Use the Attributes::get method which takes an AttrVal value directly to simplify...
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / GlobalOpt.cpp
1 //===- GlobalOpt.cpp - Optimize Global Variables --------------------------===//
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 pass transforms simple global variables that never have their address
11 // taken.  If obviously true, it marks read/write globals as constant, deletes
12 // variables only stored to, etc.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #define DEBUG_TYPE "globalopt"
17 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
18 #include "llvm/CallingConv.h"
19 #include "llvm/Constants.h"
20 #include "llvm/DerivedTypes.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/Module.h"
24 #include "llvm/Operator.h"
25 #include "llvm/Pass.h"
26 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
27 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
28 #include "llvm/DataLayout.h"
29 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
30 #include "llvm/Support/CallSite.h"
31 #include "llvm/Support/Debug.h"
32 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
33 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
34 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
35 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
36 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
37 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
38 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
39 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
40 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
41 #include <algorithm>
42 using namespace llvm;
43
44 STATISTIC(NumMarked    , "Number of globals marked constant");
45 STATISTIC(NumUnnamed   , "Number of globals marked unnamed_addr");
46 STATISTIC(NumSRA       , "Number of aggregate globals broken into scalars");
47 STATISTIC(NumHeapSRA   , "Number of heap objects SRA'd");
48 STATISTIC(NumSubstitute,"Number of globals with initializers stored into them");
49 STATISTIC(NumDeleted   , "Number of globals deleted");
50 STATISTIC(NumFnDeleted , "Number of functions deleted");
51 STATISTIC(NumGlobUses  , "Number of global uses devirtualized");
52 STATISTIC(NumLocalized , "Number of globals localized");
53 STATISTIC(NumShrunkToBool  , "Number of global vars shrunk to booleans");
54 STATISTIC(NumFastCallFns   , "Number of functions converted to fastcc");
55 STATISTIC(NumCtorsEvaluated, "Number of static ctors evaluated");
56 STATISTIC(NumNestRemoved   , "Number of nest attributes removed");
57 STATISTIC(NumAliasesResolved, "Number of global aliases resolved");
58 STATISTIC(NumAliasesRemoved, "Number of global aliases eliminated");
59 STATISTIC(NumCXXDtorsRemoved, "Number of global C++ destructors removed");
60
61 namespace {
62   struct GlobalStatus;
63   struct GlobalOpt : public ModulePass {
64     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
65       AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
66     }
67     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
68     GlobalOpt() : ModulePass(ID) {
69       initializeGlobalOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
70     }
71
72     bool runOnModule(Module &M);
73
74   private:
75     GlobalVariable *FindGlobalCtors(Module &M);
76     bool OptimizeFunctions(Module &M);
77     bool OptimizeGlobalVars(Module &M);
78     bool OptimizeGlobalAliases(Module &M);
79     bool OptimizeGlobalCtorsList(GlobalVariable *&GCL);
80     bool ProcessGlobal(GlobalVariable *GV,Module::global_iterator &GVI);
81     bool ProcessInternalGlobal(GlobalVariable *GV,Module::global_iterator &GVI,
82                                const SmallPtrSet<const PHINode*, 16> &PHIUsers,
83                                const GlobalStatus &GS);
84     bool OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(Function *CXAAtExitFn);
85
86     DataLayout *TD;
87     TargetLibraryInfo *TLI;
88   };
89 }
90
91 char GlobalOpt::ID = 0;
92 INITIALIZE_PASS_BEGIN(GlobalOpt, "globalopt",
93                 "Global Variable Optimizer", false, false)
94 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
95 INITIALIZE_PASS_END(GlobalOpt, "globalopt",
96                 "Global Variable Optimizer", false, false)
97
98 ModulePass *llvm::createGlobalOptimizerPass() { return new GlobalOpt(); }
99
100 namespace {
101
102 /// GlobalStatus - As we analyze each global, keep track of some information
103 /// about it.  If we find out that the address of the global is taken, none of
104 /// this info will be accurate.
105 struct GlobalStatus {
106   /// isCompared - True if the global's address is used in a comparison.
107   bool isCompared;
108
109   /// isLoaded - True if the global is ever loaded.  If the global isn't ever
110   /// loaded it can be deleted.
111   bool isLoaded;
112
113   /// StoredType - Keep track of what stores to the global look like.
114   ///
115   enum StoredType {
116     /// NotStored - There is no store to this global.  It can thus be marked
117     /// constant.
118     NotStored,
119
120     /// isInitializerStored - This global is stored to, but the only thing
121     /// stored is the constant it was initialized with.  This is only tracked
122     /// for scalar globals.
123     isInitializerStored,
124
125     /// isStoredOnce - This global is stored to, but only its initializer and
126     /// one other value is ever stored to it.  If this global isStoredOnce, we
127     /// track the value stored to it in StoredOnceValue below.  This is only
128     /// tracked for scalar globals.
129     isStoredOnce,
130
131     /// isStored - This global is stored to by multiple values or something else
132     /// that we cannot track.
133     isStored
134   } StoredType;
135
136   /// StoredOnceValue - If only one value (besides the initializer constant) is
137   /// ever stored to this global, keep track of what value it is.
138   Value *StoredOnceValue;
139
140   /// AccessingFunction/HasMultipleAccessingFunctions - These start out
141   /// null/false.  When the first accessing function is noticed, it is recorded.
142   /// When a second different accessing function is noticed,
143   /// HasMultipleAccessingFunctions is set to true.
144   const Function *AccessingFunction;
145   bool HasMultipleAccessingFunctions;
146
147   /// HasNonInstructionUser - Set to true if this global has a user that is not
148   /// an instruction (e.g. a constant expr or GV initializer).
149   bool HasNonInstructionUser;
150
151   /// HasPHIUser - Set to true if this global has a user that is a PHI node.
152   bool HasPHIUser;
153
154   /// AtomicOrdering - Set to the strongest atomic ordering requirement.
155   AtomicOrdering Ordering;
156
157   GlobalStatus() : isCompared(false), isLoaded(false), StoredType(NotStored),
158                    StoredOnceValue(0), AccessingFunction(0),
159                    HasMultipleAccessingFunctions(false),
160                    HasNonInstructionUser(false), HasPHIUser(false),
161                    Ordering(NotAtomic) {}
162 };
163
164 }
165
166 /// StrongerOrdering - Return the stronger of the two ordering. If the two
167 /// orderings are acquire and release, then return AcquireRelease.
168 ///
169 static AtomicOrdering StrongerOrdering(AtomicOrdering X, AtomicOrdering Y) {
170   if (X == Acquire && Y == Release) return AcquireRelease;
171   if (Y == Acquire && X == Release) return AcquireRelease;
172   return (AtomicOrdering)std::max(X, Y);
173 }
174
175 /// SafeToDestroyConstant - It is safe to destroy a constant iff it is only used
176 /// by constants itself.  Note that constants cannot be cyclic, so this test is
177 /// pretty easy to implement recursively.
178 ///
179 static bool SafeToDestroyConstant(const Constant *C) {
180   if (isa<GlobalValue>(C)) return false;
181
182   for (Value::const_use_iterator UI = C->use_begin(), E = C->use_end(); UI != E;
183        ++UI)
184     if (const Constant *CU = dyn_cast<Constant>(*UI)) {
185       if (!SafeToDestroyConstant(CU)) return false;
186     } else
187       return false;
188   return true;
189 }
190
191
192 /// AnalyzeGlobal - Look at all uses of the global and fill in the GlobalStatus
193 /// structure.  If the global has its address taken, return true to indicate we
194 /// can't do anything with it.
195 ///
196 static bool AnalyzeGlobal(const Value *V, GlobalStatus &GS,
197                           SmallPtrSet<const PHINode*, 16> &PHIUsers) {
198   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;
199        ++UI) {
200     const User *U = *UI;
201     if (const ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
202       GS.HasNonInstructionUser = true;
203       
204       // If the result of the constantexpr isn't pointer type, then we won't
205       // know to expect it in various places.  Just reject early.
206       if (!isa<PointerType>(CE->getType())) return true;
207       
208       if (AnalyzeGlobal(CE, GS, PHIUsers)) return true;
209     } else if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U)) {
210       if (!GS.HasMultipleAccessingFunctions) {
211         const Function *F = I->getParent()->getParent();
212         if (GS.AccessingFunction == 0)
213           GS.AccessingFunction = F;
214         else if (GS.AccessingFunction != F)
215           GS.HasMultipleAccessingFunctions = true;
216       }
217       if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
218         GS.isLoaded = true;
219         // Don't hack on volatile loads.
220         if (LI->isVolatile()) return true;
221         GS.Ordering = StrongerOrdering(GS.Ordering, LI->getOrdering());
222       } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
223         // Don't allow a store OF the address, only stores TO the address.
224         if (SI->getOperand(0) == V) return true;
225
226         // Don't hack on volatile stores.
227         if (SI->isVolatile()) return true;
228         GS.Ordering = StrongerOrdering(GS.Ordering, SI->getOrdering());
229
230         // If this is a direct store to the global (i.e., the global is a scalar
231         // value, not an aggregate), keep more specific information about
232         // stores.
233         if (GS.StoredType != GlobalStatus::isStored) {
234           if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(
235                                                            SI->getOperand(1))) {
236             Value *StoredVal = SI->getOperand(0);
237             if (StoredVal == GV->getInitializer()) {
238               if (GS.StoredType < GlobalStatus::isInitializerStored)
239                 GS.StoredType = GlobalStatus::isInitializerStored;
240             } else if (isa<LoadInst>(StoredVal) &&
241                        cast<LoadInst>(StoredVal)->getOperand(0) == GV) {
242               if (GS.StoredType < GlobalStatus::isInitializerStored)
243                 GS.StoredType = GlobalStatus::isInitializerStored;
244             } else if (GS.StoredType < GlobalStatus::isStoredOnce) {
245               GS.StoredType = GlobalStatus::isStoredOnce;
246               GS.StoredOnceValue = StoredVal;
247             } else if (GS.StoredType == GlobalStatus::isStoredOnce &&
248                        GS.StoredOnceValue == StoredVal) {
249               // noop.
250             } else {
251               GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
252             }
253           } else {
254             GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
255           }
256         }
257       } else if (isa<BitCastInst>(I)) {
258         if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
259       } else if (isa<GetElementPtrInst>(I)) {
260         if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
261       } else if (isa<SelectInst>(I)) {
262         if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
263       } else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
264         // PHI nodes we can check just like select or GEP instructions, but we
265         // have to be careful about infinite recursion.
266         if (PHIUsers.insert(PN))  // Not already visited.
267           if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
268         GS.HasPHIUser = true;
269       } else if (isa<CmpInst>(I)) {
270         GS.isCompared = true;
271       } else if (const MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I)) {
272         if (MTI->isVolatile()) return true;
273         if (MTI->getArgOperand(0) == V)
274           GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
275         if (MTI->getArgOperand(1) == V)
276           GS.isLoaded = true;
277       } else if (const MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(I)) {
278         assert(MSI->getArgOperand(0) == V && "Memset only takes one pointer!");
279         if (MSI->isVolatile()) return true;
280         GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
281       } else {
282         return true;  // Any other non-load instruction might take address!
283       }
284     } else if (const Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
285       GS.HasNonInstructionUser = true;
286       // We might have a dead and dangling constant hanging off of here.
287       if (!SafeToDestroyConstant(C))
288         return true;
289     } else {
290       GS.HasNonInstructionUser = true;
291       // Otherwise must be some other user.
292       return true;
293     }
294   }
295
296   return false;
297 }
298
299 /// isLeakCheckerRoot - Is this global variable possibly used by a leak checker
300 /// as a root?  If so, we might not really want to eliminate the stores to it.
301 static bool isLeakCheckerRoot(GlobalVariable *GV) {
302   // A global variable is a root if it is a pointer, or could plausibly contain
303   // a pointer.  There are two challenges; one is that we could have a struct
304   // the has an inner member which is a pointer.  We recurse through the type to
305   // detect these (up to a point).  The other is that we may actually be a union
306   // of a pointer and another type, and so our LLVM type is an integer which
307   // gets converted into a pointer, or our type is an [i8 x #] with a pointer
308   // potentially contained here.
309
310   if (GV->hasPrivateLinkage())
311     return false;
312
313   SmallVector<Type *, 4> Types;
314   Types.push_back(cast<PointerType>(GV->getType())->getElementType());
315
316   unsigned Limit = 20;
317   do {
318     Type *Ty = Types.pop_back_val();
319     switch (Ty->getTypeID()) {
320       default: break;
321       case Type::PointerTyID: return true;
322       case Type::ArrayTyID:
323       case Type::VectorTyID: {
324         SequentialType *STy = cast<SequentialType>(Ty);
325         Types.push_back(STy->getElementType());
326         break;
327       }
328       case Type::StructTyID: {
329         StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
330         if (STy->isOpaque()) return true;
331         for (StructType::element_iterator I = STy->element_begin(),
332                  E = STy->element_end(); I != E; ++I) {
333           Type *InnerTy = *I;
334           if (isa<PointerType>(InnerTy)) return true;
335           if (isa<CompositeType>(InnerTy))
336             Types.push_back(InnerTy);
337         }
338         break;
339       }
340     }
341     if (--Limit == 0) return true;
342   } while (!Types.empty());
343   return false;
344 }
345
346 /// Given a value that is stored to a global but never read, determine whether
347 /// it's safe to remove the store and the chain of computation that feeds the
348 /// store.
349 static bool IsSafeComputationToRemove(Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
350   do {
351     if (isa<Constant>(V))
352       return true;
353     if (!V->hasOneUse())
354       return false;
355     if (isa<LoadInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) || isa<Argument>(V) ||
356         isa<GlobalValue>(V))
357       return false;
358     if (isAllocationFn(V, TLI))
359       return true;
360
361     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
362     if (I->mayHaveSideEffects())
363       return false;
364     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
365       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
366         return false;
367     } else if (I->getNumOperands() != 1) {
368       return false;
369     }
370
371     V = I->getOperand(0);
372   } while (1);
373 }
374
375 /// CleanupPointerRootUsers - This GV is a pointer root.  Loop over all users
376 /// of the global and clean up any that obviously don't assign the global a
377 /// value that isn't dynamically allocated.
378 ///
379 static bool CleanupPointerRootUsers(GlobalVariable *GV,
380                                     const TargetLibraryInfo *TLI) {
381   // A brief explanation of leak checkers.  The goal is to find bugs where
382   // pointers are forgotten, causing an accumulating growth in memory
383   // usage over time.  The common strategy for leak checkers is to whitelist the
384   // memory pointed to by globals at exit.  This is popular because it also
385   // solves another problem where the main thread of a C++ program may shut down
386   // before other threads that are still expecting to use those globals.  To
387   // handle that case, we expect the program may create a singleton and never
388   // destroy it.
389
390   bool Changed = false;
391
392   // If Dead[n].first is the only use of a malloc result, we can delete its
393   // chain of computation and the store to the global in Dead[n].second.
394   SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 32> Dead;
395
396   // Constants can't be pointers to dynamically allocated memory.
