWriteToMemory())
1078         return false;
1079     
1080     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1081   }
1082   
1083   // Okay, we know that we have one or more loads in the same block as the PHI.
1084   // We can transform this if it is safe to push the loads into the predecessor
1085   // blocks.  The only thing to watch out for is that we can't put a possibly
1086   // trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1087   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1088     BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1089     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1090
1091     // If the terminator of the predecessor has side-effects (an invoke),
1092     // there is no safe place to put a load in the predecessor.
1093     if (Pred->getTerminator()->mayHaveSideEffects())
1094       return false;
1095
1096     // If the value is produced by the terminator of the predecessor
1097     // (an invoke), there is no valid place to put a load in the predecessor.
1098     if (Pred->getTerminator() == InVal)
1099       return false;
1100
1101     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't critical.
1102     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1)
1103       continue;
1104
1105     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there is
1106     // already a load in the block, then we can move the load to the pred block.
1107     if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1108         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, Pred->getTerminator(), MaxAlign, TD))
1109       continue;
1110     
1111     return false;
1112   }
1113     
1114   return true;
1115 }
1116
1117
1118 /// tryToMakeAllocaBePromotable - This returns true if the alloca only has
1119 /// direct (non-volatile) loads and stores to it.  If the alloca is close but
1120 /// not quite there, this will transform the code to allow promotion.  As such,
1121 /// it is a non-pure predicate.
1122 static bool tryToMakeAllocaBePromotable(AllocaInst *AI, const TargetData *TD) {
1123   SetVector<Instruction*, SmallVector<Instruction*, 4>,
1124             SmallPtrSet<Instruction*, 4> > InstsToRewrite;
1125   
1126   for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
1127        UI != UE; ++UI) {
1128     User *U = *UI;
1129     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
1130       if (!LI->isSimple())
1131         return false;
1132       continue;
1133     }
1134     
1135     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1136       if (SI->getOperand(0) == AI || !SI->isSimple())
1137         return false;   // Don't allow a store OF the AI, only INTO the AI.
1138       continue;
1139     }
1140
1141     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(U)) {
1142       // If the condition being selected on is a constant, fold the select, yes
1143       // this does (rarely) happen early on.
1144       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
1145         Value *Result = SI->getOperand(1+CI->isZero());
1146         SI->replaceAllUsesWith(Result);
1147         SI->eraseFromParent();
1148         
1149         // This is very rare and we just scrambled the use list of AI, start
1150         // over completely.
1151         return tryToMakeAllocaBePromotable(AI, TD);
1152       }
1153
1154       // If it is safe to turn "load (select c, AI, ptr)" into a select of two
1155       // loads, then we can transform this by rewriting the select.
1156       if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, TD))
1157         return false;
1158       
1159       InstsToRewrite.insert(SI);
1160       continue;
1161     }
1162     
1163     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1164       if (PN->use_empty()) {  // Dead PHIs can be stripped.
1165         InstsToRewrite.insert(PN);
1166         continue;
1167       }
1168       
1169       // If it is safe to turn "load (phi [AI, ptr, ...])" into a PHI of loads
1170       // in the pred blocks, then we can transform this by rewriting the PHI.
1171       if (!isSafePHIToSpeculate(PN, TD))
1172         return false;
1173       
1174       InstsToRewrite.insert(PN);
1175       continue;
1176     }
1177     
1178     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
1179       if (onlyUsedByLifetimeMarkers(BCI)) {
1180         InstsToRewrite.insert(BCI);
1181         continue;
1182       }
1183     }
1184     
1185     return false;
1186   }
1187
1188   // If there are no instructions to rewrite, then all uses are load/stores and
1189   // we're done!
1190   if (InstsToRewrite.empty())
1191     return true;
1192   
1193   // If we have instructions that need to be rewritten for this to be promotable
1194   // take care of it now.
1195   for (unsigned i = 0, e = InstsToRewrite.size(); i != e; ++i) {
1196     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(InstsToRewrite[i])) {
1197       // This could only be a bitcast used by nothing but lifetime intrinsics.
1198       for (BitCastInst::use_iterator I = BCI->use_begin(), E = BCI->use_end();
1199            I != E;) {
1200         Use &U = I.getUse();
1201         ++I;
1202         cast<Instruction>(U.getUser())->eraseFromParent();
1203       }
1204       BCI->eraseFromParent();
1205       continue;
1206     }
1207
1208     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(InstsToRewrite[i])) {
1209       // Selects in InstsToRewrite only have load uses.  Rewrite each as two
1210       // loads with a new select.
1211       while (!SI->use_empty()) {
1212         LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI->use_back());
1213       
1214         IRBuilder<> Builder(LI);
1215         LoadInst *TrueLoad = 
1216           Builder.CreateLoad(SI->getTrueValue(), LI->getName()+".t");
1217         LoadInst *FalseLoad = 
1218           Builder.CreateLoad(SI->getFalseValue(), LI->getName()+".f");
1219         
1220         // Transfer alignment and TBAA info if present.
1221         TrueLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1222         FalseLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1223         if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1224           TrueLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1225           FalseLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1226         }
1227         
1228         Value *V = Builder.CreateSelect(SI->getCondition(), TrueLoad, FalseLoad);
1229         V->takeName(LI);
1230         LI->replaceAllUsesWith(V);
1231         LI->eraseFromParent();
1232       }
1233     
1234       // Now that all the loads are gone, the select is gone too.
1235       SI->eraseFromParent();
1236       continue;
1237     }
1238     
1239     // Otherwise, we have a PHI node which allows us to push the loads into the
1240     // predecessors.
1241     PHINode *PN = cast<PHINode>(InstsToRewrite[i]);
1242     if (PN->use_empty()) {
1243       PN->eraseFromParent();
1244       continue;
1245     }
1246     
1247     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN->getType())->getElementType();
1248     PHINode *NewPN = PHINode::Create(LoadTy, PN->getNumIncomingValues(),
1249                                      PN->getName()+".ld", PN);
1250
1251     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1252     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1253     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN->use_back());
1254     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1255     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1256     
1257     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1258     while (!PN->use_empty()) {
1259       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN->use_back());
1260       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1261       LI->eraseFromParent();
1262     }
1263     
1264     // Inject loads into all of the pred blocks.  Keep track of which blocks we
1265     // insert them into in case we have multiple edges from the same block.
