cache result of operator*
[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/Pass.h"
25 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
26 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
27 #include "llvm/Target/TargetData.h"
28 #include "llvm/Support/CallSite.h"
29 #include "llvm/Support/Debug.h"
30 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
31 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
32 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
33 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
34 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
35 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
36 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
37 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
38 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
39 #include <algorithm>
40 using namespace llvm;
41
42 STATISTIC(NumMarked    , "Number of globals marked constant");
43 STATISTIC(NumSRA       , "Number of aggregate globals broken into scalars");
44 STATISTIC(NumHeapSRA   , "Number of heap objects SRA'd");
45 STATISTIC(NumSubstitute,"Number of globals with initializers stored into them");
46 STATISTIC(NumDeleted   , "Number of globals deleted");
47 STATISTIC(NumFnDeleted , "Number of functions deleted");
48 STATISTIC(NumGlobUses  , "Number of global uses devirtualized");
49 STATISTIC(NumLocalized , "Number of globals localized");
50 STATISTIC(NumShrunkToBool  , "Number of global vars shrunk to booleans");
51 STATISTIC(NumFastCallFns   , "Number of functions converted to fastcc");
52 STATISTIC(NumCtorsEvaluated, "Number of static ctors evaluated");
53 STATISTIC(NumNestRemoved   , "Number of nest attributes removed");
54 STATISTIC(NumAliasesResolved, "Number of global aliases resolved");
55 STATISTIC(NumAliasesRemoved, "Number of global aliases eliminated");
56
57 namespace {
58   struct GlobalOpt : public ModulePass {
59     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
60     }
61     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
62     GlobalOpt() : ModulePass(&ID) {}
63
64     bool runOnModule(Module &M);
65
66   private:
67     GlobalVariable *FindGlobalCtors(Module &M);
68     bool OptimizeFunctions(Module &M);
69     bool OptimizeGlobalVars(Module &M);
70     bool OptimizeGlobalAliases(Module &M);
71     bool OptimizeGlobalCtorsList(GlobalVariable *&GCL);
72     bool ProcessInternalGlobal(GlobalVariable *GV,Module::global_iterator &GVI);
73   };
74 }
75
76 char GlobalOpt::ID = 0;
77 static RegisterPass<GlobalOpt> X("globalopt", "Global Variable Optimizer");
78
79 ModulePass *llvm::createGlobalOptimizerPass() { return new GlobalOpt(); }
80
81 namespace {
82
83 /// GlobalStatus - As we analyze each global, keep track of some information
84 /// about it.  If we find out that the address of the global is taken, none of
85 /// this info will be accurate.
86 struct GlobalStatus {
87   /// isLoaded - True if the global is ever loaded.  If the global isn't ever
88   /// loaded it can be deleted.
89   bool isLoaded;
90
91   /// StoredType - Keep track of what stores to the global look like.
92   ///
93   enum StoredType {
94     /// NotStored - There is no store to this global.  It can thus be marked
95     /// constant.
96     NotStored,
97
98     /// isInitializerStored - This global is stored to, but the only thing
99     /// stored is the constant it was initialized with.  This is only tracked
100     /// for scalar globals.
101     isInitializerStored,
102
103     /// isStoredOnce - This global is stored to, but only its initializer and
104     /// one other value is ever stored to it.  If this global isStoredOnce, we
105     /// track the value stored to it in StoredOnceValue below.  This is only
106     /// tracked for scalar globals.
107     isStoredOnce,
108
109     /// isStored - This global is stored to by multiple values or something else
110     /// that we cannot track.
111     isStored
112   } StoredType;
113
114   /// StoredOnceValue - If only one value (besides the initializer constant) is
115   /// ever stored to this global, keep track of what value it is.
116   Value *StoredOnceValue;
117
118   /// AccessingFunction/HasMultipleAccessingFunctions - These start out
119   /// null/false.  When the first accessing function is noticed, it is recorded.
120   /// When a second different accessing function is noticed,
121   /// HasMultipleAccessingFunctions is set to true.
122   const Function *AccessingFunction;
123   bool HasMultipleAccessingFunctions;
124
125   /// HasNonInstructionUser - Set to true if this global has a user that is not
126   /// an instruction (e.g. a constant expr or GV initializer).
127   bool HasNonInstructionUser;
128
129   /// HasPHIUser - Set to true if this global has a user that is a PHI node.
130   bool HasPHIUser;
131   
132   GlobalStatus() : isLoaded(false), StoredType(NotStored), StoredOnceValue(0),
133                    AccessingFunction(0), HasMultipleAccessingFunctions(false),
134                    HasNonInstructionUser(false), HasPHIUser(false) {}
135 };
136
137 }
138
139 // SafeToDestroyConstant - It is safe to destroy a constant iff it is only used
140 // by constants itself.  Note that constants cannot be cyclic, so this test is
141 // pretty easy to implement recursively.
142 //
143 static bool SafeToDestroyConstant(const Constant *C) {
144   if (isa<GlobalValue>(C)) return false;
145
146   for (Value::const_use_iterator UI = C->use_begin(), E = C->use_end(); UI != E;
147        ++UI)
148     if (const Constant *CU = dyn_cast<Constant>(*UI)) {
149       if (!SafeToDestroyConstant(CU)) return false;
150     } else
151       return false;
152   return true;
153 }
154
155
156 /// AnalyzeGlobal - Look at all uses of the global and fill in the GlobalStatus
157 /// structure.  If the global has its address taken, return true to indicate we
158 /// can't do anything with it.
159 ///
160 static bool AnalyzeGlobal(const Value *V, GlobalStatus &GS,
161                           SmallPtrSet<const PHINode*, 16> &PHIUsers) {
162   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;
163        ++UI) {
164     const User *U = *UI;
165     if (const ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
166       GS.HasNonInstructionUser = true;
167       if (AnalyzeGlobal(CE, GS, PHIUsers)) return true;
168     } else if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U)) {
169       if (!GS.HasMultipleAccessingFunctions) {
170         const Function *F = I->getParent()->getParent();
171         if (GS.AccessingFunction == 0)
172           GS.AccessingFunction = F;
173         else if (GS.AccessingFunction != F)
174           GS.HasMultipleAccessingFunctions = true;
175       }
176       if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
177         GS.isLoaded = true;
178         if (LI->isVolatile()) return true;  // Don't hack on volatile loads.
179       } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
180         // Don't allow a store OF the address, only stores TO the address.
181         if (SI->getOperand(0) == V) return true;
182
183         if (SI->isVolatile()) return true;  // Don't hack on volatile stores.
184
185         // If this is a direct store to the global (i.e., the global is a scalar
186         // value, not an aggregate), keep more specific information about
187         // stores.
188         if (GS.StoredType != GlobalStatus::isStored) {
189           if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(
190                                                            SI->getOperand(1))) {
191             Value *StoredVal = SI->getOperand(0);
192             if (StoredVal == GV->getInitializer()) {
193               if (GS.StoredType < GlobalStatus::isInitializerStored)
194                 GS.StoredType = GlobalStatus::isInitializerStored;
195             } else if (isa<LoadInst>(StoredVal) &&
196                        cast<LoadInst>(StoredVal)->getOperand(0) == GV) {
197               if (GS.StoredType < GlobalStatus::isInitializerStored)
198                 GS.StoredType = GlobalStatus::isInitializerStored;
199             } else if (GS.StoredType < GlobalStatus::isStoredOnce) {
200               GS.StoredType = GlobalStatus::isStoredOnce;
201               GS.StoredOnceValue = StoredVal;
202             } else if (GS.StoredType == GlobalStatus::isStoredOnce &&
203                        GS.StoredOnceValue == StoredVal) {
204               // noop.
205             } else {
206               GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
207             }
208           } else {
209             GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
210           }
211         }
212       } else if (isa<GetElementPtrInst>(I)) {
213         if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
214       } else if (isa<SelectInst>(I)) {
215         if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
216       } else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
217         // PHI nodes we can check just like select or GEP instructions, but we
218         // have to be careful about infinite recursion.
219         if (PHIUsers.insert(PN))  // Not already visited.
220           if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
221         GS.HasPHIUser = true;
222       } else if (isa<CmpInst>(I)) {
223         // Nothing to analyse.
224       } else if (isa<MemTransferInst>(I)) {
225         const MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(I);
226         if (MTI->getArgOperand(0) == V)
227           GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
228         if (MTI->getArgOperand(1) == V)
229           GS.isLoaded = true;
230       } else if (isa<MemSetInst>(I)) {
231         assert(cast<MemSetInst>(I)->getArgOperand(0) == V &&
232                "Memset only takes one pointer!");
233         GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
234       } else {
235         return true;  // Any other non-load instruction might take address!
236       }
237     } else if (const Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
238       GS.HasNonInstructionUser = true;
239       // We might have a dead and dangling constant hanging off of here.
240       if (!SafeToDestroyConstant(C))
241         return true;
242     } else {
243       GS.HasNonInstructionUser = true;
244       // Otherwise must be some other user.