397   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
398        UI != E;) {
399     User *U = *UI++;
400     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
401       Value *V = SI->getValueOperand();
402       if (isa<Constant>(V)) {
403         Changed = true;
404         SI->eraseFromParent();
405       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
406         if (I->hasOneUse())
407           Dead.push_back(std::make_pair(I, SI));
408       }
409     } else if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(U)) {
410       if (isa<Constant>(MSI->getValue())) {
411         Changed = true;
412         MSI->eraseFromParent();
413       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(MSI->getValue())) {
414         if (I->hasOneUse())
415           Dead.push_back(std::make_pair(I, MSI));
416       }
417     } else if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(U)) {
418       GlobalVariable *MemSrc = dyn_cast<GlobalVariable>(MTI->getSource());
419       if (MemSrc && MemSrc->isConstant()) {
420         Changed = true;
421         MTI->eraseFromParent();
422       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(MemSrc)) {
423         if (I->hasOneUse())
424           Dead.push_back(std::make_pair(I, MTI));
425       }
426     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
427       if (CE->use_empty()) {
428         CE->destroyConstant();
429         Changed = true;
430       }
431     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
432       if (SafeToDestroyConstant(C)) {
433         C->destroyConstant();
434         // This could have invalidated UI, start over from scratch.
435         Dead.clear();
436         CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
437         return true;
438       }
439     }
440   }
441
442   for (int i = 0, e = Dead.size(); i != e; ++i) {
443     if (IsSafeComputationToRemove(Dead[i].first, TLI)) {
444       Dead[i].second->eraseFromParent();
445       Instruction *I = Dead[i].first;
446       do {
447         if (isAllocationFn(I, TLI))
448           break;
449         Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
450         if (!J)
451           break;
452         I->eraseFromParent();
453         I = J;
454       } while (1);
455       I->eraseFromParent();
456     }
457   }
458
459   return Changed;
460 }
461
462 /// CleanupConstantGlobalUsers - We just marked GV constant.  Loop over all
463 /// users of the global, cleaning up the obvious ones.  This is largely just a
464 /// quick scan over the use list to clean up the easy and obvious cruft.  This
465 /// returns true if it made a change.
466 static bool CleanupConstantGlobalUsers(Value *V, Constant *Init,
467                                        DataLayout *TD, TargetLibraryInfo *TLI) {
468   bool Changed = false;
469   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;) {
470     User *U = *UI++;
471
472     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
473       if (Init) {
474         // Replace the load with the initializer.
475         LI->replaceAllUsesWith(Init);
476         LI->eraseFromParent();
477         Changed = true;
478       }
479     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
480       // Store must be unreachable or storing Init into the global.
481       SI->eraseFromParent();
482       Changed = true;
483     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
484       if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
485         Constant *SubInit = 0;
486         if (Init)
487           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE);
488         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, SubInit, TD, TLI);
489       } else if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast &&
490                  CE->getType()->isPointerTy()) {
491         // Pointer cast, delete any stores and memsets to the global.
492         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, 0, TD, TLI);
493       }
494
495       if (CE->use_empty()) {
496         CE->destroyConstant();
497         Changed = true;
498       }
499     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
500       // Do not transform "gepinst (gep constexpr (GV))" here, because forming
501       // "gepconstexpr (gep constexpr (GV))" will cause the two gep's to fold
502       // and will invalidate our notion of what Init is.
503       Constant *SubInit = 0;
504       if (!isa<ConstantExpr>(GEP->getOperand(0))) {
505         ConstantExpr *CE =
506           dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(ConstantFoldInstruction(GEP, TD, TLI));
507         if (Init && CE && CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
508           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE);
509
510         // If the initializer is an all-null value and we have an inbounds GEP,
511         // we already know what the result of any load from that GEP is.
512         // TODO: Handle splats.
513         if (Init && isa<ConstantAggregateZero>(Init) && GEP->isInBounds())
514           SubInit = Constant::getNullValue(GEP->getType()->getElementType());
515       }
516       Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(GEP, SubInit, TD, TLI);
517
518       if (GEP->use_empty()) {
519         GEP->eraseFromParent();
520         Changed = true;
521       }
522     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U)) { // memset/cpy/mv
523       if (MI->getRawDest() == V) {
524         MI->eraseFromParent();
525         Changed = true;
526       }
527
528     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
529       // If we have a chain of dead constantexprs or other things dangling from
530       // us, and if they are all dead, nuke them without remorse.
531       if (SafeToDestroyConstant(C)) {
532         C->destroyConstant();
533         // This could have invalidated UI, start over from scratch.
534         CleanupConstantGlobalUsers(V, Init, TD, TLI);
535         return true;
536       }
537     }
538   }
539   return Changed;
540 }
541
542 /// isSafeSROAElementUse - Return true if the specified instruction is a safe
543 /// user of a derived expression from a global that we want to SROA.
544 static bool isSafeSROAElementUse(Value *V) {
545   // We might have a dead and dangling constant hanging off of here.
546   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
547     return SafeToDestroyConstant(C);
548
549   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
550   if (!I) return false;
551
552   // Loads are ok.
553   if (isa<LoadInst>(I)) return true;
554
555   // Stores *to* the pointer are ok.
556   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
557     return SI->getOperand(0) != V;
558
559   // Otherwise, it must be a GEP.
560   GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I);
561   if (GEPI == 0) return false;
562
563   if (GEPI->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEPI->getOperand(1)) ||
564       !cast<Constant>(GEPI->getOperand(1))->isNullValue())
565     return false;
566
567   for (Value::use_iterator I = GEPI->use_begin(), E = GEPI->use_end();
568        I != E; ++I)
569     if (!isSafeSROAElementUse(*I))
570       return false;
571   return true;
572 }
573
574
575 /// IsUserOfGlobalSafeForSRA - U is a direct user of the specified global value.
576 /// Look at it and its uses and decide whether it is safe to SROA this global.
577 ///
578 static bool IsUserOfGlobalSafeForSRA(User *U, GlobalValue *GV) {
579   // The user of the global must be a GEP Inst or a ConstantExpr GEP.
580   if (!isa<GetElementPtrInst>(U) &&
581       (!isa<ConstantExpr>(U) ||
582        cast<ConstantExpr>(U)->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr))
583     return false;
584
585   // Check to see if this ConstantExpr GEP is SRA'able.  In particular, we
586   // don't like < 3 operand CE's, and we don't like non-constant integer
587   // indices.  This enforces that all uses are 'gep GV, 0, C, ...' for some
588   // value of C.
589   if (U->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(U->getOperand(1)) ||
590       !cast<Constant>(U->getOperand(1))->isNullValue() ||
591       !isa<ConstantInt>(U->getOperand(2)))
592     return false;
593
594   gep_type_iterator GEPI = gep_type_begin(U), E = gep_type_end(U);
595   ++GEPI;  // Skip over the pointer index.
596
597   // If this is a use of an array allocation, do a bit more checking for sanity.
598   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*GEPI)) {
599     uint64_t NumElements = AT->getNumElements();
600     ConstantInt *Idx = cast<ConstantInt>(U->getOperand(2));
601
602     // Check to make sure that index falls within the array.  If not,
603     // something funny is going on, so we won't do the optimization.
604     //
605     if (Idx->getZExtValue() >= NumElements)
606       return false;
607
608     // We cannot scalar repl this level of the array unless any array
609     // sub-indices are in-range constants.  In particular, consider:
610     // A[0][i].  We cannot know that the user isn't doing invalid things like
611     // allowing i to index an out-of-range subscript that accesses A[1].
612     //
613     // Scalar replacing *just* the outer index of the array is probably not
614     // going to be a win anyway, so just give up.
615     for (++GEPI; // Skip array index.
616          GEPI != E;
617          ++GEPI) {
618       uint64_t NumElements;
619       if (ArrayType *SubArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(*GEPI))
620         NumElements = SubArrayTy->getNumElements();
621       else if (VectorType *SubVectorTy = dyn_cast<VectorType>(*GEPI))
622         NumElements = SubVectorTy->getNumElements();
623       else {
624         assert((*GEPI)->isStructTy() &&
625                "Indexed GEP type is not array, vector, or struct!");
626         continue;
627       }
628
629       ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPI.getOperand());
630       if (!IdxVal || IdxVal->getZExtValue() >= NumElements)
631         return false;
632     }
633   }
634
635   for (Value::use_iterator I = U->use_begin(), E = U->use_end(); I != E; ++I)
636     if (!isSafeSROAElementUse(*I))
637       return false;
638   return true;
639 }
640
641 /// GlobalUsersSafeToSRA - Look at all uses of the global and decide whether it
642 /// is safe for us to perform this transformation.
643 ///
644 static bool GlobalUsersSafeToSRA(GlobalValue *GV) {
645   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
646        UI != E; ++UI) {
647     if (!IsUserOfGlobalSafeForSRA(*UI, GV))
648       return false;
649   }
650   return true;
651 }
652
653
654 /// SRAGlobal - Perform scalar replacement of aggregates on the specified global
655 /// variable.  This opens the door for other optimizations by exposing the
656 /// behavior of the program in a more fine-grained way.  We have determined that
657 /// this transformation is safe already.  We return the first global variable we
658 /// insert so that the caller can reprocess it.
659 static GlobalVariable *SRAGlobal(GlobalVariable *GV, const DataLayout &TD) {
660   // Make sure this global only has simple uses that we can SRA.
661   if (!GlobalUsersSafeToSRA(GV))
662     return 0;
663
664   assert(GV->hasLocalLinkage() && !GV->isConstant());
665   Constant *Init = GV->getInitializer();
666   Type *Ty = Init->getType();
667
668   std::vector<GlobalVariable*> NewGlobals;
669   Module::GlobalListType &Globals = GV->getParent()->getGlobalList();
670
671   // Get the alignment of the global, either explicit or target-specific.
672   unsigned StartAlignment = GV->getAlignment();
673   if (StartAlignment == 0)
674     StartAlignment = TD.getABITypeAlignment(GV->getType());
675
676   if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
677     NewGlobals.reserve(STy->getNumElements());
678     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(STy);
679     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
680       Constant *In = Init->getAggregateElement(i);
681       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
682       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(STy->getElementType(i), false,
683                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
684                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
685                                                GV->getThreadLocalMode(),
686                                               GV->getType()->getAddressSpace());
687       Globals.insert(GV, NGV);
688       NewGlobals.push_back(NGV);
689
690       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
691       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
692       // propagate info to each field.
693       uint64_t FieldOffset = Layout.getElementOffset(i);
694       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, FieldOffset);
695       if (NewAlign > TD.getABITypeAlignment(STy->getElementType(i)))
696         NGV->setAlignment(NewAlign);
697     }
698   } else if (SequentialType *STy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
699     unsigned NumElements = 0;
700     if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(STy))
701       NumElements = ATy->getNumElements();
702     else
703       NumElements = cast<VectorType>(STy)->getNumElements();
704
705     if (NumElements > 16 && GV->hasNUsesOrMore(16))
706       return 0; // It's not worth it.
707     NewGlobals.reserve(NumElements);
708
709     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSize(STy->getElementType());
710     unsigned EltAlign = TD.getABITypeAlignment(STy->getElementType());
711     for (unsigned i = 0, e = NumElements; i != e; ++i) {
712       Constant *In = Init->getAggregateElement(i);
713       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
714
715       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(STy->getElementType(), false,
716                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
717                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
718                                                GV->getThreadLocalMode(),
719                                               GV->getType()->getAddressSpace());
720       Globals.insert(GV, NGV);
721       NewGlobals.push_back(NGV);
722
723       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
724       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
725       // propagate info to each field.
726       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, EltSize*i);
727       if (NewAlign > EltAlign)
728         NGV->setAlignment(NewAlign);
729     }
730   }
731
732   if (NewGlobals.empty())
733     return 0;
734
735   DEBUG(dbgs() << "PERFORMING GLOBAL SRA ON: " << *GV);
736
737   Constant *NullInt =Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GV->getContext()));
738
739   // Loop over all of the uses of the global, replacing the constantexpr geps,
740   // with smaller constantexpr geps or direct references.
741   while (!GV->use_empty()) {
742     User *GEP = GV->use_back();
743     assert(((isa<ConstantExpr>(GEP) &&
744              cast<ConstantExpr>(GEP)->getOpcode()==Instruction::GetElementPtr)||
745             isa<GetElementPtrInst>(GEP)) && "NonGEP CE's are not SRAable!");
746
747     // Ignore the 1th operand, which has to be zero or else the program is quite
748     // broken (undefined).  Get the 2nd operand, which is the structure or array
749     // index.
750     unsigned Val = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2))->getZExtValue();
751     if (Val >= NewGlobals.size()) Val = 0; // Out of bound array access.
752
753     Value *NewPtr = NewGlobals[Val];
754
755     // Form a shorter GEP if needed.
756     if (GEP->getNumOperands() > 3) {
757       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GEP)) {
758         SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
759         Idxs.push_back(NullInt);
760         for (unsigned i = 3, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
761           Idxs.push_back(CE->getOperand(i));
762         NewPtr = ConstantExpr::getGetElementPtr(cast<Constant>(NewPtr), Idxs);
763       } else {
764         GetElementPtrInst *GEPI = cast<GetElementPtrInst>(GEP);
765         SmallVector<Value*, 8> Idxs;
766         Idxs.push_back(NullInt);
767         for (unsigned i = 3, e = GEPI->getNumOperands(); i != e; ++i)
768           Idxs.push_back(GEPI->getOperand(i));
769         NewPtr = GetElementPtrInst::Create(NewPtr, Idxs,
770                                            GEPI->getName()+"."+Twine(Val),GEPI);
771       }
772     }
773     GEP->replaceAllUsesWith(NewPtr);
774
775     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(GEP))
776       GEPI->eraseFromParent();
777     else
778       cast<ConstantExpr>(GEP)->destroyConstant();
779   }
780
781   // Delete the old global, now that it is dead.
782   Globals.erase(GV);
783   ++NumSRA;
784
785   // Loop over the new globals array deleting any globals that are obviously
786   // dead.  This can arise due to scalarization of a structure or an array that
787   // has elements that are dead.
788   unsigned FirstGlobal = 0;
789   for (unsigned i = 0, e = NewGlobals.size(); i != e; ++i)
790     if (NewGlobals[i]->use_empty()) {
791       Globals.erase(NewGlobals[i]);
792       if (FirstGlobal == i) ++FirstGlobal;
793     }
794
795   return FirstGlobal != NewGlobals.size() ? NewGlobals[FirstGlobal] : 0;
796 }
797
798 /// AllUsesOfValueWillTrapIfNull - Return true if all users of the specified
799 /// value will trap if the value is dynamically null.  PHIs keeps track of any
800 /// phi nodes we've seen to avoid reprocessing them.
801 static bool AllUsesOfValueWillTrapIfNull(const Value *V,
802                                          SmallPtrSet<const PHINode*, 8> &PHIs) {
803   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;
804        ++UI) {
805     const User *U = *UI;
806
807     if (isa<LoadInst>(U)) {
808       // Will trap.
809     } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
810       if (SI->getOperand(0) == V) {
811         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
812         return false;  // Storing the value.
813       }
814     } else if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(U)) {
815       if (CI->getCalledValue() != V) {
816         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
817         return false;  // Not calling the ptr
818       }
819     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(U)) {
820       if (II->getCalledValue() != V) {
821         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
822         return false;  // Not calling the ptr
823       }
824     } else if (const BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
825       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(CI, PHIs)) return false;
826     } else if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
827       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(GEPI, PHIs)) return false;
828     } else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
829       // If we've already seen this phi node, ignore it, it has already been
830       // checked.
831       if (PHIs.insert(PN) && !AllUsesOfValueWillTrapIfNull(PN, PHIs))
832         return false;
833     } else if (isa<ICmpInst>(U) &&
834                isa<ConstantPointerNull>(UI->getOperand(1))) {
835       // Ignore icmp X, null
836     } else {
837       //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
838       return false;
839     }
840   }
841   return true;
842 }
843
844 /// AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull - Return true if all uses of any loads
845 /// from GV will trap if the loaded value is null.  Note that this also permits
846 /// comparisons of the loaded value against null, as a special case.