1266     DenseMap<BasicBlock*, LoadInst*> InsertedLoads;
1267     
1268     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1269       BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1270       LoadInst *&Load = InsertedLoads[Pred];
1271       if (Load == 0) {
1272         Load = new LoadInst(PN->getIncomingValue(i),
1273                             PN->getName() + "." + Pred->getName(),
1274                             Pred->getTerminator());
1275         Load->setAlignment(Align);
1276         if (TBAATag) Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1277       }
1278       
1279       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1280     }
1281     
1282     PN->eraseFromParent();
1283   }
1284     
1285   ++NumAdjusted;
1286   return true;
1287 }
1288
1289 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
1290   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
1291   DominatorTree *DT = 0;
1292   if (HasDomTree)
1293     DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1294
1295   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
1296   DIBuilder DIB(*F.getParent());
1297   bool Changed = false;
1298   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
1299   while (1) {
1300     Allocas.clear();
1301
1302     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
1303     // the entry node
1304     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
1305       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
1306         if (tryToMakeAllocaBePromotable(AI, TD))
1307           Allocas.push_back(AI);
1308
1309     if (Allocas.empty()) break;
1310
1311     if (HasDomTree)
1312       PromoteMemToReg(Allocas, *DT);
1313     else {
1314       SSAUpdater SSA;
1315       for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i) {
1316         AllocaInst *AI = Allocas[i];
1317         
1318         // Build list of instructions to promote.
1319         for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), E = AI->use_end();
1320              UI != E; ++UI)
1321           Insts.push_back(cast<Instruction>(*UI));
1322         AllocaPromoter(Insts, SSA, &DIB).run(AI, Insts);
1323         Insts.clear();
1324       }
1325     }
1326     NumPromoted += Allocas.size();
1327     Changed = true;
1328   }
1329
1330   return Changed;
1331 }
1332
1333
1334 /// ShouldAttemptScalarRepl - Decide if an alloca is a good candidate for
1335 /// SROA.  It must be a struct or array type with a small number of elements.
1336 static bool ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI) {
1337   Type *T = AI->getAllocatedType();
1338   // Do not promote any struct into more than 32 separate vars.
1339   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
1340     return ST->getNumElements() <= 32;
1341   // Arrays are much less likely to be safe for SROA; only consider
1342   // them if they are very small.
1343   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T))
1344     return AT->getNumElements() <= 8;
1345   return false;
1346 }
1347
1348
1349 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
1350 // which runs on all of the alloca instructions in the function, removing them
1351 // if they are only used by getelementptr instructions.
1352 //
1353 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
1354   std::vector<AllocaInst*> WorkList;
1355
1356   // Scan the entry basic block, adding allocas to the worklist.
1357   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
1358   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
1359     if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(I))
1360       WorkList.push_back(A);
1361
1362   // Process the worklist
1363   bool Changed = false;
1364   while (!WorkList.empty()) {
1365     AllocaInst *AI = WorkList.back();
1366     WorkList.pop_back();
1367
1368     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
1369     // with unused elements.
1370     if (AI->use_empty()) {
1371       AI->eraseFromParent();
1372       Changed = true;
1373       continue;
1374     }
1375
1376     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
1377     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
1378       continue;
1379
1380     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
1381     // a constant global.  If this is the case, we can change all users to use
1382     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
1383     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
1384     // is only subsequently read.
1385     SmallVector<Instruction *, 4> ToDelete;
1386     if (MemTransferInst *Copy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, ToDelete)) {
1387       DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << *AI << '\n');
1388       DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *Copy << '\n');
1389       for (unsigned i = 0, e = ToDelete.size(); i != e; ++i)
1390         ToDelete[i]->eraseFromParent();
1391       Constant *TheSrc = cast<Constant>(Copy->getSource());
1392       AI->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(TheSrc, AI->getType()));
1393       Copy->eraseFromParent();  // Don't mutate the global.
1394       AI->eraseFromParent();
1395       ++NumGlobals;
1396       Changed = true;
1397       continue;
1398     }
1399
1400     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
1401     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
1402     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
1403     // value cannot be decomposed at all.
1404     uint64_t AllocaSize = TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
1405
1406     // Do not promote [0 x %struct].
1407     if (AllocaSize == 0) continue;
1408
1409     // Do not promote any struct whose size is too big.
1410     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
1411
1412     // If the alloca looks like a good candidate for scalar replacement, and if
1413     // all its users can be transformed, then split up the aggregate into its
1414     // separate elements.
1415     if (ShouldAttemptScalarRepl(AI) && isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
1416       DoScalarReplacement(AI, WorkList);
1417       Changed = true;
1418       continue;
1419     }
1420
1421     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
1422     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
1423     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
1424     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
1425     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
1426     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
1427     if (AllocaInst *NewAI =
1428           ConvertToScalarInfo((unsigned)AllocaSize, *TD).TryConvert(AI)) {
1429       NewAI->takeName(AI);
1430       AI->eraseFromParent();
1431       ++NumConverted;
1432       Changed = true;
1433       continue;
1434     }
1435
1436     // Otherwise, couldn't process this alloca.
1437   }
1438
1439   return Changed;
1440 }
1441
1442 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
1443 /// predicate, do SROA now.
1444 void SROA::DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
1445                                std::vector<AllocaInst*> &WorkList) {
1446   DEBUG(dbgs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
1447   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
1448   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
1449     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
1450     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
1451       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0,
1452                                       AI->getAlignment(),
1453                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1454       ElementAllocas.push_back(NA);
1455       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1456     }
1457   } else {
1458     ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
1459     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
1460     Type *ElTy = AT->getElementType();
1461     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1462       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, AI->getAlignment(),
1463                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1464       ElementAllocas.push_back(NA);
1465       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1466     }
1467   }
1468
1469   // Now that we have created the new alloca instructions, rewrite all the
1470   // uses of the old alloca.