245       return true;
246     }
247   }
248
249   return false;
250 }
251
252 static Constant *getAggregateConstantElement(Constant *Agg, Constant *Idx) {
253   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Idx);
254   if (!CI) return 0;
255   unsigned IdxV = CI->getZExtValue();
256
257   if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Agg)) {
258     if (IdxV < CS->getNumOperands()) return CS->getOperand(IdxV);
259   } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Agg)) {
260     if (IdxV < CA->getNumOperands()) return CA->getOperand(IdxV);
261   } else if (ConstantVector *CP = dyn_cast<ConstantVector>(Agg)) {
262     if (IdxV < CP->getNumOperands()) return CP->getOperand(IdxV);
263   } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Agg)) {
264     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Agg->getType())) {
265       if (IdxV < STy->getNumElements())
266         return Constant::getNullValue(STy->getElementType(IdxV));
267     } else if (const SequentialType *STy =
268                dyn_cast<SequentialType>(Agg->getType())) {
269       return Constant::getNullValue(STy->getElementType());
270     }
271   } else if (isa<UndefValue>(Agg)) {
272     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Agg->getType())) {
273       if (IdxV < STy->getNumElements())
274         return UndefValue::get(STy->getElementType(IdxV));
275     } else if (const SequentialType *STy =
276                dyn_cast<SequentialType>(Agg->getType())) {
277       return UndefValue::get(STy->getElementType());
278     }
279   }
280   return 0;
281 }
282
283
284 /// CleanupConstantGlobalUsers - We just marked GV constant.  Loop over all
285 /// users of the global, cleaning up the obvious ones.  This is largely just a
286 /// quick scan over the use list to clean up the easy and obvious cruft.  This
287 /// returns true if it made a change.
288 static bool CleanupConstantGlobalUsers(Value *V, Constant *Init) {
289   bool Changed = false;
290   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;) {
291     User *U = *UI++;
292
293     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
294       if (Init) {
295         // Replace the load with the initializer.
296         LI->replaceAllUsesWith(Init);
297         LI->eraseFromParent();
298         Changed = true;
299       }
300     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
301       // Store must be unreachable or storing Init into the global.
302       SI->eraseFromParent();
303       Changed = true;
304     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
305       if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
306         Constant *SubInit = 0;
307         if (Init)
308           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE);
309         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, SubInit);
310       } else if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast && 
311                  CE->getType()->isPointerTy()) {
312         // Pointer cast, delete any stores and memsets to the global.
313         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, 0);
314       }
315
316       if (CE->use_empty()) {
317         CE->destroyConstant();
318         Changed = true;
319       }
320     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
321       // Do not transform "gepinst (gep constexpr (GV))" here, because forming
322       // "gepconstexpr (gep constexpr (GV))" will cause the two gep's to fold
323       // and will invalidate our notion of what Init is.
324       Constant *SubInit = 0;
325       if (!isa<ConstantExpr>(GEP->getOperand(0))) {
326         ConstantExpr *CE = 
327           dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(ConstantFoldInstruction(GEP));
328         if (Init && CE && CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
329           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE);
330       }
331       Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(GEP, SubInit);
332
333       if (GEP->use_empty()) {
334         GEP->eraseFromParent();
335         Changed = true;
336       }
337     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U)) { // memset/cpy/mv
338       if (MI->getRawDest() == V) {
339         MI->eraseFromParent();
340         Changed = true;
341       }
342
343     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
344       // If we have a chain of dead constantexprs or other things dangling from
345       // us, and if they are all dead, nuke them without remorse.
346       if (SafeToDestroyConstant(C)) {
347         C->destroyConstant();
348         // This could have invalidated UI, start over from scratch.
349         CleanupConstantGlobalUsers(V, Init);
350         return true;
351       }
352     }
353   }
354   return Changed;
355 }
356
357 /// isSafeSROAElementUse - Return true if the specified instruction is a safe
358 /// user of a derived expression from a global that we want to SROA.
359 static bool isSafeSROAElementUse(Value *V) {
360   // We might have a dead and dangling constant hanging off of here.
361   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
362     return SafeToDestroyConstant(C);
363   
364   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
365   if (!I) return false;
366
367   // Loads are ok.
368   if (isa<LoadInst>(I)) return true;
369
370   // Stores *to* the pointer are ok.
371   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
372     return SI->getOperand(0) != V;
373     
374   // Otherwise, it must be a GEP.
375   GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I);
376   if (GEPI == 0) return false;
377   
378   if (GEPI->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEPI->getOperand(1)) ||
379       !cast<Constant>(GEPI->getOperand(1))->isNullValue())
380     return false;
381   
382   for (Value::use_iterator I = GEPI->use_begin(), E = GEPI->use_end();
383        I != E; ++I)
384     if (!isSafeSROAElementUse(*I))
385       return false;
386   return true;
387 }
388
389
390 /// IsUserOfGlobalSafeForSRA - U is a direct user of the specified global value.
391 /// Look at it and its uses and decide whether it is safe to SROA this global.
392 ///
393 static bool IsUserOfGlobalSafeForSRA(User *U, GlobalValue *GV) {
394   // The user of the global must be a GEP Inst or a ConstantExpr GEP.
395   if (!isa<GetElementPtrInst>(U) && 
396       (!isa<ConstantExpr>(U) || 
397        cast<ConstantExpr>(U)->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr))
398     return false;
399   
400   // Check to see if this ConstantExpr GEP is SRA'able.  In particular, we
401   // don't like < 3 operand CE's, and we don't like non-constant integer
402   // indices.  This enforces that all uses are 'gep GV, 0, C, ...' for some
403   // value of C.
404   if (U->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(U->getOperand(1)) ||
405       !cast<Constant>(U->getOperand(1))->isNullValue() ||
406       !isa<ConstantInt>(U->getOperand(2)))
407     return false;
408
409   gep_type_iterator GEPI = gep_type_begin(U), E = gep_type_end(U);
410   ++GEPI;  // Skip over the pointer index.
411   
412   // If this is a use of an array allocation, do a bit more checking for sanity.
413   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*GEPI)) {
414     uint64_t NumElements = AT->getNumElements();
415     ConstantInt *Idx = cast<ConstantInt>(U->getOperand(2));
416     
417     // Check to make sure that index falls within the array.  If not,
418     // something funny is going on, so we won't do the optimization.
419     //
420     if (Idx->getZExtValue() >= NumElements)
421       return false;
422       
423     // We cannot scalar repl this level of the array unless any array
424     // sub-indices are in-range constants.  In particular, consider:
425     // A[0][i].  We cannot know that the user isn't doing invalid things like
426     // allowing i to index an out-of-range subscript that accesses A[1].
427     //
428     // Scalar replacing *just* the outer index of the array is probably not
429     // going to be a win anyway, so just give up.
430     for (++GEPI; // Skip array index.
431          GEPI != E;
432          ++GEPI) {
433       uint64_t NumElements;
434       if (const ArrayType *SubArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(*GEPI))
435         NumElements = SubArrayTy->getNumElements();
436       else if (const VectorType *SubVectorTy = dyn_cast<VectorType>(*GEPI))
437         NumElements = SubVectorTy->getNumElements();
438       else {
439         assert((*GEPI)->isStructTy() &&
440                "Indexed GEP type is not array, vector, or struct!");
441         continue;
442       }
443       
444       ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPI.getOperand());
445       if (!IdxVal || IdxVal->getZExtValue() >= NumElements)
446         return false;
447     }
448   }
449
450   for (Value::use_iterator I = U->use_begin(), E = U->use_end(); I != E; ++I)
451     if (!isSafeSROAElementUse(*I))
452       return false;
453   return true;
454 }
455
456 /// GlobalUsersSafeToSRA - Look at all uses of the global and decide whether it
457 /// is safe for us to perform this transformation.
458 ///
459 static bool GlobalUsersSafeToSRA(GlobalValue *GV) {
460   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
461        UI != E; ++UI) {
462     if (!IsUserOfGlobalSafeForSRA(*UI, GV))
463       return false;
464   }
465   return true;
466 }
467  
468
469 /// SRAGlobal - Perform scalar replacement of aggregates on the specified global
470 /// variable.  This opens the door for other optimizations by exposing the
471 /// behavior of the program in a more fine-grained way.  We have determined that
472 /// this transformation is safe already.  We return the first global variable we
473 /// insert so that the caller can reprocess it.
474 static GlobalVariable *SRAGlobal(GlobalVariable *GV, const TargetData &TD) {
475   // Make sure this global only has simple uses that we can SRA.
476   if (!GlobalUsersSafeToSRA(GV))
477     return 0;
478   
479   assert(GV->hasLocalLinkage() && !GV->isConstant());
480   Constant *Init = GV->getInitializer();
481   const Type *Ty = Init->getType();
482
483   std::vector<GlobalVariable*> NewGlobals;
484   Module::GlobalListType &Globals = GV->getParent()->getGlobalList();
485
486   // Get the alignment of the global, either explicit or target-specific.
487   unsigned StartAlignment = GV->getAlignment();
488   if (StartAlignment == 0)
489     StartAlignment = TD.getABITypeAlignment(GV->getType());
490    
491   if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
492     NewGlobals.reserve(STy->getNumElements());
493     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(STy);
494     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
495       Constant *In = getAggregateConstantElement(Init,
496                     ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(STy->getContext()), i));
497       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
498       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(STy->getElementType(i), false,
499                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
500                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
501                                                GV->isThreadLocal(),
502                                               GV->getType()->getAddressSpace());
503       Globals.insert(GV, NGV);
504       NewGlobals.push_back(NGV);
505       
506       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
507       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
508       // propagate info to each field.
509       uint64_t FieldOffset = Layout.getElementOffset(i);
510       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, FieldOffset);
511       if (NewAlign > TD.getABITypeAlignment(STy->getElementType(i)))
512         NGV->setAlignment(NewAlign);
513     }
514   } else if (const SequentialType *STy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
515     unsigned NumElements = 0;
516     if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(STy))
517       NumElements = ATy->getNumElements();
518     else
519       NumElements = cast<VectorType>(STy)->getNumElements();
520
521     if (NumElements > 16 && GV->hasNUsesOrMore(16))
522       return 0; // It's not worth it.