847 static bool AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(const GlobalVariable *GV) {
848   for (Value::const_use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
849        UI != E; ++UI) {
850     const User *U = *UI;
851
852     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
853       SmallPtrSet<const PHINode*, 8> PHIs;
854       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(LI, PHIs))
855         return false;
856     } else if (isa<StoreInst>(U)) {
857       // Ignore stores to the global.
858     } else {
859       // We don't know or understand this user, bail out.
860       //cerr << "UNKNOWN USER OF GLOBAL!: " << *U;
861       return false;
862     }
863   }
864   return true;
865 }
866
867 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(Value *V, Constant *NewV) {
868   bool Changed = false;
869   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; ) {
870     Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
871     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
872       LI->setOperand(0, NewV);
873       Changed = true;
874     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
875       if (SI->getOperand(1) == V) {
876         SI->setOperand(1, NewV);
877         Changed = true;
878       }
879     } else if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I)) {
880       CallSite CS(I);
881       if (CS.getCalledValue() == V) {
882         // Calling through the pointer!  Turn into a direct call, but be careful
883         // that the pointer is not also being passed as an argument.
884         CS.setCalledFunction(NewV);
885         Changed = true;
886         bool PassedAsArg = false;
887         for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
888           if (CS.getArgument(i) == V) {
889             PassedAsArg = true;
890             CS.setArgument(i, NewV);
891           }
892
893         if (PassedAsArg) {
894           // Being passed as an argument also.  Be careful to not invalidate UI!
895           UI = V->use_begin();
896         }
897       }
898     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
899       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(CI,
900                                 ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
901                                                       NewV, CI->getType()));
902       if (CI->use_empty()) {
903         Changed = true;
904         CI->eraseFromParent();
905       }
906     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
907       // Should handle GEP here.
908       SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
909       Idxs.reserve(GEPI->getNumOperands()-1);
910       for (User::op_iterator i = GEPI->op_begin() + 1, e = GEPI->op_end();
911            i != e; ++i)
912         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(*i))
913           Idxs.push_back(C);
914         else
915           break;
916       if (Idxs.size() == GEPI->getNumOperands()-1)
917         Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(GEPI,
918                           ConstantExpr::getGetElementPtr(NewV, Idxs));
919       if (GEPI->use_empty()) {
920         Changed = true;
921         GEPI->eraseFromParent();
922       }
923     }
924   }
925
926   return Changed;
927 }
928
929
930 /// OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads - The specified global has only one non-null
931 /// value stored into it.  If there are uses of the loaded value that would trap
932 /// if the loaded value is dynamically null, then we know that they cannot be
933 /// reachable with a null optimize away the load.
934 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GlobalVariable *GV, Constant *LV,
935                                             DataLayout *TD,
936                                             TargetLibraryInfo *TLI) {
937   bool Changed = false;
938
939   // Keep track of whether we are able to remove all the uses of the global
940   // other than the store that defines it.
941   bool AllNonStoreUsesGone = true;
942
943   // Replace all uses of loads with uses of uses of the stored value.
944   for (Value::use_iterator GUI = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); GUI != E;){
945     User *GlobalUser = *GUI++;
946     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(GlobalUser)) {
947       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(LI, LV);
948       // If we were able to delete all uses of the loads
949       if (LI->use_empty()) {
950         LI->eraseFromParent();
951         Changed = true;
952       } else {
953         AllNonStoreUsesGone = false;
954       }
955     } else if (isa<StoreInst>(GlobalUser)) {
956       // Ignore the store that stores "LV" to the global.
957       assert(GlobalUser->getOperand(1) == GV &&
958              "Must be storing *to* the global");
959     } else {
960       AllNonStoreUsesGone = false;
961
962       // If we get here we could have other crazy uses that are transitively
963       // loaded.
964       assert((isa<PHINode>(GlobalUser) || isa<SelectInst>(GlobalUser) ||
965               isa<ConstantExpr>(GlobalUser) || isa<CmpInst>(GlobalUser) ||
966               isa<BitCastInst>(GlobalUser) ||
967               isa<GetElementPtrInst>(GlobalUser)) &&
968              "Only expect load and stores!");
969     }
970   }
971
972   if (Changed) {
973     DEBUG(dbgs() << "OPTIMIZED LOADS FROM STORED ONCE POINTER: " << *GV);
974     ++NumGlobUses;
975   }
976
977   // If we nuked all of the loads, then none of the stores are needed either,
978   // nor is the global.
979   if (AllNonStoreUsesGone) {
980     if (isLeakCheckerRoot(GV)) {
981       Changed |= CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
982     } else {
983       Changed = true;
984       CleanupConstantGlobalUsers(GV, 0, TD, TLI);
985     }
986     if (GV->use_empty()) {
987       DEBUG(dbgs() << "  *** GLOBAL NOW DEAD!\n");
988       Changed = true;
989       GV->eraseFromParent();
990       ++NumDeleted;
991     }
992   }
993   return Changed;
994 }
995
996 /// ConstantPropUsersOf - Walk the use list of V, constant folding all of the
997 /// instructions that are foldable.
998 static void ConstantPropUsersOf(Value *V,
999                                 DataLayout *TD, TargetLibraryInfo *TLI) {
1000   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; )
1001     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(*UI++))
1002       if (Constant *NewC = ConstantFoldInstruction(I, TD, TLI)) {
1003         I->replaceAllUsesWith(NewC);
1004
1005         // Advance UI to the next non-I use to avoid invalidating it!
1006         // Instructions could multiply use V.
1007         while (UI != E && *UI == I)
1008           ++UI;
1009         I->eraseFromParent();
1010       }
1011 }
1012
1013 /// OptimizeGlobalAddressOfMalloc - This function takes the specified global
1014 /// variable, and transforms the program as if it always contained the result of
1015 /// the specified malloc.  Because it is always the result of the specified
1016 /// malloc, there is no reason to actually DO the malloc.  Instead, turn the
1017 /// malloc into a global, and any loads of GV as uses of the new global.
1018 static GlobalVariable *OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GlobalVariable *GV,
1019                                                      CallInst *CI,
1020                                                      Type *AllocTy,
1021                                                      ConstantInt *NElements,
1022                                                      DataLayout *TD,
1023                                                      TargetLibraryInfo *TLI) {
1024   DEBUG(errs() << "PROMOTING GLOBAL: " << *GV << "  CALL = " << *CI << '\n');
1025
1026   Type *GlobalType;
1027   if (NElements->getZExtValue() == 1)
1028     GlobalType = AllocTy;
1029   else
1030     // If we have an array allocation, the global variable is of an array.
1031     GlobalType = ArrayType::get(AllocTy, NElements->getZExtValue());
1032
1033   // Create the new global variable.  The contents of the malloc'd memory is
1034   // undefined, so initialize with an undef value.
1035   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(*GV->getParent(),
1036                                              GlobalType, false,
1037                                              GlobalValue::InternalLinkage,
1038                                              UndefValue::get(GlobalType),
1039                                              GV->getName()+".body",
1040                                              GV,
1041                                              GV->getThreadLocalMode());
1042
1043   // If there are bitcast users of the malloc (which is typical, usually we have
1044   // a malloc + bitcast) then replace them with uses of the new global.  Update
1045   // other users to use the global as well.
1046   BitCastInst *TheBC = 0;
1047   while (!CI->use_empty()) {
1048     Instruction *User = cast<Instruction>(CI->use_back());
1049     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1050       if (BCI->getType() == NewGV->getType()) {
1051         BCI->replaceAllUsesWith(NewGV);
1052         BCI->eraseFromParent();
1053       } else {
1054         BCI->setOperand(0, NewGV);
1055       }
1056     } else {
1057       if (TheBC == 0)
1058         TheBC = new BitCastInst(NewGV, CI->getType(), "newgv", CI);
1059       User->replaceUsesOfWith(CI, TheBC);
1060     }
1061   }
1062
1063   Constant *RepValue = NewGV;
1064   if (NewGV->getType() != GV->getType()->getElementType())
1065     RepValue = ConstantExpr::getBitCast(RepValue,
1066                                         GV->getType()->getElementType());
1067
1068   // If there is a comparison against null, we will insert a global bool to
1069   // keep track of whether the global was initialized yet or not.
1070   GlobalVariable *InitBool =
1071     new GlobalVariable(Type::getInt1Ty(GV->getContext()), false,
1072                        GlobalValue::InternalLinkage,
1073                        ConstantInt::getFalse(GV->getContext()),
1074                        GV->getName()+".init", GV->getThreadLocalMode());
1075   bool InitBoolUsed = false;
1076
1077   // Loop over all uses of GV, processing them in turn.
1078   while (!GV->use_empty()) {
1079     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GV->use_back())) {
1080       // The global is initialized when the store to it occurs.
1081       new StoreInst(ConstantInt::getTrue(GV->getContext()), InitBool, false, 0,
1082                     SI->getOrdering(), SI->getSynchScope(), SI);
1083       SI->eraseFromParent();
1084       continue;
1085     }
1086
1087     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(GV->use_back());
1088     while (!LI->use_empty()) {
1089       Use &LoadUse = LI->use_begin().getUse();
1090       if (!isa<ICmpInst>(LoadUse.getUser())) {
1091         LoadUse = RepValue;
1092         continue;
1093       }
1094
1095       ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(LoadUse.getUser());
1096       // Replace the cmp X, 0 with a use of the bool value.
1097       // Sink the load to where the compare was, if atomic rules allow us to.
1098       Value *LV = new LoadInst(InitBool, InitBool->getName()+".val", false, 0,
1099                                LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(),
1100                                LI->isUnordered() ? (Instruction*)ICI : LI);
1101       InitBoolUsed = true;
1102       switch (ICI->getPredicate()) {
1103       default: llvm_unreachable("Unknown ICmp Predicate!");
1104       case ICmpInst::ICMP_ULT:
1105       case ICmpInst::ICMP_SLT:   // X < null -> always false
1106         LV = ConstantInt::getFalse(GV->getContext());
1107         break;
1108       case ICmpInst::ICMP_ULE:
1109       case ICmpInst::ICMP_SLE:
1110       case ICmpInst::ICMP_EQ:
1111         LV = BinaryOperator::CreateNot(LV, "notinit", ICI);
1112         break;
1113       case ICmpInst::ICMP_NE:
1114       case ICmpInst::ICMP_UGE:
1115       case ICmpInst::ICMP_SGE:
1116       case ICmpInst::ICMP_UGT:
1117       case ICmpInst::ICMP_SGT:
1118         break;  // no change.
1119       }
1120       ICI->replaceAllUsesWith(LV);
1121       ICI->eraseFromParent();
1122     }
1123     LI->eraseFromParent();
1124   }
1125
1126   // If the initialization boolean was used, insert it, otherwise delete it.
1127   if (!InitBoolUsed) {
1128     while (!InitBool->use_empty())  // Delete initializations
1129       cast<StoreInst>(InitBool->use_back())->eraseFromParent();
1130     delete InitBool;
1131   } else
1132     GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV, InitBool);
1133
1134   // Now the GV is dead, nuke it and the malloc..
1135   GV->eraseFromParent();
1136   CI->eraseFromParent();
1137
1138   // To further other optimizations, loop over all users of NewGV and try to
1139   // constant prop them.  This will promote GEP instructions with constant
1140   // indices into GEP constant-exprs, which will allow global-opt to hack on it.
1141   ConstantPropUsersOf(NewGV, TD, TLI);
1142   if (RepValue != NewGV)
1143     ConstantPropUsersOf(RepValue, TD, TLI);
1144
1145   return NewGV;
1146 }
1147
1148 /// ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal - Scan the use-list of V checking
1149 /// to make sure that there are no complex uses of V.  We permit simple things
1150 /// like dereferencing the pointer, but not storing through the address, unless
1151 /// it is to the specified global.
1152 static bool ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(const Instruction *V,
1153                                                       const GlobalVariable *GV,
1154                                          SmallPtrSet<const PHINode*, 8> &PHIs) {
1155   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end();
1156        UI != E; ++UI) {
1157     const Instruction *Inst = cast<Instruction>(*UI);
1158
1159     if (isa<LoadInst>(Inst) || isa<CmpInst>(Inst)) {
1160       continue; // Fine, ignore.
1161     }
1162
1163     if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1164       if (SI->getOperand(0) == V && SI->getOperand(1) != GV)
1165         return false;  // Storing the pointer itself... bad.
1166       continue; // Otherwise, storing through it, or storing into GV... fine.
1167     }
1168
1169     // Must index into the array and into the struct.
1170     if (isa<GetElementPtrInst>(Inst) && Inst->getNumOperands() >= 3) {
1171       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(Inst, GV, PHIs))
1172         return false;
1173       continue;
1174     }
1175
1176     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Inst)) {
1177       // PHIs are ok if all uses are ok.  Don't infinitely recurse through PHI
1178       // cycles.
1179       if (PHIs.insert(PN))
1180         if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(PN, GV, PHIs))
1181           return false;
1182       continue;
1183     }
1184
1185     if (const BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Inst)) {
1186       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(BCI, GV, PHIs))
1187         return false;
1188       continue;
1189     }
1190
1191     return false;
1192   }
1193   return true;
1194 }
1195
1196 /// ReplaceUsesOfMallocWithGlobal - The Alloc pointer is stored into GV
1197 /// somewhere.  Transform all uses of the allocation into loads from the
1198 /// global and uses of the resultant pointer.  Further, delete the store into
1199 /// GV.  This assumes that these value pass the
1200 /// 'ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal' predicate.
1201 static void ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(Instruction *Alloc,
1202                                           GlobalVariable *GV) {
1203   while (!Alloc->use_empty()) {
1204     Instruction *U = cast<Instruction>(*Alloc->use_begin());
1205     Instruction *InsertPt = U;
1206     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1207       // If this is the store of the allocation into the global, remove it.
1208       if (SI->getOperand(1) == GV) {
1209         SI->eraseFromParent();
1210         continue;
1211       }
1212     } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1213       // Insert the load in the corresponding predecessor, not right before the
1214       // PHI.
1215       InsertPt = PN->getIncomingBlock(Alloc->use_begin())->getTerminator();
1216     } else if (isa<BitCastInst>(U)) {
1217       // Must be bitcast between the malloc and store to initialize the global.
1218       ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(U, GV);
1219       U->eraseFromParent();
1220       continue;
1221     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
1222       // If this is a "GEP bitcast" and the user is a store to the global, then
1223       // just process it as a bitcast.
1224       if (GEPI->hasAllZeroIndices() && GEPI->hasOneUse())
1225         if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GEPI->use_back()))
1226           if (SI->getOperand(1) == GV) {
1227             // Must be bitcast GEP between the malloc and store to initialize
1228             // the global.
1229             ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(GEPI, GV);
1230             GEPI->eraseFromParent();
1231             continue;
1232           }
1233     }
1234
1235     // Insert a load from the global, and use it instead of the malloc.
1236     Value *NL = new LoadInst(GV, GV->getName()+".val", InsertPt);
1237     U->replaceUsesOfWith(Alloc, NL);
1238   }
1239 }
1240
1241 /// LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA - Verify that all uses of V (a load, or a phi
1242 /// of a load) are simple enough to perform heap SRA on.  This permits GEP's
1243 /// that index through the array and struct field, icmps of null, and PHIs.
1244 static bool LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(const Value *V,
1245                         SmallPtrSet<const PHINode*, 32> &LoadUsingPHIs,
1246                         SmallPtrSet<const PHINode*, 32> &LoadUsingPHIsPerLoad) {
1247   // We permit two users of the load: setcc comparing against the null
1248   // pointer, and a getelementptr of a specific form.