1471   RewriteForScalarRepl(AI, AI, 0, ElementAllocas);
1472
1473   // Now erase any instructions that were made dead while rewriting the alloca.
1474   DeleteDeadInstructions();
1475   AI->eraseFromParent();
1476
1477   ++NumReplaced;
1478 }
1479
1480 /// DeleteDeadInstructions - Erase instructions on the DeadInstrs list,
1481 /// recursively including all their operands that become trivially dead.
1482 void SROA::DeleteDeadInstructions() {
1483   while (!DeadInsts.empty()) {
1484     Instruction *I = cast<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
1485
1486     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
1487       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
1488         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
1489         // (But, don't add allocas to the dead instruction list -- they are
1490         // already on the worklist and will be deleted separately.)
1491         *OI = 0;
1492         if (isInstructionTriviallyDead(U) && !isa<AllocaInst>(U))
1493           DeadInsts.push_back(U);
1494       }
1495
1496     I->eraseFromParent();
1497   }
1498 }
1499
1500 /// isSafeForScalarRepl - Check if instruction I is a safe use with regard to
1501 /// performing scalar replacement of alloca AI.  The results are flagged in
1502 /// the Info parameter.  Offset indicates the position within AI that is
1503 /// referenced by this instruction.
1504 void SROA::isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1505                                AllocaInfo &Info) {
1506   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1507     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1508
1509     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1510       isSafeForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1511     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1512       uint64_t GEPOffset = Offset;
1513       isSafeGEP(GEPI, GEPOffset, Info);
1514       if (!Info.isUnsafe)
1515         isSafeForScalarRepl(GEPI, GEPOffset, Info);
1516     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1517       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1518       if (Length == 0)
1519         return MarkUnsafe(Info, User);
1520       isSafeMemAccess(Offset, Length->getZExtValue(), 0,
1521                       UI.getOperandNo() == 0, Info, MI,
1522                       true /*AllowWholeAccess*/);
1523     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1524       if (!LI->isSimple())
1525         return MarkUnsafe(Info, User);
1526       Type *LIType = LI->getType();
1527       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1528                       LIType, false, Info, LI, true /*AllowWholeAccess*/);
1529       Info.hasALoadOrStore = true;
1530         
1531     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1532       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1533       if (!SI->isSimple() || SI->getOperand(0) == I)
1534         return MarkUnsafe(Info, User);
1535         
1536       Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1537       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1538                       SIType, true, Info, SI, true /*AllowWholeAccess*/);
1539       Info.hasALoadOrStore = true;
1540     } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
1541       if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1542           II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1543         return MarkUnsafe(Info, User);
1544     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1545       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1546     } else {
1547       return MarkUnsafe(Info, User);
1548     }
1549     if (Info.isUnsafe) return;
1550   }
1551 }
1552  
1553
1554 /// isSafePHIUseForScalarRepl - If we see a PHI node or select using a pointer
1555 /// derived from the alloca, we can often still split the alloca into elements.
1556 /// This is useful if we have a large alloca where one element is phi'd
1557 /// together somewhere: we can SRoA and promote all the other elements even if
1558 /// we end up not being able to promote this one.
1559 ///
1560 /// All we require is that the uses of the PHI do not index into other parts of
1561 /// the alloca.  The most important use case for this is single load and stores
1562 /// that are PHI'd together, which can happen due to code sinking.
1563 void SROA::isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1564                                            AllocaInfo &Info) {
1565   // If we've already checked this PHI, don't do it again.
1566   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1567     if (!Info.CheckedPHIs.insert(PN))
1568       return;
1569   
1570   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1571     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1572     
1573     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1574       isSafePHISelectUseForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1575     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1576       // Only allow "bitcast" GEPs for simplicity.  We could generalize this,
1577       // but would have to prove that we're staying inside of an element being
1578       // promoted.
1579       if (!GEPI->hasAllZeroIndices())
1580         return MarkUnsafe(Info, User);
1581       isSafePHISelectUseForScalarRepl(GEPI, Offset, Info);
1582     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1583       if (!LI->isSimple())
1584         return MarkUnsafe(Info, User);
1585       Type *LIType = LI->getType();
1586       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1587                       LIType, false, Info, LI, false /*AllowWholeAccess*/);
1588       Info.hasALoadOrStore = true;
1589       
1590     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1591       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1592       if (!SI->isSimple() || SI->getOperand(0) == I)
1593         return MarkUnsafe(Info, User);
1594       
1595       Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1596       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1597                       SIType, true, Info, SI, false /*AllowWholeAccess*/);
1598       Info.hasALoadOrStore = true;
1599     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1600       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1601     } else {
1602       return MarkUnsafe(Info, User);
1603     }
1604     if (Info.isUnsafe) return;
1605   }
1606 }
1607
1608 /// isSafeGEP - Check if a GEP instruction can be handled for scalar
1609 /// replacement.  It is safe when all the indices are constant, in-bounds
1610 /// references, and when the resulting offset corresponds to an element within
1611 /// the alloca type.  The results are flagged in the Info parameter.  Upon
1612 /// return, Offset is adjusted as specified by the GEP indices.
1613 void SROA::isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI,
1614                      uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info) {
1615   gep_type_iterator GEPIt = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
1616   if (GEPIt == E)
1617     return;
1618
1619   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
1620   // into.
1621   for (; GEPIt != E; ++GEPIt) {
1622     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
1623     if ((*GEPIt)->isStructTy())
1624       continue;
1625
1626     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand());
1627     if (!IdxVal)
1628       return MarkUnsafe(Info, GEPI);
1629   }
1630
1631   // Compute the offset due to this GEP and check if the alloca has a
1632   // component element at that offset.