523     NewGlobals.reserve(NumElements);
524     
525     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSize(STy->getElementType());
526     unsigned EltAlign = TD.getABITypeAlignment(STy->getElementType());
527     for (unsigned i = 0, e = NumElements; i != e; ++i) {
528       Constant *In = getAggregateConstantElement(Init,
529                     ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Init->getContext()), i));
530       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
531
532       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(STy->getElementType(), false,
533                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
534                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
535                                                GV->isThreadLocal(),
536                                               GV->getType()->getAddressSpace());
537       Globals.insert(GV, NGV);
538       NewGlobals.push_back(NGV);
539       
540       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
541       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
542       // propagate info to each field.
543       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, EltSize*i);
544       if (NewAlign > EltAlign)
545         NGV->setAlignment(NewAlign);
546     }
547   }
548
549   if (NewGlobals.empty())
550     return 0;
551   
552   DEBUG(dbgs() << "PERFORMING GLOBAL SRA ON: " << *GV);
553
554   Constant *NullInt =Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GV->getContext()));
555
556   // Loop over all of the uses of the global, replacing the constantexpr geps,
557   // with smaller constantexpr geps or direct references.
558   while (!GV->use_empty()) {
559     User *GEP = GV->use_back();
560     assert(((isa<ConstantExpr>(GEP) &&
561              cast<ConstantExpr>(GEP)->getOpcode()==Instruction::GetElementPtr)||
562             isa<GetElementPtrInst>(GEP)) && "NonGEP CE's are not SRAable!");
563
564     // Ignore the 1th operand, which has to be zero or else the program is quite
565     // broken (undefined).  Get the 2nd operand, which is the structure or array
566     // index.
567     unsigned Val = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2))->getZExtValue();
568     if (Val >= NewGlobals.size()) Val = 0; // Out of bound array access.
569
570     Value *NewPtr = NewGlobals[Val];
571
572     // Form a shorter GEP if needed.
573     if (GEP->getNumOperands() > 3) {
574       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GEP)) {
575         SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
576         Idxs.push_back(NullInt);
577         for (unsigned i = 3, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
578           Idxs.push_back(CE->getOperand(i));
579         NewPtr = ConstantExpr::getGetElementPtr(cast<Constant>(NewPtr),
580                                                 &Idxs[0], Idxs.size());
581       } else {
582         GetElementPtrInst *GEPI = cast<GetElementPtrInst>(GEP);
583         SmallVector<Value*, 8> Idxs;
584         Idxs.push_back(NullInt);
585         for (unsigned i = 3, e = GEPI->getNumOperands(); i != e; ++i)
586           Idxs.push_back(GEPI->getOperand(i));
587         NewPtr = GetElementPtrInst::Create(NewPtr, Idxs.begin(), Idxs.end(),
588                                            GEPI->getName()+"."+Twine(Val),GEPI);
589       }
590     }
591     GEP->replaceAllUsesWith(NewPtr);
592
593     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(GEP))
594       GEPI->eraseFromParent();
595     else
596       cast<ConstantExpr>(GEP)->destroyConstant();
597   }
598
599   // Delete the old global, now that it is dead.
600   Globals.erase(GV);
601   ++NumSRA;
602
603   // Loop over the new globals array deleting any globals that are obviously
604   // dead.  This can arise due to scalarization of a structure or an array that
605   // has elements that are dead.
606   unsigned FirstGlobal = 0;
607   for (unsigned i = 0, e = NewGlobals.size(); i != e; ++i)
608     if (NewGlobals[i]->use_empty()) {
609       Globals.erase(NewGlobals[i]);
610       if (FirstGlobal == i) ++FirstGlobal;
611     }
612
613   return FirstGlobal != NewGlobals.size() ? NewGlobals[FirstGlobal] : 0;
614 }
615
616 /// AllUsesOfValueWillTrapIfNull - Return true if all users of the specified
617 /// value will trap if the value is dynamically null.  PHIs keeps track of any 
618 /// phi nodes we've seen to avoid reprocessing them.
619 static bool AllUsesOfValueWillTrapIfNull(const Value *V,
620                                          SmallPtrSet<const PHINode*, 8> &PHIs) {
621   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;
622        ++UI) {
623     const User *U = *UI;
624
625     if (isa<LoadInst>(U)) {
626       // Will trap.
627     } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
628       if (SI->getOperand(0) == V) {
629         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
630         return false;  // Storing the value.
631       }
632     } else if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(U)) {
633       if (CI->getCalledValue() != V) {
634         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
635         return false;  // Not calling the ptr
636       }
637     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(U)) {
638       if (II->getCalledValue() != V) {
639         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
640         return false;  // Not calling the ptr
641       }
642     } else if (const BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
643       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(CI, PHIs)) return false;
644     } else if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
645       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(GEPI, PHIs)) return false;
646     } else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
647       // If we've already seen this phi node, ignore it, it has already been
648       // checked.
649       if (PHIs.insert(PN) && !AllUsesOfValueWillTrapIfNull(PN, PHIs))
650         return false;
651     } else if (isa<ICmpInst>(U) &&
652                isa<ConstantPointerNull>(UI->getOperand(1))) {
653       // Ignore icmp X, null
654     } else {
655       //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
656       return false;
657     }
658   }
659   return true;
660 }
661
662 /// AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull - Return true if all uses of any loads
663 /// from GV will trap if the loaded value is null.  Note that this also permits
664 /// comparisons of the loaded value against null, as a special case.
665 static bool AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(const GlobalVariable *GV) {
666   for (Value::const_use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
667        UI != E; ++UI) {
668     const User *U = *UI;
669
670     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
671       SmallPtrSet<const PHINode*, 8> PHIs;
672       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(LI, PHIs))
673         return false;
674     } else if (isa<StoreInst>(U)) {
675       // Ignore stores to the global.
676     } else {
677       // We don't know or understand this user, bail out.
678       //cerr << "UNKNOWN USER OF GLOBAL!: " << *U;
679       return false;
680     }
681   }
682   return true;
683 }
684
685 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(Value *V, Constant *NewV) {
686   bool Changed = false;
687   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; ) {
688     Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
689     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
690       LI->setOperand(0, NewV);
691       Changed = true;
692     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
693       if (SI->getOperand(1) == V) {
694         SI->setOperand(1, NewV);
695         Changed = true;
696       }
697     } else if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I)) {
698       CallSite CS(I);
699       if (CS.getCalledValue() == V) {
700         // Calling through the pointer!  Turn into a direct call, but be careful
701         // that the pointer is not also being passed as an argument.
702         CS.setCalledFunction(NewV);
703         Changed = true;
704         bool PassedAsArg = false;
705         for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
706           if (CS.getArgument(i) == V) {
707             PassedAsArg = true;
708             CS.setArgument(i, NewV);
709           }
710
711         if (PassedAsArg) {
712           // Being passed as an argument also.  Be careful to not invalidate UI!
713           UI = V->use_begin();
714         }
715       }
716     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
717       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(CI,
718                                 ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
719                                                       NewV, CI->getType()));
720       if (CI->use_empty()) {
721         Changed = true;
722         CI->eraseFromParent();
723       }
724     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
725       // Should handle GEP here.
726       SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
727       Idxs.reserve(GEPI->getNumOperands()-1);
728       for (User::op_iterator i = GEPI->op_begin() + 1, e = GEPI->op_end();
729            i != e; ++i)
730         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(*i))
731           Idxs.push_back(C);
732         else
733           break;
734       if (Idxs.size() == GEPI->getNumOperands()-1)
735         Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(GEPI,
736                           ConstantExpr::getGetElementPtr(NewV, &Idxs[0],
737                                                         Idxs.size()));
738       if (GEPI->use_empty()) {
739         Changed = true;
740         GEPI->eraseFromParent();
741       }
742     }
743   }
744
745   return Changed;
746 }
747
748
749 /// OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads - The specified global has only one non-null
750 /// value stored into it.  If there are uses of the loaded value that would trap
751 /// if the loaded value is dynamically null, then we know that they cannot be
752 /// reachable with a null optimize away the load.
753 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GlobalVariable *GV, Constant *LV) {
754   bool Changed = false;
755
756   // Keep track of whether we are able to remove all the uses of the global
757   // other than the store that defines it.
758   bool AllNonStoreUsesGone = true;
759   
760   // Replace all uses of loads with uses of uses of the stored value.
761   for (Value::use_iterator GUI = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); GUI != E;){
762     User *GlobalUser = *GUI++;
763     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(GlobalUser)) {
764       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(LI, LV);
765       // If we were able to delete all uses of the loads
766       if (LI->use_empty()) {
767         LI->eraseFromParent();
768         Changed = true;
769       } else {
770         AllNonStoreUsesGone = false;
771       }
772     } else if (isa<StoreInst>(GlobalUser)) {
773       // Ignore the store that stores "LV" to the global.
774       assert(GlobalUser->getOperand(1) == GV &&
775              "Must be storing *to* the global");
776     } else {
777       AllNonStoreUsesGone = false;
778
779       // If we get here we could have other crazy uses that are transitively
780       // loaded.
781       assert((isa<PHINode>(GlobalUser) || isa<SelectInst>(GlobalUser) ||
782               isa<ConstantExpr>(GlobalUser)) && "Only expect load and stores!");
783     }
784   }
785
786   if (Changed) {
787     DEBUG(dbgs() << "OPTIMIZED LOADS FROM STORED ONCE POINTER: " << *GV);
788     ++NumGlobUses;
789   }
790
791   // If we nuked all of the loads, then none of the stores are needed either,
792   // nor is the global.