1249   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;
1250        ++UI) {
1251     const Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1252
1253     // Comparison against null is ok.
1254     if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(User)) {
1255       if (!isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1256         return false;
1257       continue;
1258     }
1259
1260     // getelementptr is also ok, but only a simple form.
1261     if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1262       // Must index into the array and into the struct.
1263       if (GEPI->getNumOperands() < 3)
1264         return false;
1265
1266       // Otherwise the GEP is ok.
1267       continue;
1268     }
1269
1270     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1271       if (!LoadUsingPHIsPerLoad.insert(PN))
1272         // This means some phi nodes are dependent on each other.
1273         // Avoid infinite looping!
1274         return false;
1275       if (!LoadUsingPHIs.insert(PN))
1276         // If we have already analyzed this PHI, then it is safe.
1277         continue;
1278
1279       // Make sure all uses of the PHI are simple enough to transform.
1280       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(PN,
1281                                           LoadUsingPHIs, LoadUsingPHIsPerLoad))
1282         return false;
1283
1284       continue;
1285     }
1286
1287     // Otherwise we don't know what this is, not ok.
1288     return false;
1289   }
1290
1291   return true;
1292 }
1293
1294
1295 /// AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA - If all users of values loaded from
1296 /// GV are simple enough to perform HeapSRA, return true.
1297 static bool AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(const GlobalVariable *GV,
1298                                                     Instruction *StoredVal) {
1299   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> LoadUsingPHIs;
1300   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> LoadUsingPHIsPerLoad;
1301   for (Value::const_use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
1302        UI != E; ++UI)
1303     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
1304       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(LI, LoadUsingPHIs,
1305                                           LoadUsingPHIsPerLoad))
1306         return false;
1307       LoadUsingPHIsPerLoad.clear();
1308     }
1309
1310   // If we reach here, we know that all uses of the loads and transitive uses
1311   // (through PHI nodes) are simple enough to transform.  However, we don't know
1312   // that all inputs the to the PHI nodes are in the same equivalence sets.
1313   // Check to verify that all operands of the PHIs are either PHIS that can be
1314   // transformed, loads from GV, or MI itself.
1315   for (SmallPtrSet<const PHINode*, 32>::const_iterator I = LoadUsingPHIs.begin()
1316        , E = LoadUsingPHIs.end(); I != E; ++I) {
1317     const PHINode *PN = *I;
1318     for (unsigned op = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); op != e; ++op) {
1319       Value *InVal = PN->getIncomingValue(op);
1320
1321       // PHI of the stored value itself is ok.
1322       if (InVal == StoredVal) continue;
1323
1324       if (const PHINode *InPN = dyn_cast<PHINode>(InVal)) {
1325         // One of the PHIs in our set is (optimistically) ok.
1326         if (LoadUsingPHIs.count(InPN))
1327           continue;
1328         return false;
1329       }
1330
1331       // Load from GV is ok.
1332       if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(InVal))
1333         if (LI->getOperand(0) == GV)
1334           continue;
1335
1336       // UNDEF? NULL?
1337
1338       // Anything else is rejected.
1339       return false;
1340     }
1341   }
1342
1343   return true;
1344 }
1345
1346 static Value *GetHeapSROAValue(Value *V, unsigned FieldNo,
1347                DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1348                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1349   std::vector<Value*> &FieldVals = InsertedScalarizedValues[V];
1350
1351   if (FieldNo >= FieldVals.size())
1352     FieldVals.resize(FieldNo+1);
1353
1354   // If we already have this value, just reuse the previously scalarized
1355   // version.
1356   if (Value *FieldVal = FieldVals[FieldNo])
1357     return FieldVal;
1358
1359   // Depending on what instruction this is, we have several cases.
1360   Value *Result;
1361   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
1362     // This is a scalarized version of the load from the global.  Just create
1363     // a new Load of the scalarized global.
1364     Result = new LoadInst(GetHeapSROAValue(LI->getOperand(0), FieldNo,
1365                                            InsertedScalarizedValues,
1366                                            PHIsToRewrite),
1367                           LI->getName()+".f"+Twine(FieldNo), LI);
1368   } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1369     // PN's type is pointer to struct.  Make a new PHI of pointer to struct
1370     // field.
1371     StructType *ST =
1372       cast<StructType>(cast<PointerType>(PN->getType())->getElementType());
1373
1374     PHINode *NewPN =
1375      PHINode::Create(PointerType::getUnqual(ST->getElementType(FieldNo)),
1376                      PN->getNumIncomingValues(),
1377                      PN->getName()+".f"+Twine(FieldNo), PN);
1378     Result = NewPN;
1379     PHIsToRewrite.push_back(std::make_pair(PN, FieldNo));
1380   } else {
1381     llvm_unreachable("Unknown usable value");
1382   }
1383
1384   return FieldVals[FieldNo] = Result;
1385 }
1386
1387 /// RewriteHeapSROALoadUser - Given a load instruction and a value derived from
1388 /// the load, rewrite the derived value to use the HeapSRoA'd load.
1389 static void RewriteHeapSROALoadUser(Instruction *LoadUser,
1390              DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1391                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1392   // If this is a comparison against null, handle it.
1393   if (ICmpInst *SCI = dyn_cast<ICmpInst>(LoadUser)) {
1394     assert(isa<ConstantPointerNull>(SCI->getOperand(1)));
1395     // If we have a setcc of the loaded pointer, we can use a setcc of any
1396     // field.
1397     Value *NPtr = GetHeapSROAValue(SCI->getOperand(0), 0,
1398                                    InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1399
1400     Value *New = new ICmpInst(SCI, SCI->getPredicate(), NPtr,
1401                               Constant::getNullValue(NPtr->getType()),
1402                               SCI->getName());
1403     SCI->replaceAllUsesWith(New);
1404     SCI->eraseFromParent();
1405     return;
1406   }
1407
1408   // Handle 'getelementptr Ptr, Idx, i32 FieldNo ...'
1409   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LoadUser)) {
1410     assert(GEPI->getNumOperands() >= 3 && isa<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))
1411            && "Unexpected GEPI!");
1412
1413     // Load the pointer for this field.
1414     unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))->getZExtValue();
1415     Value *NewPtr = GetHeapSROAValue(GEPI->getOperand(0), FieldNo,
1416                                      InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1417
1418     // Create the new GEP idx vector.
1419     SmallVector<Value*, 8> GEPIdx;
1420     GEPIdx.push_back(GEPI->getOperand(1));
1421     GEPIdx.append(GEPI->op_begin()+3, GEPI->op_end());
1422
1423     Value *NGEPI = GetElementPtrInst::Create(NewPtr, GEPIdx,
1424                                              GEPI->getName(), GEPI);
1425     GEPI->replaceAllUsesWith(NGEPI);
1426     GEPI->eraseFromParent();
1427     return;
1428   }
1429
1430   // Recursively transform the users of PHI nodes.  This will lazily create the
1431   // PHIs that are needed for individual elements.  Keep track of what PHIs we
1432   // see in InsertedScalarizedValues so that we don't get infinite loops (very
1433   // antisocial).  If the PHI is already in InsertedScalarizedValues, it has
1434   // already been seen first by another load, so its uses have already been
1435   // processed.
1436   PHINode *PN = cast<PHINode>(LoadUser);
1437   if (!InsertedScalarizedValues.insert(std::make_pair(PN,
1438                                               std::vector<Value*>())).second)
1439     return;
1440
1441   // If this is the first time we've seen this PHI, recursively process all
1442   // users.
1443   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end(); UI != E; ) {
1444     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1445     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1446   }
1447 }
1448
1449 /// RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA - We are performing Heap SRoA on a global.  Ptr
1450 /// is a value loaded from the global.  Eliminate all uses of Ptr, making them
1451 /// use FieldGlobals instead.  All uses of loaded values satisfy
1452 /// AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA.
1453 static void RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LoadInst *Load,
1454                DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1455                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1456   for (Value::use_iterator UI = Load->use_begin(), E = Load->use_end();
1457        UI != E; ) {
1458     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1459     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1460   }
1461
1462   if (Load->use_empty()) {
1463     Load->eraseFromParent();
1464     InsertedScalarizedValues.erase(Load);
1465   }
1466 }
1467
1468 /// PerformHeapAllocSRoA - CI is an allocation of an array of structures.  Break
1469 /// it up into multiple allocations of arrays of the fields.
1470 static GlobalVariable *PerformHeapAllocSRoA(GlobalVariable *GV, CallInst *CI,
1471                                             Value *NElems, DataLayout *TD,
1472                                             const TargetLibraryInfo *TLI) {
1473   DEBUG(dbgs() << "SROA HEAP ALLOC: " << *GV << "  MALLOC = " << *CI << '\n');
1474   Type *MAT = getMallocAllocatedType(CI, TLI);
1475   StructType *STy = cast<StructType>(MAT);
1476
1477   // There is guaranteed to be at least one use of the malloc (storing
1478   // it into GV).  If there are other uses, change them to be uses of
1479   // the global to simplify later code.  This also deletes the store
1480   // into GV.
1481   ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(CI, GV);
1482
1483   // Okay, at this point, there are no users of the malloc.  Insert N
1484   // new mallocs at the same place as CI, and N globals.
1485   std::vector<Value*> FieldGlobals;
1486   std::vector<Value*> FieldMallocs;
1487
1488   for (unsigned FieldNo = 0, e = STy->getNumElements(); FieldNo != e;++FieldNo){
1489     Type *FieldTy = STy->getElementType(FieldNo);
1490     PointerType *PFieldTy = PointerType::getUnqual(FieldTy);
1491
1492     GlobalVariable *NGV =
1493       new GlobalVariable(*GV->getParent(),
1494                          PFieldTy, false, GlobalValue::InternalLinkage,
1495                          Constant::getNullValue(PFieldTy),
1496                          GV->getName() + ".f" + Twine(FieldNo), GV,
1497                          GV->getThreadLocalMode());
1498     FieldGlobals.push_back(NGV);
1499
1500     unsigned TypeSize = TD->getTypeAllocSize(FieldTy);
1501     if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(FieldTy))
1502       TypeSize = TD->getStructLayout(ST)->getSizeInBytes();
1503     Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(CI->getContext());
1504     Value *NMI = CallInst::CreateMalloc(CI, IntPtrTy, FieldTy,
1505                                         ConstantInt::get(IntPtrTy, TypeSize),
1506                                         NElems, 0,
1507                                         CI->getName() + ".f" + Twine(FieldNo));
1508     FieldMallocs.push_back(NMI);
1509     new StoreInst(NMI, NGV, CI);
1510   }
1511
1512   // The tricky aspect of this transformation is handling the case when malloc
1513   // fails.  In the original code, malloc failing would set the result pointer
1514   // of malloc to null.  In this case, some mallocs could succeed and others
1515   // could fail.  As such, we emit code that looks like this:
1516   //    F0 = malloc(field0)
1517   //    F1 = malloc(field1)
1518   //    F2 = malloc(field2)
1519   //    if (F0 == 0 || F1 == 0 || F2 == 0) {
1520   //      if (F0) { free(F0); F0 = 0; }
1521   //      if (F1) { free(F1); F1 = 0; }
1522   //      if (F2) { free(F2); F2 = 0; }
1523   //    }
1524   // The malloc can also fail if its argument is too large.
1525   Constant *ConstantZero = ConstantInt::get(CI->getArgOperand(0)->getType(), 0);
1526   Value *RunningOr = new ICmpInst(CI, ICmpInst::ICMP_SLT, CI->getArgOperand(0),
1527                                   ConstantZero, "isneg");
1528   for (unsigned i = 0, e = FieldMallocs.size(); i != e; ++i) {
1529     Value *Cond = new ICmpInst(CI, ICmpInst::ICMP_EQ, FieldMallocs[i],
1530                              Constant::getNullValue(FieldMallocs[i]->getType()),
1531                                "isnull");
1532     RunningOr = BinaryOperator::CreateOr(RunningOr, Cond, "tmp", CI);
1533   }
1534
1535   // Split the basic block at the old malloc.
1536   BasicBlock *OrigBB = CI->getParent();
1537   BasicBlock *ContBB = OrigBB->splitBasicBlock(CI, "malloc_cont");
1538
1539   // Create the block to check the first condition.  Put all these blocks at the
1540   // end of the function as they are unlikely to be executed.
1541   BasicBlock *NullPtrBlock = BasicBlock::Create(OrigBB->getContext(),
1542                                                 "malloc_ret_null",
1543                                                 OrigBB->getParent());
1544
1545   // Remove the uncond branch from OrigBB to ContBB, turning it into a cond
1546   // branch on RunningOr.
1547   OrigBB->getTerminator()->eraseFromParent();
1548   BranchInst::Create(NullPtrBlock, ContBB, RunningOr, OrigBB);
1549
1550   // Within the NullPtrBlock, we need to emit a comparison and branch for each
1551   // pointer, because some may be null while others are not.
1552   for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1553     Value *GVVal = new LoadInst(FieldGlobals[i], "tmp", NullPtrBlock);
1554     Value *Cmp = new ICmpInst(*NullPtrBlock, ICmpInst::ICMP_NE, GVVal,
1555                               Constant::getNullValue(GVVal->getType()));
1556     BasicBlock *FreeBlock = BasicBlock::Create(Cmp->getContext(), "free_it",
1557                                                OrigBB->getParent());
1558     BasicBlock *NextBlock = BasicBlock::Create(Cmp->getContext(), "next",
1559                                                OrigBB->getParent());
1560     Instruction *BI = BranchInst::Create(FreeBlock, NextBlock,
1561                                          Cmp, NullPtrBlock);
1562
1563     // Fill in FreeBlock.
1564     CallInst::CreateFree(GVVal, BI);
1565     new StoreInst(Constant::getNullValue(GVVal->getType()), FieldGlobals[i],
1566                   FreeBlock);
1567     BranchInst::Create(NextBlock, FreeBlock);
1568
1569     NullPtrBlock = NextBlock;
1570   }
1571
1572   BranchInst::Create(ContBB, NullPtrBlock);
1573
1574   // CI is no longer needed, remove it.
1575   CI->eraseFromParent();
1576
1577   /// InsertedScalarizedLoads - As we process loads, if we can't immediately
1578   /// update all uses of the load, keep track of what scalarized loads are
1579   /// inserted for a given load.
1580   DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > InsertedScalarizedValues;
1581   InsertedScalarizedValues[GV] = FieldGlobals;
1582
1583   std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > PHIsToRewrite;
1584
1585   // Okay, the malloc site is completely handled.  All of the uses of GV are now
1586   // loads, and all uses of those loads are simple.  Rewrite them to use loads
1587   // of the per-field globals instead.
1588   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); UI != E;) {
1589     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1590
1591     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1592       RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LI, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1593       continue;
1594     }
1595
1596     // Must be a store of null.
1597     StoreInst *SI = cast<StoreInst>(User);
1598     assert(isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(0)) &&
1599            "Unexpected heap-sra user!");
1600
1601     // Insert a store of null into each global.
1602     for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1603       PointerType *PT = cast<PointerType>(FieldGlobals[i]->getType());
1604       Constant *Null = Constant::getNullValue(PT->getElementType());
1605       new StoreInst(Null, FieldGlobals[i], SI);
1606     }
1607     // Erase the original store.
1608     SI->eraseFromParent();
1609   }
1610
1611   // While we have PHIs that are interesting to rewrite, do it.