1633   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1634   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(), Indices);
1635   if (!TypeHasComponent(Info.AI->getAllocatedType(), Offset, 0))
1636     MarkUnsafe(Info, GEPI);
1637 }
1638
1639 /// isHomogeneousAggregate - Check if type T is a struct or array containing
1640 /// elements of the same type (which is always true for arrays).  If so,
1641 /// return true with NumElts and EltTy set to the number of elements and the
1642 /// element type, respectively.
1643 static bool isHomogeneousAggregate(Type *T, unsigned &NumElts,
1644                                    Type *&EltTy) {
1645   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1646     NumElts = AT->getNumElements();
1647     EltTy = (NumElts == 0 ? 0 : AT->getElementType());
1648     return true;
1649   }
1650   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1651     NumElts = ST->getNumContainedTypes();
1652     EltTy = (NumElts == 0 ? 0 : ST->getContainedType(0));
1653     for (unsigned n = 1; n < NumElts; ++n) {
1654       if (ST->getContainedType(n) != EltTy)
1655         return false;
1656     }
1657     return true;
1658   }
1659   return false;
1660 }
1661
1662 /// isCompatibleAggregate - Check if T1 and T2 are either the same type or are
1663 /// "homogeneous" aggregates with the same element type and number of elements.
1664 static bool isCompatibleAggregate(Type *T1, Type *T2) {
1665   if (T1 == T2)
1666     return true;
1667
1668   unsigned NumElts1, NumElts2;
1669   Type *EltTy1, *EltTy2;
1670   if (isHomogeneousAggregate(T1, NumElts1, EltTy1) &&
1671       isHomogeneousAggregate(T2, NumElts2, EltTy2) &&
1672       NumElts1 == NumElts2 &&
1673       EltTy1 == EltTy2)
1674     return true;
1675
1676   return false;
1677 }
1678
1679 /// isSafeMemAccess - Check if a load/store/memcpy operates on the entire AI
1680 /// alloca or has an offset and size that corresponds to a component element
1681 /// within it.  The offset checked here may have been formed from a GEP with a
1682 /// pointer bitcasted to a different type.
1683 ///
1684 /// If AllowWholeAccess is true, then this allows uses of the entire alloca as a
1685 /// unit.  If false, it only allows accesses known to be in a single element.
1686 void SROA::isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
1687                            Type *MemOpType, bool isStore,
1688                            AllocaInfo &Info, Instruction *TheAccess,
1689                            bool AllowWholeAccess) {
1690   // Check if this is a load/store of the entire alloca.
1691   if (Offset == 0 && AllowWholeAccess &&
1692       MemSize == TD->getTypeAllocSize(Info.AI->getAllocatedType())) {
1693     // This can be safe for MemIntrinsics (where MemOpType is 0) and integer
1694     // loads/stores (which are essentially the same as the MemIntrinsics with
1695     // regard to copying padding between elements).  But, if an alloca is
1696     // flagged as both a source and destination of such operations, we'll need
1697     // to check later for padding between elements.
1698     if (!MemOpType || MemOpType->isIntegerTy()) {
1699       if (isStore)
1700         Info.isMemCpyDst = true;
1701       else
1702         Info.isMemCpySrc = true;
1703       return;
1704     }
1705     // This is also safe for references using a type that is compatible with
1706     // the type of the alloca, so that loads/stores can be rewritten using
1707     // insertvalue/extractvalue.
1708     if (isCompatibleAggregate(MemOpType, Info.AI->getAllocatedType())) {
1709       Info.hasSubelementAccess = true;
1710       return;
1711     }
1712   }
1713   // Check if the offset/size correspond to a component within the alloca type.
1714   Type *T = Info.AI->getAllocatedType();
1715   if (TypeHasComponent(T, Offset, MemSize)) {
1716     Info.hasSubelementAccess = true;
1717     return;
1718   }
1719
1720   return MarkUnsafe(Info, TheAccess);
1721 }
1722
1723 /// TypeHasComponent - Return true if T has a component type with the
1724 /// specified offset and size.  If Size is zero, do not check the size.
1725 bool SROA::TypeHasComponent(Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
1726   Type *EltTy;
1727   uint64_t EltSize;
1728   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1729     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1730     unsigned EltIdx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1731     EltTy = ST->getContainedType(EltIdx);
1732     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1733     Offset -= Layout->getElementOffset(EltIdx);
1734   } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1735     EltTy = AT->getElementType();
1736     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1737     if (Offset >= AT->getNumElements() * EltSize)
1738       return false;
1739     Offset %= EltSize;
1740   } else {
1741     return false;
1742   }
1743   if (Offset == 0 && (Size == 0 || EltSize == Size))
1744     return true;
1745   // Check if the component spans multiple elements.
1746   if (Offset + Size > EltSize)
1747     return false;
1748   return TypeHasComponent(EltTy, Offset, Size);
1749 }
1750
1751 /// RewriteForScalarRepl - Alloca AI is being split into NewElts, so rewrite
1752 /// the instruction I, which references it, to use the separate elements.
1753 /// Offset indicates the position within AI that is referenced by this
1754 /// instruction.
1755 void SROA::RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1756                                 SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1757   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E;) {
1758     Use &TheUse = UI.getUse();
1759     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1760
1761     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1762       RewriteBitCast(BC, AI, Offset, NewElts);
1763       continue;
1764     }
1765     
1766     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1767       RewriteGEP(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1768       continue;
1769     }
1770     
1771     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1772       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1773       uint64_t MemSize = Length->getZExtValue();
1774       if (Offset == 0 &&
1775           MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()))
1776         RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, I, AI, NewElts);
1777       // Otherwise the intrinsic can only touch a single element and the
1778       // address operand will be updated, so nothing else needs to be done.