793   if (AllNonStoreUsesGone) {
794     DEBUG(dbgs() << "  *** GLOBAL NOW DEAD!\n");
795     CleanupConstantGlobalUsers(GV, 0);
796     if (GV->use_empty()) {
797       GV->eraseFromParent();
798       ++NumDeleted;
799     }
800     Changed = true;
801   }
802   return Changed;
803 }
804
805 /// ConstantPropUsersOf - Walk the use list of V, constant folding all of the
806 /// instructions that are foldable.
807 static void ConstantPropUsersOf(Value *V) {
808   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; )
809     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(*UI++))
810       if (Constant *NewC = ConstantFoldInstruction(I)) {
811         I->replaceAllUsesWith(NewC);
812
813         // Advance UI to the next non-I use to avoid invalidating it!
814         // Instructions could multiply use V.
815         while (UI != E && *UI == I)
816           ++UI;
817         I->eraseFromParent();
818       }
819 }
820
821 /// OptimizeGlobalAddressOfMalloc - This function takes the specified global
822 /// variable, and transforms the program as if it always contained the result of
823 /// the specified malloc.  Because it is always the result of the specified
824 /// malloc, there is no reason to actually DO the malloc.  Instead, turn the
825 /// malloc into a global, and any loads of GV as uses of the new global.
826 static GlobalVariable *OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GlobalVariable *GV,
827                                                      CallInst *CI,
828                                                      const Type *AllocTy,
829                                                      ConstantInt *NElements,
830                                                      TargetData* TD) {
831   DEBUG(errs() << "PROMOTING GLOBAL: " << *GV << "  CALL = " << *CI << '\n');
832   
833   const Type *GlobalType;
834   if (NElements->getZExtValue() == 1)
835     GlobalType = AllocTy;
836   else
837     // If we have an array allocation, the global variable is of an array.
838     GlobalType = ArrayType::get(AllocTy, NElements->getZExtValue());
839
840   // Create the new global variable.  The contents of the malloc'd memory is
841   // undefined, so initialize with an undef value.
842   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(*GV->getParent(), 
843                                              GlobalType, false,
844                                              GlobalValue::InternalLinkage,
845                                              UndefValue::get(GlobalType),
846                                              GV->getName()+".body",
847                                              GV,
848                                              GV->isThreadLocal());
849   
850   // If there are bitcast users of the malloc (which is typical, usually we have
851   // a malloc + bitcast) then replace them with uses of the new global.  Update
852   // other users to use the global as well.
853   BitCastInst *TheBC = 0;
854   while (!CI->use_empty()) {
855     Instruction *User = cast<Instruction>(CI->use_back());
856     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
857       if (BCI->getType() == NewGV->getType()) {
858         BCI->replaceAllUsesWith(NewGV);
859         BCI->eraseFromParent();
860       } else {
861         BCI->setOperand(0, NewGV);
862       }
863     } else {
864       if (TheBC == 0)
865         TheBC = new BitCastInst(NewGV, CI->getType(), "newgv", CI);
866       User->replaceUsesOfWith(CI, TheBC);
867     }
868   }
869   
870   Constant *RepValue = NewGV;
871   if (NewGV->getType() != GV->getType()->getElementType())
872     RepValue = ConstantExpr::getBitCast(RepValue, 
873                                         GV->getType()->getElementType());
874
875   // If there is a comparison against null, we will insert a global bool to
876   // keep track of whether the global was initialized yet or not.
877   GlobalVariable *InitBool =
878     new GlobalVariable(Type::getInt1Ty(GV->getContext()), false,
879                        GlobalValue::InternalLinkage,
880                        ConstantInt::getFalse(GV->getContext()),
881                        GV->getName()+".init", GV->isThreadLocal());
882   bool InitBoolUsed = false;
883
884   // Loop over all uses of GV, processing them in turn.
885   while (!GV->use_empty()) {
886     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GV->use_back())) {
887       // The global is initialized when the store to it occurs.
888       new StoreInst(ConstantInt::getTrue(GV->getContext()), InitBool, SI);
889       SI->eraseFromParent();
890       continue;
891     }
892     
893     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(GV->use_back());
894     while (!LI->use_empty()) {
895       Use &LoadUse = LI->use_begin().getUse();
896       if (!isa<ICmpInst>(LoadUse.getUser())) {
897         LoadUse = RepValue;
898         continue;
899       }
900       
901       ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(LoadUse.getUser());
902       // Replace the cmp X, 0 with a use of the bool value.
903       Value *LV = new LoadInst(InitBool, InitBool->getName()+".val", ICI);
904       InitBoolUsed = true;
905       switch (ICI->getPredicate()) {
906       default: llvm_unreachable("Unknown ICmp Predicate!");
907       case ICmpInst::ICMP_ULT:
908       case ICmpInst::ICMP_SLT:   // X < null -> always false
909         LV = ConstantInt::getFalse(GV->getContext());
910         break;
911       case ICmpInst::ICMP_ULE:
912       case ICmpInst::ICMP_SLE:
913       case ICmpInst::ICMP_EQ:
914         LV = BinaryOperator::CreateNot(LV, "notinit", ICI);
915         break;
916       case ICmpInst::ICMP_NE:
917       case ICmpInst::ICMP_UGE:
918       case ICmpInst::ICMP_SGE:
919       case ICmpInst::ICMP_UGT:
920       case ICmpInst::ICMP_SGT:
921         break;  // no change.
922       }
923       ICI->replaceAllUsesWith(LV);
924       ICI->eraseFromParent();
925     }
926     LI->eraseFromParent();
927   }
928
929   // If the initialization boolean was used, insert it, otherwise delete it.
930   if (!InitBoolUsed) {
931     while (!InitBool->use_empty())  // Delete initializations
932       cast<StoreInst>(InitBool->use_back())->eraseFromParent();
933     delete InitBool;
934   } else
935     GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV, InitBool);
936
937   // Now the GV is dead, nuke it and the malloc..
938   GV->eraseFromParent();
939   CI->eraseFromParent();
940
941   // To further other optimizations, loop over all users of NewGV and try to
942   // constant prop them.  This will promote GEP instructions with constant
943   // indices into GEP constant-exprs, which will allow global-opt to hack on it.
944   ConstantPropUsersOf(NewGV);
945   if (RepValue != NewGV)
946     ConstantPropUsersOf(RepValue);
947
948   return NewGV;
949 }
950
951 /// ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal - Scan the use-list of V checking
952 /// to make sure that there are no complex uses of V.  We permit simple things
953 /// like dereferencing the pointer, but not storing through the address, unless
954 /// it is to the specified global.
955 static bool ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(const Instruction *V,
956                                                       const GlobalVariable *GV,
957                                          SmallPtrSet<const PHINode*, 8> &PHIs) {
958   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end();
959        UI != E; ++UI) {
960     const Instruction *Inst = cast<Instruction>(*UI);
961
962     if (isa<LoadInst>(Inst) || isa<CmpInst>(Inst)) {
963       continue; // Fine, ignore.
964     }
965     
966     if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
967       if (SI->getOperand(0) == V && SI->getOperand(1) != GV)
968         return false;  // Storing the pointer itself... bad.
969       continue; // Otherwise, storing through it, or storing into GV... fine.
970     }
971     
972     // Must index into the array and into the struct.
973     if (isa<GetElementPtrInst>(Inst) && Inst->getNumOperands() >= 3) {
974       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(Inst, GV, PHIs))
975         return false;
976       continue;
977     }
978     
979     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Inst)) {
980       // PHIs are ok if all uses are ok.  Don't infinitely recurse through PHI
981       // cycles.
982       if (PHIs.insert(PN))
983         if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(PN, GV, PHIs))
984           return false;
985       continue;
986     }
987     
988     if (const BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Inst)) {
989       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(BCI, GV, PHIs))
990         return false;
991       continue;
992     }
993     
994     return false;
995   }
996   return true;
997 }
998
999 /// ReplaceUsesOfMallocWithGlobal - The Alloc pointer is stored into GV
1000 /// somewhere.  Transform all uses of the allocation into loads from the
1001 /// global and uses of the resultant pointer.  Further, delete the store into
1002 /// GV.  This assumes that these value pass the 
1003 /// 'ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal' predicate.
1004 static void ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(Instruction *Alloc, 
1005                                           GlobalVariable *GV) {
1006   while (!Alloc->use_empty()) {
1007     Instruction *U = cast<Instruction>(*Alloc->use_begin());
1008     Instruction *InsertPt = U;
1009     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1010       // If this is the store of the allocation into the global, remove it.
1011       if (SI->getOperand(1) == GV) {
1012         SI->eraseFromParent();
1013         continue;
1014       }
1015     } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1016       // Insert the load in the corresponding predecessor, not right before the
1017       // PHI.
1018       InsertPt = PN->getIncomingBlock(Alloc->use_begin())->getTerminator();
1019     } else if (isa<BitCastInst>(U)) {
1020       // Must be bitcast between the malloc and store to initialize the global.
1021       ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(U, GV);
1022       U->eraseFromParent();
1023       continue;
1024     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
1025       // If this is a "GEP bitcast" and the user is a store to the global, then
1026       // just process it as a bitcast.
1027       if (GEPI->hasAllZeroIndices() && GEPI->hasOneUse())
1028         if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GEPI->use_back()))
1029           if (SI->getOperand(1) == GV) {
1030             // Must be bitcast GEP between the malloc and store to initialize
1031             // the global.