1612   while (!PHIsToRewrite.empty()) {
1613     PHINode *PN = PHIsToRewrite.back().first;
1614     unsigned FieldNo = PHIsToRewrite.back().second;
1615     PHIsToRewrite.pop_back();
1616     PHINode *FieldPN = cast<PHINode>(InsertedScalarizedValues[PN][FieldNo]);
1617     assert(FieldPN->getNumIncomingValues() == 0 &&"Already processed this phi");
1618
1619     // Add all the incoming values.  This can materialize more phis.
1620     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1621       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1622       InVal = GetHeapSROAValue(InVal, FieldNo, InsertedScalarizedValues,
1623                                PHIsToRewrite);
1624       FieldPN->addIncoming(InVal, PN->getIncomingBlock(i));
1625     }
1626   }
1627
1628   // Drop all inter-phi links and any loads that made it this far.
1629   for (DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator
1630        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1631        I != E; ++I) {
1632     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1633       PN->dropAllReferences();
1634     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1635       LI->dropAllReferences();
1636   }
1637
1638   // Delete all the phis and loads now that inter-references are dead.
1639   for (DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator
1640        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1641        I != E; ++I) {
1642     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1643       PN->eraseFromParent();
1644     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1645       LI->eraseFromParent();
1646   }
1647
1648   // The old global is now dead, remove it.
1649   GV->eraseFromParent();
1650
1651   ++NumHeapSRA;
1652   return cast<GlobalVariable>(FieldGlobals[0]);
1653 }
1654
1655 /// TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal - This function is called when we see a
1656 /// pointer global variable with a single value stored it that is a malloc or
1657 /// cast of malloc.
1658 static bool TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GlobalVariable *GV,
1659                                                CallInst *CI,
1660                                                Type *AllocTy,
1661                                                AtomicOrdering Ordering,
1662                                                Module::global_iterator &GVI,
1663                                                DataLayout *TD,
1664                                                TargetLibraryInfo *TLI) {
1665   if (!TD)
1666     return false;
1667
1668   // If this is a malloc of an abstract type, don't touch it.
1669   if (!AllocTy->isSized())
1670     return false;
1671
1672   // We can't optimize this global unless all uses of it are *known* to be
1673   // of the malloc value, not of the null initializer value (consider a use
1674   // that compares the global's value against zero to see if the malloc has
1675   // been reached).  To do this, we check to see if all uses of the global
1676   // would trap if the global were null: this proves that they must all
1677   // happen after the malloc.
1678   if (!AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(GV))
1679     return false;
1680
1681   // We can't optimize this if the malloc itself is used in a complex way,
1682   // for example, being stored into multiple globals.  This allows the
1683   // malloc to be stored into the specified global, loaded icmp'd, and
1684   // GEP'd.  These are all things we could transform to using the global
1685   // for.
1686   SmallPtrSet<const PHINode*, 8> PHIs;
1687   if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(CI, GV, PHIs))
1688     return false;
1689
1690   // If we have a global that is only initialized with a fixed size malloc,
1691   // transform the program to use global memory instead of malloc'd memory.
1692   // This eliminates dynamic allocation, avoids an indirection accessing the
1693   // data, and exposes the resultant global to further GlobalOpt.
1694   // We cannot optimize the malloc if we cannot determine malloc array size.
1695   Value *NElems = getMallocArraySize(CI, TD, TLI, true);
1696   if (!NElems)
1697     return false;
1698
1699   if (ConstantInt *NElements = dyn_cast<ConstantInt>(NElems))
1700     // Restrict this transformation to only working on small allocations
1701     // (2048 bytes currently), as we don't want to introduce a 16M global or
1702     // something.
1703     if (NElements->getZExtValue() * TD->getTypeAllocSize(AllocTy) < 2048) {
1704       GVI = OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GV, CI, AllocTy, NElements, TD, TLI);
1705       return true;
1706     }
1707
1708   // If the allocation is an array of structures, consider transforming this
1709   // into multiple malloc'd arrays, one for each field.  This is basically
1710   // SRoA for malloc'd memory.
1711
1712   if (Ordering != NotAtomic)
1713     return false;
1714
1715   // If this is an allocation of a fixed size array of structs, analyze as a
1716   // variable size array.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1717   if (NElems == ConstantInt::get(CI->getArgOperand(0)->getType(), 1))
1718     if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(AllocTy))
1719       AllocTy = AT->getElementType();
1720
1721   StructType *AllocSTy = dyn_cast<StructType>(AllocTy);
1722   if (!AllocSTy)
1723     return false;
1724
1725   // This the structure has an unreasonable number of fields, leave it
1726   // alone.
1727   if (AllocSTy->getNumElements() <= 16 && AllocSTy->getNumElements() != 0 &&
1728       AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(GV, CI)) {
1729
1730     // If this is a fixed size array, transform the Malloc to be an alloc of
1731     // structs.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1732     if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(getMallocAllocatedType(CI, TLI))) {
1733       Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(CI->getContext());
1734       unsigned TypeSize = TD->getStructLayout(AllocSTy)->getSizeInBytes();
1735       Value *AllocSize = ConstantInt::get(IntPtrTy, TypeSize);
1736       Value *NumElements = ConstantInt::get(IntPtrTy, AT->getNumElements());
1737       Instruction *Malloc = CallInst::CreateMalloc(CI, IntPtrTy, AllocSTy,
1738                                                    AllocSize, NumElements,
1739                                                    0, CI->getName());
1740       Instruction *Cast = new BitCastInst(Malloc, CI->getType(), "tmp", CI);
1741       CI->replaceAllUsesWith(Cast);
1742       CI->eraseFromParent();
1743       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Malloc))
1744         CI = cast<CallInst>(BCI->getOperand(0));
1745       else
1746         CI = cast<CallInst>(Malloc);
1747     }
1748
1749     GVI = PerformHeapAllocSRoA(GV, CI, getMallocArraySize(CI, TD, TLI, true),
1750                                TD, TLI);
1751     return true;
1752   }
1753
1754   return false;
1755 }
1756
1757 // OptimizeOnceStoredGlobal - Try to optimize globals based on the knowledge
1758 // that only one value (besides its initializer) is ever stored to the global.
1759 static bool OptimizeOnceStoredGlobal(GlobalVariable *GV, Value *StoredOnceVal,
1760                                      AtomicOrdering Ordering,
1761                                      Module::global_iterator &GVI,
1762                                      DataLayout *TD, TargetLibraryInfo *TLI) {
1763   // Ignore no-op GEPs and bitcasts.
1764   StoredOnceVal = StoredOnceVal->stripPointerCasts();
1765
1766   // If we are dealing with a pointer global that is initialized to null and
1767   // only has one (non-null) value stored into it, then we can optimize any
1768   // users of the loaded value (often calls and loads) that would trap if the
1769   // value was null.
1770   if (GV->getInitializer()->getType()->isPointerTy() &&
1771       GV->getInitializer()->isNullValue()) {
1772     if (Constant *SOVC = dyn_cast<Constant>(StoredOnceVal)) {
1773       if (GV->getInitializer()->getType() != SOVC->getType())
1774         SOVC = ConstantExpr::getBitCast(SOVC, GV->getInitializer()->getType());
1775
1776       // Optimize away any trapping uses of the loaded value.
1777       if (OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GV, SOVC, TD, TLI))
1778         return true;
1779     } else if (CallInst *CI = extractMallocCall(StoredOnceVal, TLI)) {
1780       Type *MallocType = getMallocAllocatedType(CI, TLI);
1781       if (MallocType &&
1782           TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GV, CI, MallocType, Ordering, GVI,
1783                                              TD, TLI))
1784         return true;
1785     }
1786   }
1787
1788   return false;
1789 }
1790
1791 /// TryToShrinkGlobalToBoolean - At this point, we have learned that the only
1792 /// two values ever stored into GV are its initializer and OtherVal.  See if we
1793 /// can shrink the global into a boolean and select between the two values
1794 /// whenever it is used.  This exposes the values to other scalar optimizations.
1795 static bool TryToShrinkGlobalToBoolean(GlobalVariable *GV, Constant *OtherVal) {
1796   Type *GVElType = GV->getType()->getElementType();
1797
1798   // If GVElType is already i1, it is already shrunk.  If the type of the GV is
1799   // an FP value, pointer or vector, don't do this optimization because a select
1800   // between them is very expensive and unlikely to lead to later
1801   // simplification.  In these cases, we typically end up with "cond ? v1 : v2"
1802   // where v1 and v2 both require constant pool loads, a big loss.
1803   if (GVElType == Type::getInt1Ty(GV->getContext()) ||
1804       GVElType->isFloatingPointTy() ||
1805       GVElType->isPointerTy() || GVElType->isVectorTy())
1806     return false;
1807
1808   // Walk the use list of the global seeing if all the uses are load or store.
1809   // If there is anything else, bail out.
1810   for (Value::use_iterator I = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); I != E; ++I){
1811     User *U = *I;
1812     if (!isa<LoadInst>(U) && !isa<StoreInst>(U))
1813       return false;
1814   }
1815
1816   DEBUG(dbgs() << "   *** SHRINKING TO BOOL: " << *GV);
1817
1818   // Create the new global, initializing it to false.
1819   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(Type::getInt1Ty(GV->getContext()),
1820                                              false,
1821                                              GlobalValue::InternalLinkage,
1822                                         ConstantInt::getFalse(GV->getContext()),
1823                                              GV->getName()+".b",
1824                                              GV->getThreadLocalMode());
1825   GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV, NewGV);
1826
1827   Constant *InitVal = GV->getInitializer();
1828   assert(InitVal->getType() != Type::getInt1Ty(GV->getContext()) &&
1829          "No reason to shrink to bool!");
1830
1831   // If initialized to zero and storing one into the global, we can use a cast
1832   // instead of a select to synthesize the desired value.
1833   bool IsOneZero = false;
1834   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal))
1835     IsOneZero = InitVal->isNullValue() && CI->isOne();
1836
1837   while (!GV->use_empty()) {
1838     Instruction *UI = cast<Instruction>(GV->use_back());
1839     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
1840       // Change the store into a boolean store.
1841       bool StoringOther = SI->getOperand(0) == OtherVal;
1842       // Only do this if we weren't storing a loaded value.
1843       Value *StoreVal;
1844       if (StoringOther || SI->getOperand(0) == InitVal)
1845         StoreVal = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(GV->getContext()),
1846                                     StoringOther);
1847       else {
1848         // Otherwise, we are storing a previously loaded copy.  To do this,
1849         // change the copy from copying the original value to just copying the
1850         // bool.
1851         Instruction *StoredVal = cast<Instruction>(SI->getOperand(0));
1852
1853         // If we've already replaced the input, StoredVal will be a cast or
1854         // select instruction.  If not, it will be a load of the original
1855         // global.
1856         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(StoredVal)) {
1857           assert(LI->getOperand(0) == GV && "Not a copy!");
1858           // Insert a new load, to preserve the saved value.
1859           StoreVal = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", false, 0,
1860                                   LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(), LI);
1861         } else {
1862           assert((isa<CastInst>(StoredVal) || isa<SelectInst>(StoredVal)) &&
1863                  "This is not a form that we understand!");
1864           StoreVal = StoredVal->getOperand(0);
1865           assert(isa<LoadInst>(StoreVal) && "Not a load of NewGV!");
1866         }
1867       }
1868       new StoreInst(StoreVal, NewGV, false, 0,
1869                     SI->getOrdering(), SI->getSynchScope(), SI);
1870     } else {
1871       // Change the load into a load of bool then a select.
1872       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(UI);
1873       LoadInst *NLI = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", false, 0,
1874                                    LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(), LI);
1875       Value *NSI;
1876       if (IsOneZero)
1877         NSI = new ZExtInst(NLI, LI->getType(), "", LI);
1878       else
1879         NSI = SelectInst::Create(NLI, OtherVal, InitVal, "", LI);
1880       NSI->takeName(LI);
1881       LI->replaceAllUsesWith(NSI);
1882     }
1883     UI->eraseFromParent();
1884   }
1885
1886   GV->eraseFromParent();
1887   return true;
1888 }
1889
1890
1891 /// ProcessGlobal - Analyze the specified global variable and optimize it if
1892 /// possible.  If we make a change, return true.
1893 bool GlobalOpt::ProcessGlobal(GlobalVariable *GV,
1894                               Module::global_iterator &GVI) {
1895   if (!GV->isDiscardableIfUnused())
1896     return false;
1897
1898   // Do more involved optimizations if the global is internal.
1899   GV->removeDeadConstantUsers();
1900
1901   if (GV->use_empty()) {
1902     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL DEAD: " << *GV);
1903     GV->eraseFromParent();
1904     ++NumDeleted;
1905     return true;
1906   }
1907
1908   if (!GV->hasLocalLinkage())
1909     return false;
1910
1911   SmallPtrSet<const PHINode*, 16> PHIUsers;
1912   GlobalStatus GS;
1913
1914   if (AnalyzeGlobal(GV, GS, PHIUsers))
1915     return false;
1916
1917   if (!GS.isCompared && !GV->hasUnnamedAddr()) {
1918     GV->setUnnamedAddr(true);
1919     NumUnnamed++;
1920   }
1921
1922   if (GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
1923     return false;
1924
1925   return ProcessInternalGlobal(GV, GVI, PHIUsers, GS);
1926 }
1927
1928 /// ProcessInternalGlobal - Analyze the specified global variable and optimize
1929 /// it if possible.  If we make a change, return true.
1930 bool GlobalOpt::ProcessInternalGlobal(GlobalVariable *GV,
1931                                       Module::global_iterator &GVI,
1932                                 const SmallPtrSet<const PHINode*, 16> &PHIUsers,
1933                                       const GlobalStatus &GS) {
1934   // If this is a first class global and has only one accessing function
1935   // and this function is main (which we know is not recursive we can make
1936   // this global a local variable) we replace the global with a local alloca
1937   // in this function.
1938   //
1939   // NOTE: It doesn't make sense to promote non single-value types since we
1940   // are just replacing static memory to stack memory.
1941   //
1942   // If the global is in different address space, don't bring it to stack.
1943   if (!GS.HasMultipleAccessingFunctions &&
1944       GS.AccessingFunction && !GS.HasNonInstructionUser &&
1945       GV->getType()->getElementType()->isSingleValueType() &&
1946       GS.AccessingFunction->getName() == "main" &&
1947       GS.AccessingFunction->hasExternalLinkage() &&
1948       GV->getType()->getAddressSpace() == 0) {
1949     DEBUG(dbgs() << "LOCALIZING GLOBAL: " << *GV);
1950     Instruction &FirstI = const_cast<Instruction&>(*GS.AccessingFunction
1951                                                    ->getEntryBlock().begin());
1952     Type *ElemTy = GV->getType()->getElementType();
1953     // FIXME: Pass Global's alignment when globals have alignment
1954     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(ElemTy, NULL, GV->getName(), &FirstI);
1955     if (!isa<UndefValue>(GV->getInitializer()))
1956       new StoreInst(GV->getInitializer(), Alloca, &FirstI);
1957
1958     GV->replaceAllUsesWith(Alloca);
1959     GV->eraseFromParent();
1960     ++NumLocalized;
1961     return true;
1962   }
1963
1964   // If the global is never loaded (but may be stored to), it is dead.
1965   // Delete it now.
1966   if (!GS.isLoaded) {
1967     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL NEVER LOADED: " << *GV);
1968
1969     bool Changed;
1970     if (isLeakCheckerRoot(GV)) {
1971       // Delete any constant stores to the global.
1972       Changed = CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
1973     } else {
1974       // Delete any stores we can find to the global.  We may not be able to
1975       // make it completely dead though.