1779       continue;
1780     }
1781
1782     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
1783       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
1784           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
1785         RewriteLifetimeIntrinsic(II, AI, Offset, NewElts);
1786       }
1787       continue;
1788     }
1789     
1790     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1791       Type *LIType = LI->getType();
1792       
1793       if (isCompatibleAggregate(LIType, AI->getAllocatedType())) {
1794         // Replace:
1795         //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
1796         // with:
1797         //   %load.0 = load i32* %alloc.0
1798         //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
1799         //   %load.1 = load i32* %alloc.1
1800         //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
1801         // (Also works for arrays instead of structs)
1802         Value *Insert = UndefValue::get(LIType);
1803         IRBuilder<> Builder(LI);
1804         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1805           Value *Load = Builder.CreateLoad(NewElts[i], "load");
1806           Insert = Builder.CreateInsertValue(Insert, Load, i, "insert");
1807         }
1808         LI->replaceAllUsesWith(Insert);
1809         DeadInsts.push_back(LI);
1810       } else if (LIType->isIntegerTy() &&
1811                  TD->getTypeAllocSize(LIType) ==
1812                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1813         // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
1814         RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
1815       }
1816       continue;
1817     }
1818     
1819     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1820       Value *Val = SI->getOperand(0);
1821       Type *SIType = Val->getType();
1822       if (isCompatibleAggregate(SIType, AI->getAllocatedType())) {
1823         // Replace:
1824         //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
1825         // with:
1826         //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
1827         //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
1828         //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
1829         //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
1830         // (Also works for arrays instead of structs)
1831         IRBuilder<> Builder(SI);
1832         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1833           Value *Extract = Builder.CreateExtractValue(Val, i, Val->getName());
1834           Builder.CreateStore(Extract, NewElts[i]);
1835         }
1836         DeadInsts.push_back(SI);
1837       } else if (SIType->isIntegerTy() &&
1838                  TD->getTypeAllocSize(SIType) ==
1839                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1840         // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
1841         RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
1842       }
1843       continue;
1844     }
1845     
1846     if (isa<SelectInst>(User) || isa<PHINode>(User)) {
1847       // If we have a PHI user of the alloca itself (as opposed to a GEP or 
1848       // bitcast) we have to rewrite it.  GEP and bitcast uses will be RAUW'd to
1849       // the new pointer.
1850       if (!isa<AllocaInst>(I)) continue;
1851       
1852       assert(Offset == 0 && NewElts[0] &&
1853              "Direct alloca use should have a zero offset");
1854       
1855       // If we have a use of the alloca, we know the derived uses will be
1856       // utilizing just the first element of the scalarized result.  Insert a
1857       // bitcast of the first alloca before the user as required.
1858       AllocaInst *NewAI = NewElts[0];
1859       BitCastInst *BCI = new BitCastInst(NewAI, AI->getType(), "", NewAI);
1860       NewAI->moveBefore(BCI);
1861       TheUse = BCI;
1862       continue;
1863     }
1864   }
1865 }
1866
1867 /// RewriteBitCast - Update a bitcast reference to the alloca being replaced
1868 /// and recursively continue updating all of its uses.
1869 void SROA::RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1870                           SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1871   RewriteForScalarRepl(BC, AI, Offset, NewElts);
1872   if (BC->getOperand(0) != AI)
1873     return;
1874
1875   // The bitcast references the original alloca.  Replace its uses with
1876   // references to the first new element alloca.
1877   Instruction *Val = NewElts[0];
1878   if (Val->getType() != BC->getDestTy()) {
1879     Val = new BitCastInst(Val, BC->getDestTy(), "", BC);
1880     Val->takeName(BC);
1881   }
1882   BC->replaceAllUsesWith(Val);
1883   DeadInsts.push_back(BC);
1884 }
1885
1886 /// FindElementAndOffset - Return the index of the element containing Offset
1887 /// within the specified type, which must be either a struct or an array.
1888 /// Sets T to the type of the element and Offset to the offset within that
1889 /// element.  IdxTy is set to the type of the index result to be used in a
1890 /// GEP instruction.
1891 uint64_t SROA::FindElementAndOffset(Type *&T, uint64_t &Offset,
1892                                     Type *&IdxTy) {
1893   uint64_t Idx = 0;
1894   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1895     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1896     Idx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1897     T = ST->getContainedType(Idx);
1898     Offset -= Layout->getElementOffset(Idx);
1899     IdxTy = Type::getInt32Ty(T->getContext());
1900     return Idx;
1901   }
1902   ArrayType *AT = cast<ArrayType>(T);
1903   T = AT->getElementType();
1904   uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(T);
1905   Idx = Offset / EltSize;
1906   Offset -= Idx * EltSize;
1907   IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
1908   return Idx;
1909 }
1910
1911 /// RewriteGEP - Check if this GEP instruction moves the pointer across
1912 /// elements of the alloca that are being split apart, and if so, rewrite
1913 /// the GEP to be relative to the new element.
1914 void SROA::RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1915                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1916   uint64_t OldOffset = Offset;
1917   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1918   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(), Indices);
1919
1920   RewriteForScalarRepl(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1921
1922   Type *T = AI->getAllocatedType();
1923   Type *IdxTy;
1924   uint64_t OldIdx = FindElementAndOffset(T, OldOffset, IdxTy);
1925   if (GEPI->getOperand(0) == AI)
1926     OldIdx = ~0ULL; // Force the GEP to be rewritten.
1927
1928   T = AI->getAllocatedType();
1929   uint64_t EltOffset = Offset;
1930   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
1931
1932   // If this GEP does not move the pointer across elements of the alloca
1933   // being split, then it does not needs to be rewritten.
1934   if (Idx == OldIdx)
1935     return;
1936
1937   Type *i32Ty = Type::getInt32Ty(AI->getContext());
1938   SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
1939   NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
1940   while (EltOffset != 0) {
1941     uint64_t EltIdx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
1942     NewArgs.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, EltIdx));
1943   }
1944   Instruction *Val = NewElts[Idx];
1945   if (NewArgs.size() > 1) {
1946     Val = GetElementPtrInst::CreateInBounds(Val, NewArgs, "", GEPI);
1947     Val->takeName(GEPI);
1948   }
1949   if (Val->getType() != GEPI->getType())
1950     Val = new BitCastInst(Val, GEPI->getType(), Val->getName(), GEPI);
1951   GEPI->replaceAllUsesWith(Val);
1952   DeadInsts.push_back(GEPI);
1953 }
1954
1955 /// RewriteLifetimeIntrinsic - II is a lifetime.start/lifetime.end. Rewrite it
1956 /// to mark the lifetime of the scalarized memory.