1032             ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(GEPI, GV);
1033             GEPI->eraseFromParent();
1034             continue;
1035           }
1036     }
1037       
1038     // Insert a load from the global, and use it instead of the malloc.
1039     Value *NL = new LoadInst(GV, GV->getName()+".val", InsertPt);
1040     U->replaceUsesOfWith(Alloc, NL);
1041   }
1042 }
1043
1044 /// LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA - Verify that all uses of V (a load, or a phi
1045 /// of a load) are simple enough to perform heap SRA on.  This permits GEP's
1046 /// that index through the array and struct field, icmps of null, and PHIs.
1047 static bool LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(const Value *V,
1048                         SmallPtrSet<const PHINode*, 32> &LoadUsingPHIs,
1049                         SmallPtrSet<const PHINode*, 32> &LoadUsingPHIsPerLoad) {
1050   // We permit two users of the load: setcc comparing against the null
1051   // pointer, and a getelementptr of a specific form.
1052   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;
1053        ++UI) {
1054     const Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1055     
1056     // Comparison against null is ok.
1057     if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(User)) {
1058       if (!isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1059         return false;
1060       continue;
1061     }
1062     
1063     // getelementptr is also ok, but only a simple form.
1064     if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1065       // Must index into the array and into the struct.
1066       if (GEPI->getNumOperands() < 3)
1067         return false;
1068       
1069       // Otherwise the GEP is ok.
1070       continue;
1071     }
1072     
1073     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1074       if (!LoadUsingPHIsPerLoad.insert(PN))
1075         // This means some phi nodes are dependent on each other.
1076         // Avoid infinite looping!
1077         return false;
1078       if (!LoadUsingPHIs.insert(PN))
1079         // If we have already analyzed this PHI, then it is safe.
1080         continue;
1081       
1082       // Make sure all uses of the PHI are simple enough to transform.
1083       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(PN,
1084                                           LoadUsingPHIs, LoadUsingPHIsPerLoad))
1085         return false;
1086       
1087       continue;
1088     }
1089     
1090     // Otherwise we don't know what this is, not ok.
1091     return false;
1092   }
1093   
1094   return true;
1095 }
1096
1097
1098 /// AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA - If all users of values loaded from
1099 /// GV are simple enough to perform HeapSRA, return true.
1100 static bool AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(const GlobalVariable *GV,
1101                                                     Instruction *StoredVal) {
1102   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> LoadUsingPHIs;
1103   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> LoadUsingPHIsPerLoad;
1104   for (Value::const_use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
1105        UI != E; ++UI)
1106     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
1107       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(LI, LoadUsingPHIs,
1108                                           LoadUsingPHIsPerLoad))
1109         return false;
1110       LoadUsingPHIsPerLoad.clear();
1111     }
1112   
1113   // If we reach here, we know that all uses of the loads and transitive uses
1114   // (through PHI nodes) are simple enough to transform.  However, we don't know
1115   // that all inputs the to the PHI nodes are in the same equivalence sets. 
1116   // Check to verify that all operands of the PHIs are either PHIS that can be
1117   // transformed, loads from GV, or MI itself.
1118   for (SmallPtrSet<const PHINode*, 32>::const_iterator I = LoadUsingPHIs.begin()
1119        , E = LoadUsingPHIs.end(); I != E; ++I) {
1120     const PHINode *PN = *I;
1121     for (unsigned op = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); op != e; ++op) {
1122       Value *InVal = PN->getIncomingValue(op);
1123       
1124       // PHI of the stored value itself is ok.
1125       if (InVal == StoredVal) continue;
1126       
1127       if (const PHINode *InPN = dyn_cast<PHINode>(InVal)) {
1128         // One of the PHIs in our set is (optimistically) ok.
1129         if (LoadUsingPHIs.count(InPN))
1130           continue;
1131         return false;
1132       }
1133       
1134       // Load from GV is ok.
1135       if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(InVal))
1136         if (LI->getOperand(0) == GV)
1137           continue;
1138       
1139       // UNDEF? NULL?
1140       
1141       // Anything else is rejected.
1142       return false;
1143     }
1144   }
1145   
1146   return true;
1147 }
1148
1149 static Value *GetHeapSROAValue(Value *V, unsigned FieldNo,
1150                DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1151                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1152   std::vector<Value*> &FieldVals = InsertedScalarizedValues[V];
1153   
1154   if (FieldNo >= FieldVals.size())
1155     FieldVals.resize(FieldNo+1);
1156   
1157   // If we already have this value, just reuse the previously scalarized
1158   // version.
1159   if (Value *FieldVal = FieldVals[FieldNo])
1160     return FieldVal;
1161   
1162   // Depending on what instruction this is, we have several cases.
1163   Value *Result;
1164   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
1165     // This is a scalarized version of the load from the global.  Just create
1166     // a new Load of the scalarized global.
1167     Result = new LoadInst(GetHeapSROAValue(LI->getOperand(0), FieldNo,
1168                                            InsertedScalarizedValues,
1169                                            PHIsToRewrite),
1170                           LI->getName()+".f"+Twine(FieldNo), LI);
1171   } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1172     // PN's type is pointer to struct.  Make a new PHI of pointer to struct
1173     // field.
1174     const StructType *ST = 
1175       cast<StructType>(cast<PointerType>(PN->getType())->getElementType());
1176     
1177     Result =
1178      PHINode::Create(PointerType::getUnqual(ST->getElementType(FieldNo)),
1179                      PN->getName()+".f"+Twine(FieldNo), PN);
1180     PHIsToRewrite.push_back(std::make_pair(PN, FieldNo));
1181   } else {
1182     llvm_unreachable("Unknown usable value");
1183     Result = 0;
1184   }
1185   
1186   return FieldVals[FieldNo] = Result;
1187 }
1188
1189 /// RewriteHeapSROALoadUser - Given a load instruction and a value derived from
1190 /// the load, rewrite the derived value to use the HeapSRoA'd load.
1191 static void RewriteHeapSROALoadUser(Instruction *LoadUser, 
1192              DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1193                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1194   // If this is a comparison against null, handle it.
1195   if (ICmpInst *SCI = dyn_cast<ICmpInst>(LoadUser)) {
1196     assert(isa<ConstantPointerNull>(SCI->getOperand(1)));
1197     // If we have a setcc of the loaded pointer, we can use a setcc of any
1198     // field.
1199     Value *NPtr = GetHeapSROAValue(SCI->getOperand(0), 0,
1200                                    InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1201     
1202     Value *New = new ICmpInst(SCI, SCI->getPredicate(), NPtr,
1203                               Constant::getNullValue(NPtr->getType()), 
1204                               SCI->getName());
1205     SCI->replaceAllUsesWith(New);
1206     SCI->eraseFromParent();
1207     return;
1208   }
1209   
1210   // Handle 'getelementptr Ptr, Idx, i32 FieldNo ...'
1211   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LoadUser)) {
1212     assert(GEPI->getNumOperands() >= 3 && isa<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))
1213            && "Unexpected GEPI!");
1214   
1215     // Load the pointer for this field.
1216     unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))->getZExtValue();
1217     Value *NewPtr = GetHeapSROAValue(GEPI->getOperand(0), FieldNo,
1218                                      InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1219     
1220     // Create the new GEP idx vector.
1221     SmallVector<Value*, 8> GEPIdx;
1222     GEPIdx.push_back(GEPI->getOperand(1));
1223     GEPIdx.append(GEPI->op_begin()+3, GEPI->op_end());
1224     
1225     Value *NGEPI = GetElementPtrInst::Create(NewPtr,
1226                                              GEPIdx.begin(), GEPIdx.end(),
1227                                              GEPI->getName(), GEPI);
1228     GEPI->replaceAllUsesWith(NGEPI);
1229     GEPI->eraseFromParent();
1230     return;
1231   }
1232
1233   // Recursively transform the users of PHI nodes.  This will lazily create the
1234   // PHIs that are needed for individual elements.  Keep track of what PHIs we
1235   // see in InsertedScalarizedValues so that we don't get infinite loops (very
1236   // antisocial).  If the PHI is already in InsertedScalarizedValues, it has
1237   // already been seen first by another load, so its uses have already been
1238   // processed.
1239   PHINode *PN = cast<PHINode>(LoadUser);
1240   bool Inserted;
1241   DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator InsertPos;
1242   tie(InsertPos, Inserted) =
1243     InsertedScalarizedValues.insert(std::make_pair(PN, std::vector<Value*>()));
1244   if (!Inserted) return;
1245   
1246   // If this is the first time we've seen this PHI, recursively process all
1247   // users.
1248   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end(); UI != E; ) {
1249     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1250     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1251   }
1252 }
1253
1254 /// RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA - We are performing Heap SRoA on a global.  Ptr
1255 /// is a value loaded from the global.  Eliminate all uses of Ptr, making them
1256 /// use FieldGlobals instead.  All uses of loaded values satisfy
1257 /// AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA.
1258 static void RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LoadInst *Load, 
1259                DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1260                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1261   for (Value::use_iterator UI = Load->use_begin(), E = Load->use_end();
1262        UI != E; ) {
1263     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1264     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1265   }
1266   
1267   if (Load->use_empty()) {
1268     Load->eraseFromParent();
1269     InsertedScalarizedValues.erase(Load);
1270   }
1271 }
1272
1273 /// PerformHeapAllocSRoA - CI is an allocation of an array of structures.  Break
1274 /// it up into multiple allocations of arrays of the fields.