1976       Changed = CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), TD, TLI);
1977     }
1978
1979     // If the global is dead now, delete it.
1980     if (GV->use_empty()) {
1981       GV->eraseFromParent();
1982       ++NumDeleted;
1983       Changed = true;
1984     }
1985     return Changed;
1986
1987   } else if (GS.StoredType <= GlobalStatus::isInitializerStored) {
1988     DEBUG(dbgs() << "MARKING CONSTANT: " << *GV);
1989     GV->setConstant(true);
1990
1991     // Clean up any obviously simplifiable users now.
1992     CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), TD, TLI);
1993
1994     // If the global is dead now, just nuke it.
1995     if (GV->use_empty()) {
1996       DEBUG(dbgs() << "   *** Marking constant allowed us to simplify "
1997             << "all users and delete global!\n");
1998       GV->eraseFromParent();
1999       ++NumDeleted;
2000     }
2001
2002     ++NumMarked;
2003     return true;
2004   } else if (!GV->getInitializer()->getType()->isSingleValueType()) {
2005     if (DataLayout *TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>())
2006       if (GlobalVariable *FirstNewGV = SRAGlobal(GV, *TD)) {
2007         GVI = FirstNewGV;  // Don't skip the newly produced globals!
2008         return true;
2009       }
2010   } else if (GS.StoredType == GlobalStatus::isStoredOnce) {
2011     // If the initial value for the global was an undef value, and if only
2012     // one other value was stored into it, we can just change the
2013     // initializer to be the stored value, then delete all stores to the
2014     // global.  This allows us to mark it constant.
2015     if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue))
2016       if (isa<UndefValue>(GV->getInitializer())) {
2017         // Change the initial value here.
2018         GV->setInitializer(SOVConstant);
2019
2020         // Clean up any obviously simplifiable users now.
2021         CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), TD, TLI);
2022
2023         if (GV->use_empty()) {
2024           DEBUG(dbgs() << "   *** Substituting initializer allowed us to "
2025                        << "simplify all users and delete global!\n");
2026           GV->eraseFromParent();
2027           ++NumDeleted;
2028         } else {
2029           GVI = GV;
2030         }
2031         ++NumSubstitute;
2032         return true;
2033       }
2034
2035     // Try to optimize globals based on the knowledge that only one value
2036     // (besides its initializer) is ever stored to the global.
2037     if (OptimizeOnceStoredGlobal(GV, GS.StoredOnceValue, GS.Ordering, GVI,
2038                                  TD, TLI))
2039       return true;
2040
2041     // Otherwise, if the global was not a boolean, we can shrink it to be a
2042     // boolean.
2043     if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue))
2044       if (TryToShrinkGlobalToBoolean(GV, SOVConstant)) {
2045         ++NumShrunkToBool;
2046         return true;
2047       }
2048   }
2049
2050   return false;
2051 }
2052
2053 /// ChangeCalleesToFastCall - Walk all of the direct calls of the specified
2054 /// function, changing them to FastCC.
2055 static void ChangeCalleesToFastCall(Function *F) {
2056   for (Value::use_iterator UI = F->use_begin(), E = F->use_end(); UI != E;++UI){
2057     if (isa<BlockAddress>(*UI))
2058       continue;
2059     CallSite User(cast<Instruction>(*UI));
2060     User.setCallingConv(CallingConv::Fast);
2061   }
2062 }
2063
2064 static AttrListPtr StripNest(LLVMContext &C, const AttrListPtr &Attrs) {
2065   for (unsigned i = 0, e = Attrs.getNumSlots(); i != e; ++i) {
2066     if (!Attrs.getSlot(i).Attrs.hasAttribute(Attributes::Nest))
2067       continue;
2068
2069     // There can be only one.
2070     return Attrs.removeAttr(C, Attrs.getSlot(i).Index,
2071                             Attributes::get(C, Attributes::Nest));
2072   }
2073
2074   return Attrs;
2075 }
2076
2077 static void RemoveNestAttribute(Function *F) {
2078   F->setAttributes(StripNest(F->getContext(), F->getAttributes()));
2079   for (Value::use_iterator UI = F->use_begin(), E = F->use_end(); UI != E;++UI){
2080     if (isa<BlockAddress>(*UI))
2081       continue;
2082     CallSite User(cast<Instruction>(*UI));
2083     User.setAttributes(StripNest(F->getContext(), User.getAttributes()));
2084   }
2085 }
2086
2087 bool GlobalOpt::OptimizeFunctions(Module &M) {
2088   bool Changed = false;
2089   // Optimize functions.
2090   for (Module::iterator FI = M.begin(), E = M.end(); FI != E; ) {
2091     Function *F = FI++;
2092     // Functions without names cannot be referenced outside this module.
2093     if (!F->hasName() && !F->isDeclaration())
2094       F->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
2095     F->removeDeadConstantUsers();
2096     if (F->isDefTriviallyDead()) {
2097       F->eraseFromParent();
2098       Changed = true;
2099       ++NumFnDeleted;
2100     } else if (F->hasLocalLinkage()) {
2101       if (F->getCallingConv() == CallingConv::C && !F->isVarArg() &&
2102           !F->hasAddressTaken()) {
2103         // If this function has C calling conventions, is not a varargs
2104         // function, and is only called directly, promote it to use the Fast
2105         // calling convention.
2106         F->setCallingConv(CallingConv::Fast);
2107         ChangeCalleesToFastCall(F);
2108         ++NumFastCallFns;
2109         Changed = true;
2110       }
2111
2112       if (F->getAttributes().hasAttrSomewhere(Attributes::Nest) &&
2113           !F->hasAddressTaken()) {
2114         // The function is not used by a trampoline intrinsic, so it is safe
2115         // to remove the 'nest' attribute.
2116         RemoveNestAttribute(F);
2117         ++NumNestRemoved;
2118         Changed = true;
2119       }
2120     }
2121   }
2122   return Changed;
2123 }
2124
2125 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalVars(Module &M) {
2126   bool Changed = false;
2127   for (Module::global_iterator GVI = M.global_begin(), E = M.global_end();
2128        GVI != E; ) {
2129     GlobalVariable *GV = GVI++;
2130     // Global variables without names cannot be referenced outside this module.
2131     if (!GV->hasName() && !GV->isDeclaration())
2132       GV->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
2133     // Simplify the initializer.
2134     if (GV->hasInitializer())
2135       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GV->getInitializer())) {
2136         Constant *New = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2137         if (New && New != CE)
2138           GV->setInitializer(New);
2139       }
2140
2141     Changed |= ProcessGlobal(GV, GVI);
2142   }
2143   return Changed;
2144 }
2145
2146 /// FindGlobalCtors - Find the llvm.global_ctors list, verifying that all
2147 /// initializers have an init priority of 65535.
2148 GlobalVariable *GlobalOpt::FindGlobalCtors(Module &M) {
2149   GlobalVariable *GV = M.getGlobalVariable("llvm.global_ctors");
2150   if (GV == 0) return 0;
2151   
2152   // Verify that the initializer is simple enough for us to handle. We are
2153   // only allowed to optimize the initializer if it is unique.
2154   if (!GV->hasUniqueInitializer()) return 0;
2155
2156   if (isa<ConstantAggregateZero>(GV->getInitializer()))
2157     return GV;
2158   ConstantArray *CA = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
2159
2160   for (User::op_iterator i = CA->op_begin(), e = CA->op_end(); i != e; ++i) {
2161     if (isa<ConstantAggregateZero>(*i))
2162       continue;
2163     ConstantStruct *CS = cast<ConstantStruct>(*i);
2164     if (isa<ConstantPointerNull>(CS->getOperand(1)))
2165       continue;
2166
2167     // Must have a function or null ptr.
2168     if (!isa<Function>(CS->getOperand(1)))
2169       return 0;
2170
2171     // Init priority must be standard.
2172     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(CS->getOperand(0));
2173     if (CI->getZExtValue() != 65535)
2174       return 0;
2175   }
2176
2177   return GV;
2178 }
2179
2180 /// ParseGlobalCtors - Given a llvm.global_ctors list that we can understand,
2181 /// return a list of the functions and null terminator as a vector.
2182 static std::vector<Function*> ParseGlobalCtors(GlobalVariable *GV) {
2183   if (GV->getInitializer()->isNullValue())
2184     return std::vector<Function*>();
2185   ConstantArray *CA = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
2186   std::vector<Function*> Result;
2187   Result.reserve(CA->getNumOperands());
2188   for (User::op_iterator i = CA->op_begin(), e = CA->op_end(); i != e; ++i) {
2189     ConstantStruct *CS = cast<ConstantStruct>(*i);
2190     Result.push_back(dyn_cast<Function>(CS->getOperand(1)));
2191   }
2192   return Result;
2193 }
2194
2195 /// InstallGlobalCtors - Given a specified llvm.global_ctors list, install the
2196 /// specified array, returning the new global to use.
2197 static GlobalVariable *InstallGlobalCtors(GlobalVariable *GCL,
2198                                           const std::vector<Function*> &Ctors) {
2199   // If we made a change, reassemble the initializer list.
2200   Constant *CSVals[2];
2201   CSVals[0] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(GCL->getContext()), 65535);
2202   CSVals[1] = 0;
2203
2204   StructType *StructTy =
2205     cast <StructType>(
2206     cast<ArrayType>(GCL->getType()->getElementType())->getElementType());
2207
2208   // Create the new init list.
2209   std::vector<Constant*> CAList;
2210   for (unsigned i = 0, e = Ctors.size(); i != e; ++i) {
2211     if (Ctors[i]) {
2212       CSVals[1] = Ctors[i];
2213     } else {
2214       Type *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(GCL->getContext()),
2215                                           false);
2216       PointerType *PFTy = PointerType::getUnqual(FTy);
2217       CSVals[1] = Constant::getNullValue(PFTy);
2218       CSVals[0] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(GCL->getContext()),
2219                                    0x7fffffff);
2220     }
2221     CAList.push_back(ConstantStruct::get(StructTy, CSVals));
2222   }
2223
2224   // Create the array initializer.
2225   Constant *CA = ConstantArray::get(ArrayType::get(StructTy,
2226                                                    CAList.size()), CAList);
2227
2228   // If we didn't change the number of elements, don't create a new GV.
2229   if (CA->getType() == GCL->getInitializer()->getType()) {
2230     GCL->setInitializer(CA);
2231     return GCL;
2232   }
2233
2234   // Create the new global and insert it next to the existing list.
2235   GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(CA->getType(), GCL->isConstant(),
2236                                            GCL->getLinkage(), CA, "",
2237                                            GCL->getThreadLocalMode());
2238   GCL->getParent()->getGlobalList().insert(GCL, NGV);
2239   NGV->takeName(GCL);
2240
2241   // Nuke the old list, replacing any uses with the new one.
2242   if (!GCL->use_empty()) {
2243     Constant *V = NGV;
2244     if (V->getType() != GCL->getType())
2245       V = ConstantExpr::getBitCast(V, GCL->getType());
2246     GCL->replaceAllUsesWith(V);
2247   }
2248   GCL->eraseFromParent();
2249
2250   if (Ctors.size())
2251     return NGV;
2252   else
2253     return 0;
2254 }
2255
2256
2257 static inline bool 
2258 isSimpleEnoughValueToCommit(Constant *C,
2259                             SmallPtrSet<Constant*, 8> &SimpleConstants,
2260                             const DataLayout *TD);
2261
2262
2263 /// isSimpleEnoughValueToCommit - Return true if the specified constant can be
2264 /// handled by the code generator.  We don't want to generate something like:
2265 ///   void *X = &X/42;
2266 /// because the code generator doesn't have a relocation that can handle that.
2267 ///
2268 /// This function should be called if C was not found (but just got inserted)
2269 /// in SimpleConstants to avoid having to rescan the same constants all the
2270 /// time.
2271 static bool isSimpleEnoughValueToCommitHelper(Constant *C,
2272                                    SmallPtrSet<Constant*, 8> &SimpleConstants,
2273                                    const DataLayout *TD) {
2274   // Simple integer, undef, constant aggregate zero, global addresses, etc are
2275   // all supported.
2276   if (C->getNumOperands() == 0 || isa<BlockAddress>(C) ||
2277       isa<GlobalValue>(C))
2278     return true;
2279   
2280   // Aggregate values are safe if all their elements are.
2281   if (isa<ConstantArray>(C) || isa<ConstantStruct>(C) ||
2282       isa<ConstantVector>(C)) {
2283     for (unsigned i = 0, e = C->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2284       Constant *Op = cast<Constant>(C->getOperand(i));
2285       if (!isSimpleEnoughValueToCommit(Op, SimpleConstants, TD))
2286         return false;
2287     }
2288     return true;
2289   }
2290   
2291   // We don't know exactly what relocations are allowed in constant expressions,
2292   // so we allow &global+constantoffset, which is safe and uniformly supported
2293   // across targets.
2294   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(C);
2295   switch (CE->getOpcode()) {
2296   case Instruction::BitCast:
2297     // Bitcast is fine if the casted value is fine.
2298     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2299
2300   case Instruction::IntToPtr:
2301   case Instruction::PtrToInt:
2302     // int <=> ptr is fine if the int type is the same size as the
2303     // pointer type.
2304     if (!TD || TD->getTypeSizeInBits(CE->getType()) !=
2305                TD->getTypeSizeInBits(CE->getOperand(0)->getType()))
2306       return false;
2307     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2308       
2309   // GEP is fine if it is simple + constant offset.
2310   case Instruction::GetElementPtr:
2311     for (unsigned i = 1, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
2312       if (!isa<ConstantInt>(CE->getOperand(i)))
2313         return false;
2314     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2315       
2316   case Instruction::Add:
2317     // We allow simple+cst.
2318     if (!isa<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
2319       return false;
2320     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2321   }
2322   return false;
2323 }
2324
2325 static inline bool 
2326 isSimpleEnoughValueToCommit(Constant *C,
2327                             SmallPtrSet<Constant*, 8> &SimpleConstants,
2328                             const DataLayout *TD) {
2329   // If we already checked this constant, we win.
2330   if (!SimpleConstants.insert(C)) return true;
2331   // Check the constant.
2332   return isSimpleEnoughValueToCommitHelper(C, SimpleConstants, TD);
2333 }
2334
2335
2336 /// isSimpleEnoughPointerToCommit - Return true if this constant is simple
2337 /// enough for us to understand.  In particular, if it is a cast to anything
2338 /// other than from one pointer type to another pointer type, we punt.
2339 /// We basically just support direct accesses to globals and GEP's of
2340 /// globals.  This should be kept up to date with CommitValueTo.
2341 static bool isSimpleEnoughPointerToCommit(Constant *C) {
2342   // Conservatively, avoid aggregate types. This is because we don't
2343   // want to worry about them partially overlapping other stores.
2344   if (!cast<PointerType>(C->getType())->getElementType()->isSingleValueType())
2345     return false;
2346
2347   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(C))
2348     // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2349     // external globals.
2350     return GV->hasUniqueInitializer();
2351
2352   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C)) {
2353     // Handle a constantexpr gep.
2354     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
2355         isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0)) &&
2356         cast<GEPOperator>(CE)->isInBounds()) {
2357       GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2358       // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2359       // external globals.
2360       if (!GV->hasUniqueInitializer())
2361         return false;
2362
2363       // The first index must be zero.
2364       ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*llvm::next(CE->op_begin()));
2365       if (!CI || !CI->isZero()) return false;
2366
2367       // The remaining indices must be compile-time known integers within the
2368       // notional bounds of the corresponding static array types.