1957 void SROA::RewriteLifetimeIntrinsic(IntrinsicInst *II, AllocaInst *AI,
1958                                     uint64_t Offset,
1959                                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1960   ConstantInt *OldSize = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0));
1961   // Put matching lifetime markers on everything from Offset up to
1962   // Offset+OldSize.
1963   Type *AIType = AI->getAllocatedType();
1964   uint64_t NewOffset = Offset;
1965   Type *IdxTy;
1966   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(AIType, NewOffset, IdxTy);
1967
1968   IRBuilder<> Builder(II);
1969   uint64_t Size = OldSize->getLimitedValue();
1970
1971   if (NewOffset) {
1972     // Splice the first element and index 'NewOffset' bytes in.  SROA will
1973     // split the alloca again later.
1974     Value *V = Builder.CreateBitCast(NewElts[Idx], Builder.getInt8PtrTy());
1975     V = Builder.CreateGEP(V, Builder.getInt64(NewOffset));
1976
1977     IdxTy = NewElts[Idx]->getAllocatedType();
1978     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(IdxTy) - NewOffset;
1979     if (EltSize > Size) {
1980       EltSize = Size;
1981       Size = 0;
1982     } else {
1983       Size -= EltSize;
1984     }
1985     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
1986       Builder.CreateLifetimeStart(V, Builder.getInt64(EltSize));
1987     else
1988       Builder.CreateLifetimeEnd(V, Builder.getInt64(EltSize));
1989     ++Idx;
1990   }
1991
1992   for (; Idx != NewElts.size() && Size; ++Idx) {
1993     IdxTy = NewElts[Idx]->getAllocatedType();
1994     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(IdxTy);
1995     if (EltSize > Size) {
1996       EltSize = Size;
1997       Size = 0;
1998     } else {
1999       Size -= EltSize;
2000     }
2001     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2002       Builder.CreateLifetimeStart(NewElts[Idx],
2003                                   Builder.getInt64(EltSize));
2004     else
2005       Builder.CreateLifetimeEnd(NewElts[Idx],
2006                                 Builder.getInt64(EltSize));
2007   }
2008   DeadInsts.push_back(II);
2009 }
2010
2011 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
2012 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
2013 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
2014                                         AllocaInst *AI,
2015                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2016   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
2017   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
2018   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
2019   // memset, this Value* stays null.
2020   Value *OtherPtr = 0;
2021   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
2022   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
2023     if (Inst == MTI->getRawDest())
2024       OtherPtr = MTI->getRawSource();
2025     else {
2026       assert(Inst == MTI->getRawSource());
2027       OtherPtr = MTI->getRawDest();
2028     }
2029   }
2030
2031   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
2032   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
2033   if (OtherPtr) {
2034     unsigned AddrSpace =
2035       cast<PointerType>(OtherPtr->getType())->getAddressSpace();
2036
2037     // Remove bitcasts and all-zero GEPs from OtherPtr.  This is an
2038     // optimization, but it's also required to detect the corner case where
2039     // both pointer operands are referencing the same memory, and where
2040     // OtherPtr may be a bitcast or GEP that currently being rewritten.  (This
2041     // function is only called for mem intrinsics that access the whole
2042     // aggregate, so non-zero GEPs are not an issue here.)
2043     OtherPtr = OtherPtr->stripPointerCasts();
2044
2045     // Copying the alloca to itself is a no-op: just delete it.
2046     if (OtherPtr == AI || OtherPtr == NewElts[0]) {
2047       // This code will run twice for a no-op memcpy -- once for each operand.
2048       // Put only one reference to MI on the DeadInsts list.
2049       for (SmallVector<Value*, 32>::const_iterator I = DeadInsts.begin(),
2050              E = DeadInsts.end(); I != E; ++I)
2051         if (*I == MI) return;
2052       DeadInsts.push_back(MI);
2053       return;
2054     }
2055
2056     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
2057     // type.
2058     Type *NewTy =
2059       PointerType::get(AI->getType()->getElementType(), AddrSpace);
2060
2061     if (OtherPtr->getType() != NewTy)
2062       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, NewTy, OtherPtr->getName(), MI);
2063   }
2064
2065   // Process each element of the aggregate.
2066   bool SROADest = MI->getRawDest() == Inst;
2067
2068   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(MI->getContext()));
2069
2070   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2071     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
2072     Value *OtherElt = 0;
2073     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
2074
2075     if (OtherPtr) {
2076       Value *Idx[2] = { Zero,
2077                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), i) };
2078       OtherElt = GetElementPtrInst::CreateInBounds(OtherPtr, Idx,
2079                                               OtherPtr->getName()+"."+Twine(i),
2080                                                    MI);
2081       uint64_t EltOffset;
2082       PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
2083       Type *OtherTy = OtherPtrTy->getElementType();
2084       if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(OtherTy)) {
2085         EltOffset = TD->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
2086       } else {
2087         Type *EltTy = cast<SequentialType>(OtherTy)->getElementType();
2088         EltOffset = TD->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
2089       }
2090
2091       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
2092       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
2093       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
2094       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
2095       // known alignment is just 4 bytes.
2096       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
2097     }
2098
2099     Value *EltPtr = NewElts[i];
2100     Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
2101
2102     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
2103     if (EltTy->isSingleValueType()) {
2104       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
2105         if (SROADest) {
2106           // From Other to Alloca.
2107           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
2108           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
2109         } else {
2110           // From Alloca to Other.
2111           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
2112           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
2113         }
2114         continue;
2115       }
2116       assert(isa<MemSetInst>(MI));
2117
2118       // If the stored element is zero (common case), just store a null
2119       // constant.
2120       Constant *StoreVal;
2121       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getArgOperand(1))) {
2122         if (CI->isZero()) {
2123           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
2124         } else {
2125           // If EltTy is a vector type, get the element type.