1275 static GlobalVariable *PerformHeapAllocSRoA(GlobalVariable *GV, CallInst *CI,
1276                                             Value* NElems, TargetData *TD) {
1277   DEBUG(dbgs() << "SROA HEAP ALLOC: " << *GV << "  MALLOC = " << *CI << '\n');
1278   const Type* MAT = getMallocAllocatedType(CI);
1279   const StructType *STy = cast<StructType>(MAT);
1280
1281   // There is guaranteed to be at least one use of the malloc (storing
1282   // it into GV).  If there are other uses, change them to be uses of
1283   // the global to simplify later code.  This also deletes the store
1284   // into GV.
1285   ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(CI, GV);
1286
1287   // Okay, at this point, there are no users of the malloc.  Insert N
1288   // new mallocs at the same place as CI, and N globals.
1289   std::vector<Value*> FieldGlobals;
1290   std::vector<Value*> FieldMallocs;
1291   
1292   for (unsigned FieldNo = 0, e = STy->getNumElements(); FieldNo != e;++FieldNo){
1293     const Type *FieldTy = STy->getElementType(FieldNo);
1294     const PointerType *PFieldTy = PointerType::getUnqual(FieldTy);
1295     
1296     GlobalVariable *NGV =
1297       new GlobalVariable(*GV->getParent(),
1298                          PFieldTy, false, GlobalValue::InternalLinkage,
1299                          Constant::getNullValue(PFieldTy),
1300                          GV->getName() + ".f" + Twine(FieldNo), GV,
1301                          GV->isThreadLocal());
1302     FieldGlobals.push_back(NGV);
1303     
1304     unsigned TypeSize = TD->getTypeAllocSize(FieldTy);
1305     if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(FieldTy))
1306       TypeSize = TD->getStructLayout(ST)->getSizeInBytes();
1307     const Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(CI->getContext());
1308     Value *NMI = CallInst::CreateMalloc(CI, IntPtrTy, FieldTy,
1309                                         ConstantInt::get(IntPtrTy, TypeSize),
1310                                         NElems,
1311                                         CI->getName() + ".f" + Twine(FieldNo));
1312     FieldMallocs.push_back(NMI);
1313     new StoreInst(NMI, NGV, CI);
1314   }
1315   
1316   // The tricky aspect of this transformation is handling the case when malloc
1317   // fails.  In the original code, malloc failing would set the result pointer
1318   // of malloc to null.  In this case, some mallocs could succeed and others
1319   // could fail.  As such, we emit code that looks like this:
1320   //    F0 = malloc(field0)
1321   //    F1 = malloc(field1)
1322   //    F2 = malloc(field2)
1323   //    if (F0 == 0 || F1 == 0 || F2 == 0) {
1324   //      if (F0) { free(F0); F0 = 0; }
1325   //      if (F1) { free(F1); F1 = 0; }
1326   //      if (F2) { free(F2); F2 = 0; }
1327   //    }
1328   // The malloc can also fail if its argument is too large.
1329   Constant *ConstantZero = ConstantInt::get(CI->getArgOperand(0)->getType(), 0);
1330   Value *RunningOr = new ICmpInst(CI, ICmpInst::ICMP_SLT, CI->getArgOperand(0),
1331                                   ConstantZero, "isneg");
1332   for (unsigned i = 0, e = FieldMallocs.size(); i != e; ++i) {
1333     Value *Cond = new ICmpInst(CI, ICmpInst::ICMP_EQ, FieldMallocs[i],
1334                              Constant::getNullValue(FieldMallocs[i]->getType()),
1335                                "isnull");
1336     RunningOr = BinaryOperator::CreateOr(RunningOr, Cond, "tmp", CI);
1337   }
1338
1339   // Split the basic block at the old malloc.
1340   BasicBlock *OrigBB = CI->getParent();
1341   BasicBlock *ContBB = OrigBB->splitBasicBlock(CI, "malloc_cont");
1342   
1343   // Create the block to check the first condition.  Put all these blocks at the
1344   // end of the function as they are unlikely to be executed.
1345   BasicBlock *NullPtrBlock = BasicBlock::Create(OrigBB->getContext(),
1346                                                 "malloc_ret_null",
1347                                                 OrigBB->getParent());
1348   
1349   // Remove the uncond branch from OrigBB to ContBB, turning it into a cond
1350   // branch on RunningOr.
1351   OrigBB->getTerminator()->eraseFromParent();
1352   BranchInst::Create(NullPtrBlock, ContBB, RunningOr, OrigBB);
1353   
1354   // Within the NullPtrBlock, we need to emit a comparison and branch for each
1355   // pointer, because some may be null while others are not.
1356   for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1357     Value *GVVal = new LoadInst(FieldGlobals[i], "tmp", NullPtrBlock);
1358     Value *Cmp = new ICmpInst(*NullPtrBlock, ICmpInst::ICMP_NE, GVVal, 
1359                               Constant::getNullValue(GVVal->getType()),
1360                               "tmp");
1361     BasicBlock *FreeBlock = BasicBlock::Create(Cmp->getContext(), "free_it",
1362                                                OrigBB->getParent());
1363     BasicBlock *NextBlock = BasicBlock::Create(Cmp->getContext(), "next",
1364                                                OrigBB->getParent());
1365     Instruction *BI = BranchInst::Create(FreeBlock, NextBlock,
1366                                          Cmp, NullPtrBlock);
1367
1368     // Fill in FreeBlock.
1369     CallInst::CreateFree(GVVal, BI);
1370     new StoreInst(Constant::getNullValue(GVVal->getType()), FieldGlobals[i],
1371                   FreeBlock);
1372     BranchInst::Create(NextBlock, FreeBlock);
1373     
1374     NullPtrBlock = NextBlock;
1375   }
1376   
1377   BranchInst::Create(ContBB, NullPtrBlock);
1378
1379   // CI is no longer needed, remove it.
1380   CI->eraseFromParent();
1381
1382   /// InsertedScalarizedLoads - As we process loads, if we can't immediately
1383   /// update all uses of the load, keep track of what scalarized loads are
1384   /// inserted for a given load.
1385   DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > InsertedScalarizedValues;
1386   InsertedScalarizedValues[GV] = FieldGlobals;
1387   
1388   std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > PHIsToRewrite;
1389   
1390   // Okay, the malloc site is completely handled.  All of the uses of GV are now
1391   // loads, and all uses of those loads are simple.  Rewrite them to use loads
1392   // of the per-field globals instead.
1393   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); UI != E;) {
1394     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1395     
1396     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1397       RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LI, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1398       continue;
1399     }
1400     
1401     // Must be a store of null.
1402     StoreInst *SI = cast<StoreInst>(User);
1403     assert(isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(0)) &&
1404            "Unexpected heap-sra user!");
1405     
1406     // Insert a store of null into each global.
1407     for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1408       const PointerType *PT = cast<PointerType>(FieldGlobals[i]->getType());
1409       Constant *Null = Constant::getNullValue(PT->getElementType());
1410       new StoreInst(Null, FieldGlobals[i], SI);
1411     }
1412     // Erase the original store.
1413     SI->eraseFromParent();
1414   }
1415
1416   // While we have PHIs that are interesting to rewrite, do it.
1417   while (!PHIsToRewrite.empty()) {
1418     PHINode *PN = PHIsToRewrite.back().first;
1419     unsigned FieldNo = PHIsToRewrite.back().second;
1420     PHIsToRewrite.pop_back();
1421     PHINode *FieldPN = cast<PHINode>(InsertedScalarizedValues[PN][FieldNo]);
1422     assert(FieldPN->getNumIncomingValues() == 0 &&"Already processed this phi");
1423
1424     // Add all the incoming values.  This can materialize more phis.
1425     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1426       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1427       InVal = GetHeapSROAValue(InVal, FieldNo, InsertedScalarizedValues,
1428                                PHIsToRewrite);
1429       FieldPN->addIncoming(InVal, PN->getIncomingBlock(i));
1430     }
1431   }
1432   
1433   // Drop all inter-phi links and any loads that made it this far.
1434   for (DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator
1435        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1436        I != E; ++I) {
1437     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1438       PN->dropAllReferences();
1439     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1440       LI->dropAllReferences();
1441   }
1442   
1443   // Delete all the phis and loads now that inter-references are dead.
1444   for (DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator
1445        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1446        I != E; ++I) {
1447     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1448       PN->eraseFromParent();
1449     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1450       LI->eraseFromParent();
1451   }
1452   
1453   // The old global is now dead, remove it.
1454   GV->eraseFromParent();
1455
1456   ++NumHeapSRA;
1457   return cast<GlobalVariable>(FieldGlobals[0]);
1458 }
1459
1460 /// TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal - This function is called when we see a
1461 /// pointer global variable with a single value stored it that is a malloc or
1462 /// cast of malloc.
1463 static bool TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GlobalVariable *GV,
1464                                                CallInst *CI,
1465                                                const Type *AllocTy,
1466                                                Module::global_iterator &GVI,
1467                                                TargetData *TD) {
1468   if (!TD)
1469     return false;
1470           
1471   // If this is a malloc of an abstract type, don't touch it.
1472   if (!AllocTy->isSized())
1473     return false;
1474
1475   // We can't optimize this global unless all uses of it are *known* to be
1476   // of the malloc value, not of the null initializer value (consider a use
1477   // that compares the global's value against zero to see if the malloc has
1478   // been reached).  To do this, we check to see if all uses of the global
1479   // would trap if the global were null: this proves that they must all
1480   // happen after the malloc.