2369       if (!CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing())
2370         return false;
2371
2372       return ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE);
2373     
2374     // A constantexpr bitcast from a pointer to another pointer is a no-op,
2375     // and we know how to evaluate it by moving the bitcast from the pointer
2376     // operand to the value operand.
2377     } else if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast &&
2378                isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))) {
2379       // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2380       // external globals.
2381       return cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))->hasUniqueInitializer();
2382     }
2383   }
2384   
2385   return false;
2386 }
2387
2388 /// EvaluateStoreInto - Evaluate a piece of a constantexpr store into a global
2389 /// initializer.  This returns 'Init' modified to reflect 'Val' stored into it.
2390 /// At this point, the GEP operands of Addr [0, OpNo) have been stepped into.
2391 static Constant *EvaluateStoreInto(Constant *Init, Constant *Val,
2392                                    ConstantExpr *Addr, unsigned OpNo) {
2393   // Base case of the recursion.
2394   if (OpNo == Addr->getNumOperands()) {
2395     assert(Val->getType() == Init->getType() && "Type mismatch!");
2396     return Val;
2397   }
2398
2399   SmallVector<Constant*, 32> Elts;
2400   if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
2401     // Break up the constant into its elements.
2402     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
2403       Elts.push_back(Init->getAggregateElement(i));
2404
2405     // Replace the element that we are supposed to.
2406     ConstantInt *CU = cast<ConstantInt>(Addr->getOperand(OpNo));
2407     unsigned Idx = CU->getZExtValue();
2408     assert(Idx < STy->getNumElements() && "Struct index out of range!");
2409     Elts[Idx] = EvaluateStoreInto(Elts[Idx], Val, Addr, OpNo+1);
2410
2411     // Return the modified struct.
2412     return ConstantStruct::get(STy, Elts);
2413   }
2414   
2415   ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(Addr->getOperand(OpNo));
2416   SequentialType *InitTy = cast<SequentialType>(Init->getType());
2417
2418   uint64_t NumElts;
2419   if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(InitTy))
2420     NumElts = ATy->getNumElements();
2421   else
2422     NumElts = InitTy->getVectorNumElements();
2423
2424   // Break up the array into elements.
2425   for (uint64_t i = 0, e = NumElts; i != e; ++i)
2426     Elts.push_back(Init->getAggregateElement(i));
2427
2428   assert(CI->getZExtValue() < NumElts);
2429   Elts[CI->getZExtValue()] =
2430     EvaluateStoreInto(Elts[CI->getZExtValue()], Val, Addr, OpNo+1);
2431
2432   if (Init->getType()->isArrayTy())
2433     return ConstantArray::get(cast<ArrayType>(InitTy), Elts);
2434   return ConstantVector::get(Elts);
2435 }
2436
2437 /// CommitValueTo - We have decided that Addr (which satisfies the predicate
2438 /// isSimpleEnoughPointerToCommit) should get Val as its value.  Make it happen.
2439 static void CommitValueTo(Constant *Val, Constant *Addr) {
2440   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Addr)) {
2441     assert(GV->hasInitializer());
2442     GV->setInitializer(Val);
2443     return;
2444   }
2445
2446   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(Addr);
2447   GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2448   GV->setInitializer(EvaluateStoreInto(GV->getInitializer(), Val, CE, 2));
2449 }
2450
2451 namespace {
2452
2453 /// Evaluator - This class evaluates LLVM IR, producing the Constant
2454 /// representing each SSA instruction.  Changes to global variables are stored
2455 /// in a mapping that can be iterated over after the evaluation is complete.
2456 /// Once an evaluation call fails, the evaluation object should not be reused.
2457 class Evaluator {
2458 public:
2459   Evaluator(const DataLayout *TD, const TargetLibraryInfo *TLI)
2460     : TD(TD), TLI(TLI) {
2461     ValueStack.push_back(new DenseMap<Value*, Constant*>);
2462   }
2463
2464   ~Evaluator() {
2465     DeleteContainerPointers(ValueStack);
2466     while (!AllocaTmps.empty()) {
2467       GlobalVariable *Tmp = AllocaTmps.back();
2468       AllocaTmps.pop_back();
2469
2470       // If there are still users of the alloca, the program is doing something
2471       // silly, e.g. storing the address of the alloca somewhere and using it
2472       // later.  Since this is undefined, we'll just make it be null.
2473       if (!Tmp->use_empty())
2474         Tmp->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(Tmp->getType()));
2475       delete Tmp;
2476     }
2477   }
2478
2479   /// EvaluateFunction - Evaluate a call to function F, returning true if
2480   /// successful, false if we can't evaluate it.  ActualArgs contains the formal
2481   /// arguments for the function.
2482   bool EvaluateFunction(Function *F, Constant *&RetVal,
2483                         const SmallVectorImpl<Constant*> &ActualArgs);
2484
2485   /// EvaluateBlock - Evaluate all instructions in block BB, returning true if
2486   /// successful, false if we can't evaluate it.  NewBB returns the next BB that
2487   /// control flows into, or null upon return.
2488   bool EvaluateBlock(BasicBlock::iterator CurInst, BasicBlock *&NextBB);
2489
2490   Constant *getVal(Value *V) {
2491     if (Constant *CV = dyn_cast<Constant>(V)) return CV;
2492     Constant *R = ValueStack.back()->lookup(V);
2493     assert(R && "Reference to an uncomputed value!");
2494     return R;
2495   }
2496
2497   void setVal(Value *V, Constant *C) {
2498     ValueStack.back()->operator[](V) = C;
2499   }
2500
2501   const DenseMap<Constant*, Constant*> &getMutatedMemory() const {
2502     return MutatedMemory;
2503   }
2504
2505   const SmallPtrSet<GlobalVariable*, 8> &getInvariants() const {
2506     return Invariants;
2507   }
2508
2509 private:
2510   Constant *ComputeLoadResult(Constant *P);
2511
2512   /// ValueStack - As we compute SSA register values, we store their contents
2513   /// here. The back of the vector contains the current function and the stack
2514   /// contains the values in the calling frames.
2515   SmallVector<DenseMap<Value*, Constant*>*, 4> ValueStack;
2516
2517   /// CallStack - This is used to detect recursion.  In pathological situations
2518   /// we could hit exponential behavior, but at least there is nothing
2519   /// unbounded.
2520   SmallVector<Function*, 4> CallStack;
2521
2522   /// MutatedMemory - For each store we execute, we update this map.  Loads
2523   /// check this to get the most up-to-date value.  If evaluation is successful,
2524   /// this state is committed to the process.
2525   DenseMap<Constant*, Constant*> MutatedMemory;
2526
2527   /// AllocaTmps - To 'execute' an alloca, we create a temporary global variable
2528   /// to represent its body.  This vector is needed so we can delete the
2529   /// temporary globals when we are done.
2530   SmallVector<GlobalVariable*, 32> AllocaTmps;
2531
2532   /// Invariants - These global variables have been marked invariant by the
2533   /// static constructor.
2534   SmallPtrSet<GlobalVariable*, 8> Invariants;
2535
2536   /// SimpleConstants - These are constants we have checked and know to be
2537   /// simple enough to live in a static initializer of a global.
2538   SmallPtrSet<Constant*, 8> SimpleConstants;
2539
2540   const DataLayout *TD;
2541   const TargetLibraryInfo *TLI;
2542 };
2543
2544 }  // anonymous namespace
2545
2546 /// ComputeLoadResult - Return the value that would be computed by a load from
2547 /// P after the stores reflected by 'memory' have been performed.  If we can't
2548 /// decide, return null.
2549 Constant *Evaluator::ComputeLoadResult(Constant *P) {
2550   // If this memory location has been recently stored, use the stored value: it
2551   // is the most up-to-date.
2552   DenseMap<Constant*, Constant*>::const_iterator I = MutatedMemory.find(P);
2553   if (I != MutatedMemory.end()) return I->second;
2554
2555   // Access it.
2556   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(P)) {
2557     if (GV->hasDefinitiveInitializer())
2558       return GV->getInitializer();
2559     return 0;
2560   }
2561
2562   // Handle a constantexpr getelementptr.
2563   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(P))
2564     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
2565         isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))) {
2566       GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2567       if (GV->hasDefinitiveInitializer())
2568         return ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE);
2569     }
2570
2571   return 0;  // don't know how to evaluate.
2572 }
2573
2574 /// EvaluateBlock - Evaluate all instructions in block BB, returning true if
2575 /// successful, false if we can't evaluate it.  NewBB returns the next BB that
2576 /// control flows into, or null upon return.
2577 bool Evaluator::EvaluateBlock(BasicBlock::iterator CurInst,
2578                               BasicBlock *&NextBB) {
2579   // This is the main evaluation loop.
2580   while (1) {
2581     Constant *InstResult = 0;
2582
2583     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurInst)) {
2584       if (!SI->isSimple()) return false;  // no volatile/atomic accesses.
2585       Constant *Ptr = getVal(SI->getOperand(1));
2586       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2587         Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2588       if (!isSimpleEnoughPointerToCommit(Ptr))
2589         // If this is too complex for us to commit, reject it.
2590         return false;
2591       
2592       Constant *Val = getVal(SI->getOperand(0));
2593
2594       // If this might be too difficult for the backend to handle (e.g. the addr
2595       // of one global variable divided by another) then we can't commit it.
2596       if (!isSimpleEnoughValueToCommit(Val, SimpleConstants, TD))
2597         return false;
2598         
2599       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2600         if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast) {
2601           // If we're evaluating a store through a bitcast, then we need
2602           // to pull the bitcast off the pointer type and push it onto the
2603           // stored value.
2604           Ptr = CE->getOperand(0);
2605           
2606           Type *NewTy = cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType();
2607           
2608           // In order to push the bitcast onto the stored value, a bitcast
2609           // from NewTy to Val's type must be legal.  If it's not, we can try
2610           // introspecting NewTy to find a legal conversion.
2611           while (!Val->getType()->canLosslesslyBitCastTo(NewTy)) {
2612             // If NewTy is a struct, we can convert the pointer to the struct
2613             // into a pointer to its first member.
2614             // FIXME: This could be extended to support arrays as well.
2615             if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(NewTy)) {
2616               NewTy = STy->getTypeAtIndex(0U);
2617
2618               IntegerType *IdxTy = IntegerType::get(NewTy->getContext(), 32);
2619               Constant *IdxZero = ConstantInt::get(IdxTy, 0, false);
2620               Constant * const IdxList[] = {IdxZero, IdxZero};
2621
2622               Ptr = ConstantExpr::getGetElementPtr(Ptr, IdxList);
2623               if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2624                 Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2625
2626             // If we can't improve the situation by introspecting NewTy,
2627             // we have to give up.
2628             } else {
2629               return false;
2630             }
2631           }
2632           
2633           // If we found compatible types, go ahead and push the bitcast
2634           // onto the stored value.
2635           Val = ConstantExpr::getBitCast(Val, NewTy);
2636         }
2637           
2638       MutatedMemory[Ptr] = Val;
2639     } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CurInst)) {
2640       InstResult = ConstantExpr::get(BO->getOpcode(),
2641                                      getVal(BO->getOperand(0)),
2642                                      getVal(BO->getOperand(1)));
2643     } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(CurInst)) {
2644       InstResult = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(),
2645                                             getVal(CI->getOperand(0)),
2646                                             getVal(CI->getOperand(1)));
2647     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurInst)) {
2648       InstResult = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
2649                                          getVal(CI->getOperand(0)),
2650                                          CI->getType());
2651     } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CurInst)) {
2652       InstResult = ConstantExpr::getSelect(getVal(SI->getOperand(0)),
2653                                            getVal(SI->getOperand(1)),
2654                                            getVal(SI->getOperand(2)));
2655     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurInst)) {
2656       Constant *P = getVal(GEP->getOperand(0));
2657       SmallVector<Constant*, 8> GEPOps;
2658       for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
2659            i != e; ++i)
2660         GEPOps.push_back(getVal(*i));
2661       InstResult =
2662         ConstantExpr::getGetElementPtr(P, GEPOps,
2663                                        cast<GEPOperator>(GEP)->isInBounds());
2664     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(CurInst)) {
2665       if (!LI->isSimple()) return false;  // no volatile/atomic accesses.
2666       Constant *Ptr = getVal(LI->getOperand(0));
2667       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2668         Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2669       InstResult = ComputeLoadResult(Ptr);
2670       if (InstResult == 0) return false; // Could not evaluate load.
2671     } else if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(CurInst)) {
2672       if (AI->isArrayAllocation()) return false;  // Cannot handle array allocs.
2673       Type *Ty = AI->getType()->getElementType();
2674       AllocaTmps.push_back(new GlobalVariable(Ty, false,
2675                                               GlobalValue::InternalLinkage,
2676                                               UndefValue::get(Ty),
2677                                               AI->getName()));
2678       InstResult = AllocaTmps.back();
2679     } else if (isa<CallInst>(CurInst) || isa<InvokeInst>(CurInst)) {
2680       CallSite CS(CurInst);
2681
2682       // Debug info can safely be ignored here.
2683       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(CS.getInstruction())) {
2684         ++CurInst;
2685         continue;
2686       }
2687
2688       // Cannot handle inline asm.
2689       if (isa<InlineAsm>(CS.getCalledValue())) return false;
2690
2691       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction())) {
2692         if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(II)) {
2693           if (MSI->isVolatile()) return false;
2694           Constant *Ptr = getVal(MSI->getDest());
2695           Constant *Val = getVal(MSI->getValue());
2696           Constant *DestVal = ComputeLoadResult(getVal(Ptr));
2697           if (Val->isNullValue() && DestVal && DestVal->isNullValue()) {
2698             // This memset is a no-op.
2699             ++CurInst;
2700             continue;
2701           }
2702         }
2703
2704         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2705             II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
2706           ++CurInst;
2707           continue;
2708         }
2709
2710         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::invariant_start) {
2711           // We don't insert an entry into Values, as it doesn't have a
2712           // meaningful return value.
2713           if (!II->use_empty())
2714             return false;
2715           ConstantInt *Size = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0));
2716           Value *PtrArg = getVal(II->getArgOperand(1));
2717           Value *Ptr = PtrArg->stripPointerCasts();
2718           if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Ptr)) {
2719             Type *ElemTy = cast<PointerType>(GV->getType())->getElementType();
2720             if (!Size->isAllOnesValue() &&
2721                 Size->getValue().getLimitedValue() >=
2722                 TD->getTypeStoreSize(ElemTy))
2723               Invariants.insert(GV);
2724           }
2725           // Continue even if we do nothing.
2726           ++CurInst;
2727           continue;
2728         }
2729         return false;
2730       }
2731
2732       // Resolve function pointers.
2733       Function *Callee = dyn_cast<Function>(getVal(CS.getCalledValue()));
2734       if (!Callee || Callee->mayBeOverridden())
2735         return false;  // Cannot resolve.
2736
2737       SmallVector<Constant*, 8> Formals;
2738       for (User::op_iterator i = CS.arg_begin(), e = CS.arg_end(); i != e; ++i)
2739         Formals.push_back(getVal(*i));
2740
2741       if (Callee->isDeclaration()) {
2742         // If this is a function we can constant fold, do it.
2743         if (Constant *C = ConstantFoldCall(Callee, Formals, TLI)) {
2744           InstResult = C;
2745         } else {
2746           return false;
2747         }
2748       } else {
2749         if (Callee->getFunctionType()->isVarArg())
2750           return false;
2751
2752         Constant *RetVal;
2753         // Execute the call, if successful, use the return value.