2126           Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
2127
2128           // Construct an integer with the right value.
2129           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
2130           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
2131           APInt TotalVal(OneVal);
2132           // Set each byte.
2133           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
2134             TotalVal = TotalVal.shl(8);
2135             TotalVal |= OneVal;
2136           }
2137
2138           // Convert the integer value to the appropriate type.
2139           StoreVal = ConstantInt::get(CI->getContext(), TotalVal);
2140           if (ValTy->isPointerTy())
2141             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
2142           else if (ValTy->isFloatingPointTy())
2143             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
2144           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
2145
2146           // If the requested value was a vector constant, create it.
2147           if (EltTy->isVectorTy()) {
2148             unsigned NumElts = cast<VectorType>(EltTy)->getNumElements();
2149             SmallVector<Constant*, 16> Elts(NumElts, StoreVal);
2150             StoreVal = ConstantVector::get(Elts);
2151           }
2152         }
2153         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
2154         continue;
2155       }
2156       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
2157       // this element.
2158     }
2159
2160     unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
2161
2162     IRBuilder<> Builder(MI);
2163
2164     // Finally, insert the meminst for this element.
2165     if (isa<MemSetInst>(MI)) {
2166       Builder.CreateMemSet(EltPtr, MI->getArgOperand(1), EltSize,
2167                            MI->isVolatile());
2168     } else {
2169       assert(isa<MemTransferInst>(MI));
2170       Value *Dst = SROADest ? EltPtr : OtherElt;  // Dest ptr
2171       Value *Src = SROADest ? OtherElt : EltPtr;  // Src ptr
2172
2173       if (isa<MemCpyInst>(MI))
2174         Builder.CreateMemCpy(Dst, Src, EltSize, OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2175       else
2176         Builder.CreateMemMove(Dst, Src, EltSize,OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2177     }
2178   }
2179   DeadInsts.push_back(MI);
2180 }
2181
2182 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found a store of an integer that
2183 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
2184 /// integer and store them individually.
2185 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
2186                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
2187   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
2188   // and store the element value to the individual alloca.
2189   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
2190   Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2191   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2192
2193   IRBuilder<> Builder(SI);
2194   
2195   // Handle tail padding by extending the operand
2196   if (TD->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
2197     SrcVal = Builder.CreateZExt(SrcVal,
2198                             IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits));
2199
2200   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
2201                << '\n');
2202
2203   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2204   // have different ways to compute the element offset.
2205   if (StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2206     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
2207
2208     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2209       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
2210       Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
2211       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2212
2213       if (TD->isBigEndian())
2214         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
2215
2216       Value *EltVal = SrcVal;
2217       if (Shift) {
2218         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2219         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2220       }
2221
2222       // Truncate down to an integer of the right size.
2223       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2224
2225       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2226       if (FieldSizeBits == 0) continue;
2227
2228       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
2229         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2230                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits));
2231       Value *DestField = NewElts[i];
2232       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
2233         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2234       } else if (FieldTy->isFloatingPointTy() || FieldTy->isVectorTy()) {
2235         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2236         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, FieldTy);
2237       } else {
2238         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2239         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2240                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2241       }
2242       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2243     }
2244
2245   } else {
2246     ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
2247     Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
2248     uint64_t ElementOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2249     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
2250
2251     uint64_t Shift;
2252
2253     if (TD->isBigEndian())
2254       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
2255     else
2256       Shift = 0;
2257
2258     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2259       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2260       if (ElementSizeBits == 0) continue;
2261
2262       Value *EltVal = SrcVal;
2263       if (Shift) {
2264         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2265         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2266       }
2267
2268       // Truncate down to an integer of the right size.
2269       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
2270         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2271                                      IntegerType::get(SI->getContext(),
2272                                                       ElementSizeBits));
2273       Value *DestField = NewElts[i];
2274       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
2275         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2276       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPointTy() ||
2277                  ArrayEltTy->isVectorTy()) {
2278         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2279         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, ArrayEltTy);
2280       } else {
2281         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2282         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2283                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2284       }
2285       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2286
2287       if (TD->isBigEndian())
2288         Shift -= ElementOffset;
2289       else
2290         Shift += ElementOffset;
2291     }
2292   }
2293
2294   DeadInsts.push_back(SI);
2295 }
2296
2297 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found a load of the entire allocation to
2298 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
2299 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
2300                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2301   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
2302   // and form the result value.
2303   Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2304   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2305
2306   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
2307                << '\n');
2308
2309   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2310   // have different ways to compute the element offset.
2311   const StructLayout *Layout = 0;
2312   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
2313   if (StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2314     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
2315   } else {
2316     Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
2317     ArrayEltBitOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2318   }
2319
2320   Value *ResultVal =
2321     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
2322
2323   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2324     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
2325     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
2326     Value *SrcField = NewElts[i];
2327     Type *FieldTy =
2328       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
2329     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2330
2331     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2332     if (FieldSizeBits == 0) continue;
2333
2334     IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(),
2335                                                      FieldSizeBits);
2336     if (!FieldTy->isIntegerTy() && !FieldTy->isFloatingPointTy() &&
2337         !FieldTy->isVectorTy())
2338       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
2339                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
2340                                  "", LI);
2341     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
2342
2343     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
2344     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
2345     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
2346       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
2347
2348     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
2349     // we can shift and insert it.
2350     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
2351       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
2352
2353     // Determine the number of bits to shift SrcField.
2354     uint64_t Shift;
2355     if (Layout) // Struct case.
2356       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2357     else  // Array case.
2358       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
2359
2360     if (TD->isBigEndian())
2361       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
2362
2363     if (Shift) {
2364       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
2365       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
2366     }
2367
2368     // Don't create an 'or x, 0' on the first iteration.