1481   if (!AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(GV))
1482     return false;
1483
1484   // We can't optimize this if the malloc itself is used in a complex way,
1485   // for example, being stored into multiple globals.  This allows the
1486   // malloc to be stored into the specified global, loaded setcc'd, and
1487   // GEP'd.  These are all things we could transform to using the global
1488   // for.
1489   SmallPtrSet<const PHINode*, 8> PHIs;
1490   if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(CI, GV, PHIs))
1491     return false;
1492
1493   // If we have a global that is only initialized with a fixed size malloc,
1494   // transform the program to use global memory instead of malloc'd memory.
1495   // This eliminates dynamic allocation, avoids an indirection accessing the
1496   // data, and exposes the resultant global to further GlobalOpt.
1497   // We cannot optimize the malloc if we cannot determine malloc array size.
1498   Value *NElems = getMallocArraySize(CI, TD, true);
1499   if (!NElems)
1500     return false;
1501
1502   if (ConstantInt *NElements = dyn_cast<ConstantInt>(NElems))
1503     // Restrict this transformation to only working on small allocations
1504     // (2048 bytes currently), as we don't want to introduce a 16M global or
1505     // something.
1506     if (NElements->getZExtValue() * TD->getTypeAllocSize(AllocTy) < 2048) {
1507       GVI = OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GV, CI, AllocTy, NElements, TD);
1508       return true;
1509     }
1510   
1511   // If the allocation is an array of structures, consider transforming this
1512   // into multiple malloc'd arrays, one for each field.  This is basically
1513   // SRoA for malloc'd memory.
1514
1515   // If this is an allocation of a fixed size array of structs, analyze as a
1516   // variable size array.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1517   if (NElems == ConstantInt::get(CI->getArgOperand(0)->getType(), 1))
1518     if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(AllocTy))
1519       AllocTy = AT->getElementType();
1520
1521   const StructType *AllocSTy = dyn_cast<StructType>(AllocTy);
1522   if (!AllocSTy)
1523     return false;
1524
1525   // This the structure has an unreasonable number of fields, leave it
1526   // alone.
1527   if (AllocSTy->getNumElements() <= 16 && AllocSTy->getNumElements() != 0 &&
1528       AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(GV, CI)) {
1529
1530     // If this is a fixed size array, transform the Malloc to be an alloc of
1531     // structs.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1532     if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(getMallocAllocatedType(CI))) {
1533       const Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(CI->getContext());
1534       unsigned TypeSize = TD->getStructLayout(AllocSTy)->getSizeInBytes();
1535       Value *AllocSize = ConstantInt::get(IntPtrTy, TypeSize);
1536       Value *NumElements = ConstantInt::get(IntPtrTy, AT->getNumElements());
1537       Instruction *Malloc = CallInst::CreateMalloc(CI, IntPtrTy, AllocSTy,
1538                                                    AllocSize, NumElements,
1539                                                    CI->getName());
1540       Instruction *Cast = new BitCastInst(Malloc, CI->getType(), "tmp", CI);
1541       CI->replaceAllUsesWith(Cast);
1542       CI->eraseFromParent();
1543       CI = dyn_cast<BitCastInst>(Malloc) ?
1544         extractMallocCallFromBitCast(Malloc) : cast<CallInst>(Malloc);
1545     }
1546       
1547     GVI = PerformHeapAllocSRoA(GV, CI, getMallocArraySize(CI, TD, true),TD);
1548     return true;
1549   }
1550   
1551   return false;
1552 }  
1553
1554 // OptimizeOnceStoredGlobal - Try to optimize globals based on the knowledge
1555 // that only one value (besides its initializer) is ever stored to the global.
1556 static bool OptimizeOnceStoredGlobal(GlobalVariable *GV, Value *StoredOnceVal,
1557                                      Module::global_iterator &GVI,
1558                                      TargetData *TD) {
1559   // Ignore no-op GEPs and bitcasts.
1560   StoredOnceVal = StoredOnceVal->stripPointerCasts();
1561
1562   // If we are dealing with a pointer global that is initialized to null and
1563   // only has one (non-null) value stored into it, then we can optimize any
1564   // users of the loaded value (often calls and loads) that would trap if the
1565   // value was null.
1566   if (GV->getInitializer()->getType()->isPointerTy() &&
1567       GV->getInitializer()->isNullValue()) {
1568     if (Constant *SOVC = dyn_cast<Constant>(StoredOnceVal)) {
1569       if (GV->getInitializer()->getType() != SOVC->getType())
1570         SOVC = 
1571          ConstantExpr::getBitCast(SOVC, GV->getInitializer()->getType());
1572
1573       // Optimize away any trapping uses of the loaded value.
1574       if (OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GV, SOVC))
1575         return true;
1576     } else if (CallInst *CI = extractMallocCall(StoredOnceVal)) {
1577       const Type* MallocType = getMallocAllocatedType(CI);
1578       if (MallocType && TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GV, CI, MallocType, 
1579                                                            GVI, TD))
1580         return true;
1581     }
1582   }
1583
1584   return false;
1585 }
1586
1587 /// TryToShrinkGlobalToBoolean - At this point, we have learned that the only
1588 /// two values ever stored into GV are its initializer and OtherVal.  See if we
1589 /// can shrink the global into a boolean and select between the two values
1590 /// whenever it is used.  This exposes the values to other scalar optimizations.
1591 static bool TryToShrinkGlobalToBoolean(GlobalVariable *GV, Constant *OtherVal) {
1592   const Type *GVElType = GV->getType()->getElementType();
1593   
1594   // If GVElType is already i1, it is already shrunk.  If the type of the GV is
1595   // an FP value, pointer or vector, don't do this optimization because a select
1596   // between them is very expensive and unlikely to lead to later
1597   // simplification.  In these cases, we typically end up with "cond ? v1 : v2"
1598   // where v1 and v2 both require constant pool loads, a big loss.
1599   if (GVElType == Type::getInt1Ty(GV->getContext()) ||
1600       GVElType->isFloatingPointTy() ||
1601       GVElType->isPointerTy() || GVElType->isVectorTy())
1602     return false;
1603   
1604   // Walk the use list of the global seeing if all the uses are load or store.
1605   // If there is anything else, bail out.
1606   for (Value::use_iterator I = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); I != E; ++I)
1607     if (!isa<LoadInst>(I) && !isa<StoreInst>(I))
1608       return false;
1609   
1610   DEBUG(dbgs() << "   *** SHRINKING TO BOOL: " << *GV);
1611   
1612   // Create the new global, initializing it to false.
1613   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(Type::getInt1Ty(GV->getContext()),
1614                                              false,
1615                                              GlobalValue::InternalLinkage, 
1616                                         ConstantInt::getFalse(GV->getContext()),
1617                                              GV->getName()+".b",
1618                                              GV->isThreadLocal());
1619   GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV, NewGV);
1620
1621   Constant *InitVal = GV->getInitializer();
1622   assert(InitVal->getType() != Type::getInt1Ty(GV->getContext()) &&
1623          "No reason to shrink to bool!");
1624
1625   // If initialized to zero and storing one into the global, we can use a cast
1626   // instead of a select to synthesize the desired value.
1627   bool IsOneZero = false;
1628   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal))
1629     IsOneZero = InitVal->isNullValue() && CI->isOne();
1630
1631   while (!GV->use_empty()) {
1632     Instruction *UI = cast<Instruction>(GV->use_back());
1633     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
1634       // Change the store into a boolean store.
1635       bool StoringOther = SI->getOperand(0) == OtherVal;
1636       // Only do this if we weren't storing a loaded value.
1637       Value *StoreVal;
1638       if (StoringOther || SI->getOperand(0) == InitVal)
1639         StoreVal = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(GV->getContext()),
1640                                     StoringOther);
1641       else {
1642         // Otherwise, we are storing a previously loaded copy.  To do this,
1643         // change the copy from copying the original value to just copying the
1644         // bool.
1645         Instruction *StoredVal = cast<Instruction>(SI->getOperand(0));
1646
1647         // If we've already replaced the input, StoredVal will be a cast or
1648         // select instruction.  If not, it will be a load of the original
1649         // global.
1650         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(StoredVal)) {
1651           assert(LI->getOperand(0) == GV && "Not a copy!");
1652           // Insert a new load, to preserve the saved value.
1653           StoreVal = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", LI);
1654         } else {
1655           assert((isa<CastInst>(StoredVal) || isa<SelectInst>(StoredVal)) &&
1656                  "This is not a form that we understand!");
1657           StoreVal = StoredVal->getOperand(0);
1658           assert(isa<LoadInst>(StoreVal) && "Not a load of NewGV!");
1659         }
1660       }
1661       new StoreInst(StoreVal, NewGV, SI);
1662     } else {
1663       // Change the load into a load of bool then a select.
1664       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(UI);
1665       LoadInst *NLI = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", LI);
1666       Value *NSI;
1667       if (IsOneZero)
1668         NSI = new ZExtInst(NLI, LI->getType(), "", LI);
1669       else
1670         NSI = SelectInst::Create(NLI, OtherVal, InitVal, "", LI);
1671       NSI->takeName(LI);
1672       LI->replaceAllUsesWith(NSI);
1673     }
1674     UI->eraseFromParent();
1675   }
1676
1677   GV->eraseFromParent();
1678   return true;
1679 }
1680
1681
1682 /// ProcessInternalGlobal - Analyze the specified global variable and optimize
1683 /// it if possible.  If we make a change, return true.