2754         ValueStack.push_back(new DenseMap<Value*, Constant*>);
2755         if (!EvaluateFunction(Callee, RetVal, Formals))
2756           return false;
2757         delete ValueStack.pop_back_val();
2758         InstResult = RetVal;
2759       }
2760     } else if (isa<TerminatorInst>(CurInst)) {
2761       if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CurInst)) {
2762         if (BI->isUnconditional()) {
2763           NextBB = BI->getSuccessor(0);
2764         } else {
2765           ConstantInt *Cond =
2766             dyn_cast<ConstantInt>(getVal(BI->getCondition()));
2767           if (!Cond) return false;  // Cannot determine.
2768
2769           NextBB = BI->getSuccessor(!Cond->getZExtValue());
2770         }
2771       } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(CurInst)) {
2772         ConstantInt *Val =
2773           dyn_cast<ConstantInt>(getVal(SI->getCondition()));
2774         if (!Val) return false;  // Cannot determine.
2775         NextBB = SI->findCaseValue(Val).getCaseSuccessor();
2776       } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(CurInst)) {
2777         Value *Val = getVal(IBI->getAddress())->stripPointerCasts();
2778         if (BlockAddress *BA = dyn_cast<BlockAddress>(Val))
2779           NextBB = BA->getBasicBlock();
2780         else
2781           return false;  // Cannot determine.
2782       } else if (isa<ReturnInst>(CurInst)) {
2783         NextBB = 0;
2784       } else {
2785         // invoke, unwind, resume, unreachable.
2786         return false;  // Cannot handle this terminator.
2787       }
2788
2789       // We succeeded at evaluating this block!
2790       return true;
2791     } else {
2792       // Did not know how to evaluate this!
2793       return false;
2794     }
2795
2796     if (!CurInst->use_empty()) {
2797       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(InstResult))
2798         InstResult = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2799       
2800       setVal(CurInst, InstResult);
2801     }
2802
2803     // If we just processed an invoke, we finished evaluating the block.
2804     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(CurInst)) {
2805       NextBB = II->getNormalDest();
2806       return true;
2807     }
2808
2809     // Advance program counter.
2810     ++CurInst;
2811   }
2812 }
2813
2814 /// EvaluateFunction - Evaluate a call to function F, returning true if
2815 /// successful, false if we can't evaluate it.  ActualArgs contains the formal
2816 /// arguments for the function.
2817 bool Evaluator::EvaluateFunction(Function *F, Constant *&RetVal,
2818                                  const SmallVectorImpl<Constant*> &ActualArgs) {
2819   // Check to see if this function is already executing (recursion).  If so,
2820   // bail out.  TODO: we might want to accept limited recursion.
2821   if (std::find(CallStack.begin(), CallStack.end(), F) != CallStack.end())
2822     return false;
2823
2824   CallStack.push_back(F);
2825
2826   // Initialize arguments to the incoming values specified.
2827   unsigned ArgNo = 0;
2828   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); AI != E;
2829        ++AI, ++ArgNo)
2830     setVal(AI, ActualArgs[ArgNo]);
2831
2832   // ExecutedBlocks - We only handle non-looping, non-recursive code.  As such,
2833   // we can only evaluate any one basic block at most once.  This set keeps
2834   // track of what we have executed so we can detect recursive cases etc.
2835   SmallPtrSet<BasicBlock*, 32> ExecutedBlocks;
2836
2837   // CurBB - The current basic block we're evaluating.
2838   BasicBlock *CurBB = F->begin();
2839
2840   BasicBlock::iterator CurInst = CurBB->begin();
2841
2842   while (1) {
2843     BasicBlock *NextBB = 0; // Initialized to avoid compiler warnings.
2844     if (!EvaluateBlock(CurInst, NextBB))
2845       return false;
2846
2847     if (NextBB == 0) {
2848       // Successfully running until there's no next block means that we found
2849       // the return.  Fill it the return value and pop the call stack.
2850       ReturnInst *RI = cast<ReturnInst>(CurBB->getTerminator());
2851       if (RI->getNumOperands())
2852         RetVal = getVal(RI->getOperand(0));
2853       CallStack.pop_back();
2854       return true;
2855     }
2856
2857     // Okay, we succeeded in evaluating this control flow.  See if we have
2858     // executed the new block before.  If so, we have a looping function,
2859     // which we cannot evaluate in reasonable time.
2860     if (!ExecutedBlocks.insert(NextBB))
2861       return false;  // looped!
2862
2863     // Okay, we have never been in this block before.  Check to see if there
2864     // are any PHI nodes.  If so, evaluate them with information about where
2865     // we came from.
2866     PHINode *PN = 0;
2867     for (CurInst = NextBB->begin();
2868          (PN = dyn_cast<PHINode>(CurInst)); ++CurInst)
2869       setVal(PN, getVal(PN->getIncomingValueForBlock(CurBB)));
2870
2871     // Advance to the next block.
2872     CurBB = NextBB;
2873   }
2874 }
2875
2876 /// EvaluateStaticConstructor - Evaluate static constructors in the function, if
2877 /// we can.  Return true if we can, false otherwise.
2878 static bool EvaluateStaticConstructor(Function *F, const DataLayout *TD,
2879                                       const TargetLibraryInfo *TLI) {
2880   // Call the function.
2881   Evaluator Eval(TD, TLI);
2882   Constant *RetValDummy;
2883   bool EvalSuccess = Eval.EvaluateFunction(F, RetValDummy,
2884                                            SmallVector<Constant*, 0>());
2885   
2886   if (EvalSuccess) {
2887     // We succeeded at evaluation: commit the result.
2888     DEBUG(dbgs() << "FULLY EVALUATED GLOBAL CTOR FUNCTION '"
2889           << F->getName() << "' to " << Eval.getMutatedMemory().size()
2890           << " stores.\n");
2891     for (DenseMap<Constant*, Constant*>::const_iterator I =
2892            Eval.getMutatedMemory().begin(), E = Eval.getMutatedMemory().end();
2893          I != E; ++I)
2894       CommitValueTo(I->second, I->first);
2895     for (SmallPtrSet<GlobalVariable*, 8>::const_iterator I =
2896            Eval.getInvariants().begin(), E = Eval.getInvariants().end();
2897          I != E; ++I)
2898       (*I)->setConstant(true);
2899   }
2900
2901   return EvalSuccess;
2902 }
2903
2904 /// OptimizeGlobalCtorsList - Simplify and evaluation global ctors if possible.
2905 /// Return true if anything changed.
2906 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalCtorsList(GlobalVariable *&GCL) {
2907   std::vector<Function*> Ctors = ParseGlobalCtors(GCL);
2908   bool MadeChange = false;
2909   if (Ctors.empty()) return false;
2910
2911   // Loop over global ctors, optimizing them when we can.
2912   for (unsigned i = 0; i != Ctors.size(); ++i) {
2913     Function *F = Ctors[i];
2914     // Found a null terminator in the middle of the list, prune off the rest of
2915     // the list.
2916     if (F == 0) {
2917       if (i != Ctors.size()-1) {
2918         Ctors.resize(i+1);
2919         MadeChange = true;
2920       }
2921       break;
2922     }
2923
2924     // We cannot simplify external ctor functions.
2925     if (F->empty()) continue;
2926
2927     // If we can evaluate the ctor at compile time, do.
2928     if (EvaluateStaticConstructor(F, TD, TLI)) {
2929       Ctors.erase(Ctors.begin()+i);
2930       MadeChange = true;
2931       --i;
2932       ++NumCtorsEvaluated;
2933       continue;
2934     }
2935   }
2936
2937   if (!MadeChange) return false;
2938
2939   GCL = InstallGlobalCtors(GCL, Ctors);
2940   return true;
2941 }
2942
2943 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalAliases(Module &M) {
2944   bool Changed = false;
2945
2946   for (Module::alias_iterator I = M.alias_begin(), E = M.alias_end();
2947        I != E;) {
2948     Module::alias_iterator J = I++;
2949     // Aliases without names cannot be referenced outside this module.
2950     if (!J->hasName() && !J->isDeclaration())
2951       J->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
2952     // If the aliasee may change at link time, nothing can be done - bail out.
2953     if (J->mayBeOverridden())
2954       continue;
2955
2956     Constant *Aliasee = J->getAliasee();
2957     GlobalValue *Target = cast<GlobalValue>(Aliasee->stripPointerCasts());
2958     Target->removeDeadConstantUsers();
2959     bool hasOneUse = Target->hasOneUse() && Aliasee->hasOneUse();
2960
2961     // Make all users of the alias use the aliasee instead.
2962     if (!J->use_empty()) {
2963       J->replaceAllUsesWith(Aliasee);
2964       ++NumAliasesResolved;
2965       Changed = true;
2966     }
2967
2968     // If the alias is externally visible, we may still be able to simplify it.
2969     if (!J->hasLocalLinkage()) {
2970       // If the aliasee has internal linkage, give it the name and linkage
2971       // of the alias, and delete the alias.  This turns:
2972       //   define internal ... @f(...)
2973       //   @a = alias ... @f
2974       // into:
2975       //   define ... @a(...)
2976       if (!Target->hasLocalLinkage())
2977         continue;
2978
2979       // Do not perform the transform if multiple aliases potentially target the
2980       // aliasee. This check also ensures that it is safe to replace the section
2981       // and other attributes of the aliasee with those of the alias.
2982       if (!hasOneUse)
2983         continue;
2984
2985       // Give the aliasee the name, linkage and other attributes of the alias.
2986       Target->takeName(J);
2987       Target->setLinkage(J->getLinkage());
2988       Target->GlobalValue::copyAttributesFrom(J);
2989     }
2990
2991     // Delete the alias.
2992     M.getAliasList().erase(J);
2993     ++NumAliasesRemoved;
2994     Changed = true;
2995   }
2996
2997   return Changed;
2998 }
2999
3000 static Function *FindCXAAtExit(Module &M, TargetLibraryInfo *TLI) {
3001   if (!TLI->has(LibFunc::cxa_atexit))
3002     return 0;
3003
3004   Function *Fn = M.getFunction(TLI->getName(LibFunc::cxa_atexit));
3005   
3006   if (!Fn)
3007     return 0;
3008
3009   FunctionType *FTy = Fn->getFunctionType();
3010   
3011   // Checking that the function has the right return type, the right number of 
3012   // parameters and that they all have pointer types should be enough.
3013   if (!FTy->getReturnType()->isIntegerTy() ||
3014       FTy->getNumParams() != 3 ||
3015       !FTy->getParamType(0)->isPointerTy() ||
3016       !FTy->getParamType(1)->isPointerTy() ||
3017       !FTy->getParamType(2)->isPointerTy())
3018     return 0;
3019
3020   return Fn;
3021 }
3022
3023 /// cxxDtorIsEmpty - Returns whether the given function is an empty C++
3024 /// destructor and can therefore be eliminated.
3025 /// Note that we assume that other optimization passes have already simplified
3026 /// the code so we only look for a function with a single basic block, where
3027 /// the only allowed instructions are 'ret', 'call' to an empty C++ dtor and
3028 /// other side-effect free instructions.
3029 static bool cxxDtorIsEmpty(const Function &Fn,
3030                            SmallPtrSet<const Function *, 8> &CalledFunctions) {
3031   // FIXME: We could eliminate C++ destructors if they're readonly/readnone and
3032   // nounwind, but that doesn't seem worth doing.
3033   if (Fn.isDeclaration())
3034     return false;
3035
3036   if (++Fn.begin() != Fn.end())
3037     return false;
3038
3039   const BasicBlock &EntryBlock = Fn.getEntryBlock();
3040   for (BasicBlock::const_iterator I = EntryBlock.begin(), E = EntryBlock.end();
3041        I != E; ++I) {
3042     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
3043       // Ignore debug intrinsics.
3044       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(CI))
3045         continue;
3046
3047       const Function *CalledFn = CI->getCalledFunction();
3048
3049       if (!CalledFn)
3050         return false;
3051
3052       SmallPtrSet<const Function *, 8> NewCalledFunctions(CalledFunctions);
3053
3054       // Don't treat recursive functions as empty.
3055       if (!NewCalledFunctions.insert(CalledFn))
3056         return false;
3057
3058       if (!cxxDtorIsEmpty(*CalledFn, NewCalledFunctions))
3059         return false;
3060     } else if (isa<ReturnInst>(*I))
3061       return true; // We're done.
3062     else if (I->mayHaveSideEffects())
3063       return false; // Destructor with side effects, bail.
3064   }
3065
3066   return false;
3067 }
3068
3069 bool GlobalOpt::OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(Function *CXAAtExitFn) {
3070   /// Itanium C++ ABI p3.3.5:
3071   ///
3072   ///   After constructing a global (or local static) object, that will require
3073   ///   destruction on exit, a termination function is registered as follows:
3074   ///
3075   ///   extern "C" int __cxa_atexit ( void (*f)(void *), void *p, void *d );
3076   ///
3077   ///   This registration, e.g. __cxa_atexit(f,p,d), is intended to cause the
3078   ///   call f(p) when DSO d is unloaded, before all such termination calls
3079   ///   registered before this one. It returns zero if registration is
3080   ///   successful, nonzero on failure.
3081
3082   // This pass will look for calls to __cxa_atexit where the function is trivial
3083   // and remove them.
3084   bool Changed = false;
3085
3086   for (Function::use_iterator I = CXAAtExitFn->use_begin(), 
3087        E = CXAAtExitFn->use_end(); I != E;) {
3088     // We're only interested in calls. Theoretically, we could handle invoke
3089     // instructions as well, but neither llvm-gcc nor clang generate invokes
3090     // to __cxa_atexit.
3091     CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(*I++);
3092     if (!CI)
3093       continue;
3094
3095     Function *DtorFn = 
3096       dyn_cast<Function>(CI->getArgOperand(0)->stripPointerCasts());
3097     if (!DtorFn)
3098       continue;
3099
3100     SmallPtrSet<const Function *, 8> CalledFunctions;
3101     if (!cxxDtorIsEmpty(*DtorFn, CalledFunctions))
3102       continue;
3103
3104     // Just remove the call.
3105     CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
3106     CI->eraseFromParent();
3107
3108     ++NumCXXDtorsRemoved;
3109
3110     Changed |= true;
3111   }
3112
3113   return Changed;
3114 }
3115
3116 bool GlobalOpt::runOnModule(Module &M) {
3117   bool Changed = false;
3118
3119   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
3120   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
3121
3122   // Try to find the llvm.globalctors list.
3123   GlobalVariable *GlobalCtors = FindGlobalCtors(M);
3124
3125   Function *CXAAtExitFn = FindCXAAtExit(M, TLI);
3126
3127   bool LocalChange = true;
3128   while (LocalChange) {
3129     LocalChange = false;
3130
3131     // Delete functions that are trivially dead, ccc -> fastcc
3132     LocalChange |= OptimizeFunctions(M);
3133
3134     // Optimize global_ctors list.
3135     if (GlobalCtors)
3136       LocalChange |= OptimizeGlobalCtorsList(GlobalCtors);
3137
3138     // Optimize non-address-taken globals.
3139     LocalChange |= OptimizeGlobalVars(M);
3140
3141     // Resolve aliases, when possible.
3142     LocalChange |= OptimizeGlobalAliases(M);
3143
3144     // Try to remove trivial global destructors.
3145     if (CXAAtExitFn)
3146       LocalChange |= OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(CXAAtExitFn);
3147
3148     Changed |= LocalChange;
3149   }
3150
3151   // TODO: Move all global ctors functions to the end of the module for code
3152   // layout.
3153
3154   return Changed;
3155 }