2369     if (!isa<Constant>(ResultVal) ||
2370         !cast<Constant>(ResultVal)->isNullValue())
2371       ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
2372     else
2373       ResultVal = SrcField;
2374   }
2375
2376   // Handle tail padding by truncating the result
2377   if (TD->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
2378     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
2379
2380   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
2381   DeadInsts.push_back(LI);
2382 }
2383
2384 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
2385 /// alignment padding in between the elements that would be split apart
2386 /// by SROA; return false otherwise.
2387 static bool HasPadding(Type *Ty, const TargetData &TD) {
2388   if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2389     Ty = ATy->getElementType();
2390     return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
2391   }
2392
2393   // SROA currently handles only Arrays and Structs.
2394   StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
2395   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
2396   unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
2397   for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2398     unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
2399
2400     // Check to see if there is any padding between this element and the
2401     // previous one.
2402     if (i) {
2403       unsigned PrevFieldEnd =
2404         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
2405       if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
2406         return true;
2407     }
2408     PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
2409   }
2410   // Check for tail padding.
2411   if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
2412     unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
2413       TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
2414     if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
2415       return true;
2416   }
2417   return false;
2418 }
2419
2420 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
2421 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
2422 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
2423 bool SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI) {
2424   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
2425   // the users are safe to transform.
2426   AllocaInfo Info(AI);
2427
2428   isSafeForScalarRepl(AI, 0, Info);
2429   if (Info.isUnsafe) {
2430     DEBUG(dbgs() << "Cannot transform: " << *AI << '\n');
2431     return false;
2432   }
2433
2434   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
2435   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
2436   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
2437   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
2438   // struct.
2439   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
2440       HasPadding(AI->getAllocatedType(), *TD))
2441     return false;
2442
2443   // If the alloca never has an access to just *part* of it, but is accessed
2444   // via loads and stores, then we should use ConvertToScalarInfo to promote
2445   // the alloca instead of promoting each piece at a time and inserting fission
2446   // and fusion code.
2447   if (!Info.hasSubelementAccess && Info.hasALoadOrStore) {
2448     // If the struct/array just has one element, use basic SRoA.
2449     if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
2450       if (ST->getNumElements() > 1) return false;
2451     } else {
2452       if (cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType())->getNumElements() > 1)
2453         return false;
2454     }
2455   }
2456   
2457   return true;
2458 }
2459
2460
2461
2462 /// PointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
2463 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
2464 /// constant expressions because we don't can't rewrite arbitrary instructions.
2465 static bool PointsToConstantGlobal(Value *V) {
2466   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
2467     return GV->isConstant();
2468   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
2469     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
2470         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
2471       return PointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
2472   return false;
2473 }
2474
2475 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
2476 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
2477 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
2478 /// track of whether it moves the pointer (with isOffset) but otherwise traverse
2479 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
2480 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant global, we
2481 /// can optimize this.
2482 static bool
2483 isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, MemTransferInst *&TheCopy,
2484                                bool isOffset,
2485                                SmallVector<Instruction *, 4> &LifetimeMarkers) {
2486   // We track lifetime intrinsics as we encounter them.  If we decide to go
2487   // ahead and replace the value with the global, this lets the caller quickly
2488   // eliminate the markers.
2489
2490   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
2491     User *U = cast<Instruction>(*UI);
2492
2493     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
2494       // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
2495       if (!LI->isSimple()) return false;
2496       continue;
2497     }
2498
2499     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
2500       // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
2501       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(BCI, TheCopy, isOffset,
2502                                           LifetimeMarkers))
2503         return false;
2504       continue;
2505     }
2506     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
2507       // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer.  If it
2508       // doesn't, it does.
2509       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(GEP, TheCopy,
2510                                           isOffset || !GEP->hasAllZeroIndices(),
2511                                           LifetimeMarkers))
2512         return false;
2513       continue;
2514     }
2515
2516     if (CallSite CS = U) {
2517       // If this is the function being called then we treat it like a load and
2518       // ignore it.
2519       if (CS.isCallee(UI))
2520         continue;
2521
2522       // If this is a readonly/readnone call site, then we know it is just a
2523       // load (but one that potentially returns the value itself), so we can
2524       // ignore it if we know that the value isn't captured.
2525       unsigned ArgNo = CS.getArgumentNo(UI);
2526       if (CS.onlyReadsMemory() &&
2527           (CS.getInstruction()->use_empty() ||
2528            CS.paramHasAttr(ArgNo+1, Attribute::NoCapture)))
2529         continue;
2530
2531       // If this is being passed as a byval argument, the caller is making a
2532       // copy, so it is only a read of the alloca.
2533       if (CS.paramHasAttr(ArgNo+1, Attribute::ByVal))
2534         continue;
2535     }
2536
2537     // Lifetime intrinsics can be handled by the caller.
2538     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U)) {
2539       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2540           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
2541         assert(II->use_empty() && "Lifetime markers have no result to use!");
2542         LifetimeMarkers.push_back(II);
2543         continue;
2544       }
2545     }
2546
2547     // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
2548     // handle.
2549     MemTransferInst *MI = dyn_cast<MemTransferInst>(U);
2550     if (MI == 0)
2551       return false;
2552
2553     // If the transfer is using the alloca as a source of the transfer, then
2554     // ignore it since it is a load (unless the transfer is volatile).
2555     if (UI.getOperandNo() == 1) {
2556       if (MI->isVolatile()) return false;
2557       continue;
2558     }
2559
2560     // If we already have seen a copy, reject the second one.
2561     if (TheCopy) return false;
2562
2563     // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
2564     // safely handle this.
2565     if (isOffset) return false;
2566
2567     // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
2568     if (UI.getOperandNo() != 0) return false;
2569
2570     // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
2571     if (!PointsToConstantGlobal(MI->getSource()))
2572       return false;
2573
2574     // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
2575     TheCopy = MI;
2576   }
2577   return true;
2578 }
2579
2580 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
2581 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
2582 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
2583 MemTransferInst *
2584 SROA::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI,
2585                                      SmallVector<Instruction*, 4> &ToDelete) {
2586   MemTransferInst *TheCopy = 0;
2587   if (::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, false, ToDelete))
2588     return TheCopy;
2589   return 0;
2590 }