1684 bool GlobalOpt::ProcessInternalGlobal(GlobalVariable *GV,
1685                                       Module::global_iterator &GVI) {
1686   SmallPtrSet<const PHINode*, 16> PHIUsers;
1687   GlobalStatus GS;
1688   GV->removeDeadConstantUsers();
1689
1690   if (GV->use_empty()) {
1691     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL DEAD: " << *GV);
1692     GV->eraseFromParent();
1693     ++NumDeleted;
1694     return true;
1695   }
1696
1697   if (!AnalyzeGlobal(GV, GS, PHIUsers)) {
1698 #if 0
1699     DEBUG(dbgs() << "Global: " << *GV);
1700     DEBUG(dbgs() << "  isLoaded = " << GS.isLoaded << "\n");
1701     DEBUG(dbgs() << "  StoredType = ");
1702     switch (GS.StoredType) {
1703     case GlobalStatus::NotStored: DEBUG(dbgs() << "NEVER STORED\n"); break;
1704     case GlobalStatus::isInitializerStored: DEBUG(dbgs() << "INIT STORED\n");
1705                                             break;
1706     case GlobalStatus::isStoredOnce: DEBUG(dbgs() << "STORED ONCE\n"); break;
1707     case GlobalStatus::isStored: DEBUG(dbgs() << "stored\n"); break;
1708     }
1709     if (GS.StoredType == GlobalStatus::isStoredOnce && GS.StoredOnceValue)
1710       DEBUG(dbgs() << "  StoredOnceValue = " << *GS.StoredOnceValue << "\n");
1711     if (GS.AccessingFunction && !GS.HasMultipleAccessingFunctions)
1712       DEBUG(dbgs() << "  AccessingFunction = "
1713                    << GS.AccessingFunction->getName() << "\n");
1714     DEBUG(dbgs() << "  HasMultipleAccessingFunctions =  "
1715                  << GS.HasMultipleAccessingFunctions << "\n");
1716     DEBUG(dbgs() << "  HasNonInstructionUser = " 
1717                  << GS.HasNonInstructionUser<<"\n");
1718     DEBUG(dbgs() << "\n");
1719 #endif
1720     
1721     // If this is a first class global and has only one accessing function
1722     // and this function is main (which we know is not recursive we can make
1723     // this global a local variable) we replace the global with a local alloca
1724     // in this function.
1725     //
1726     // NOTE: It doesn't make sense to promote non single-value types since we
1727     // are just replacing static memory to stack memory.
1728     //
1729     // If the global is in different address space, don't bring it to stack.
1730     if (!GS.HasMultipleAccessingFunctions &&
1731         GS.AccessingFunction && !GS.HasNonInstructionUser &&
1732         GV->getType()->getElementType()->isSingleValueType() &&
1733         GS.AccessingFunction->getName() == "main" &&
1734         GS.AccessingFunction->hasExternalLinkage() &&
1735         GV->getType()->getAddressSpace() == 0) {
1736       DEBUG(dbgs() << "LOCALIZING GLOBAL: " << *GV);
1737       Instruction& FirstI = const_cast<Instruction&>(*GS.AccessingFunction
1738                                                      ->getEntryBlock().begin());
1739       const Type* ElemTy = GV->getType()->getElementType();
1740       // FIXME: Pass Global's alignment when globals have alignment
1741       AllocaInst* Alloca = new AllocaInst(ElemTy, NULL, GV->getName(), &FirstI);
1742       if (!isa<UndefValue>(GV->getInitializer()))
1743         new StoreInst(GV->getInitializer(), Alloca, &FirstI);
1744
1745       GV->replaceAllUsesWith(Alloca);
1746       GV->eraseFromParent();
1747       ++NumLocalized;
1748       return true;
1749     }
1750     
1751     // If the global is never loaded (but may be stored to), it is dead.
1752     // Delete it now.
1753     if (!GS.isLoaded) {
1754       DEBUG(dbgs() << "GLOBAL NEVER LOADED: " << *GV);
1755
1756       // Delete any stores we can find to the global.  We may not be able to
1757       // make it completely dead though.
1758       bool Changed = CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer());
1759
1760       // If the global is dead now, delete it.
1761       if (GV->use_empty()) {
1762         GV->eraseFromParent();
1763         ++NumDeleted;
1764         Changed = true;
1765       }
1766       return Changed;
1767
1768     } else if (GS.StoredType <= GlobalStatus::isInitializerStored) {
1769       DEBUG(dbgs() << "MARKING CONSTANT: " << *GV);
1770       GV->setConstant(true);
1771
1772       // Clean up any obviously simplifiable users now.
1773       CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer());
1774
1775       // If the global is dead now, just nuke it.
1776       if (GV->use_empty()) {
1777         DEBUG(dbgs() << "   *** Marking constant allowed us to simplify "
1778                      << "all users and delete global!\n");
1779         GV->eraseFromParent();
1780         ++NumDeleted;
1781       }
1782
1783       ++NumMarked;
1784       return true;
1785     } else if (!GV->getInitializer()->getType()->isSingleValueType()) {
1786       if (TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>())
1787         if (GlobalVariable *FirstNewGV = SRAGlobal(GV, *TD)) {
1788           GVI = FirstNewGV;  // Don't skip the newly produced globals!
1789           return true;
1790         }
1791     } else if (GS.StoredType == GlobalStatus::isStoredOnce) {
1792       // If the initial value for the global was an undef value, and if only
1793       // one other value was stored into it, we can just change the
1794       // initializer to be the stored value, then delete all stores to the
1795       // global.  This allows us to mark it constant.
1796       if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue))
1797         if (isa<UndefValue>(GV->getInitializer())) {
1798           // Change the initial value here.
1799           GV->setInitializer(SOVConstant);
1800
1801           // Clean up any obviously simplifiable users now.
1802           CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer());
1803
1804           if (GV->use_empty()) {
1805             DEBUG(dbgs() << "   *** Substituting initializer allowed us to "
1806                          << "simplify all users and delete global!\n");
1807             GV->eraseFromParent();
1808             ++NumDeleted;
1809           } else {
1810             GVI = GV;
1811           }
1812           ++NumSubstitute;
1813           return true;
1814         }
1815
1816       // Try to optimize globals based on the knowledge that only one value
1817       // (besides its initializer) is ever stored to the global.
1818       if (OptimizeOnceStoredGlobal(GV, GS.StoredOnceValue, GVI,
1819                                    getAnalysisIfAvailable<TargetData>()))
1820         return true;
1821
1822       // Otherwise, if the global was not a boolean, we can shrink it to be a
1823       // boolean.
1824       if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue))
1825         if (TryToShrinkGlobalToBoolean(GV, SOVConstant)) {
1826           ++NumShrunkToBool;
1827           return true;
1828         }
1829     }
1830   }
1831   return false;
1832 }
1833
1834 /// ChangeCalleesToFastCall - Walk all of the direct calls of the specified
1835 /// function, changing them to FastCC.
1836 static void ChangeCalleesToFastCall(Function *F) {
1837   for (Value::use_iterator UI = F->use_begin(), E = F->use_end(); UI != E;++UI){
1838     CallSite User(cast<Instruction>(*UI));
1839     User.setCallingConv(CallingConv::Fast);
1840   }
1841 }
1842
1843 static AttrListPtr StripNest(const AttrListPtr &Attrs) {
1844   for (unsigned i = 0, e = Attrs.getNumSlots(); i != e; ++i) {
1845     if ((Attrs.getSlot(i).Attrs & Attribute::Nest) == 0)
1846       continue;
1847
1848     // There can be only one.
1849     return Attrs.removeAttr(Attrs.getSlot(i).Index, Attribute::Nest);
1850   }
1851
1852   return Attrs;
1853 }
1854
1855 static void RemoveNestAttribute(Function *F) {
1856   F->setAttributes(StripNest(F->getAttributes()));
1857   for (Value::use_iterator UI = F->use_begin(), E = F->use_end(); UI != E;++UI){
1858     CallSite User(cast<Instruction>(*UI));
1859     User.setAttributes(StripNest(User.getAttributes()));
1860   }
1861 }
1862
1863 bool GlobalOpt::OptimizeFunctions(Module &M) {
1864   bool Changed = false;
1865   // Optimize functions.
1866   for (Module::iterator FI = M.begin(), E = M.end(); FI != E; ) {
1867     Function *F = FI++;
1868     // Functions without names cannot be referenced outside this module.
1869     if (!F->hasName() && !F->isDeclaration())
1870       F->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
1871     F->removeDeadConstantUsers();
1872     if (F->use_empty() && (F->hasLocalLinkage() || F->hasLinkOnceLinkage())) {
1873       F->eraseFromParent();
1874       Changed = true;
1875       ++NumFnDeleted;
1876     } else if (F->hasLocalLinkage()) {
1877       if (F->getCallingConv() == CallingConv::C && !F->isVarArg() &&
1878           !F->hasAddressTaken()) {
1879         // If this function has C calling conventions, is not a varargs
1880         // function, and is only called directly, promote it to use the Fast
1881         // calling convention.
1882         F->setCallingConv(CallingConv::Fast);
1883         ChangeCalleesToFastCall(F);
1884         ++NumFastCallFns;
1885         Changed = true;
1886       }
1887
1888       if (F->getAttributes().hasAttrSomewhere(Attribute::Nest) &&
1889           !F->hasAddressTaken()) {
1890         // The function is not used by a trampoline intrinsic, so it is safe
1891         // to remove the 'nest' attribute.
1892         RemoveNestAttribute(F);
1893         ++NumNestRemoved;
1894         Changed = true;
1895       }
1896     }
1897   }
1898   return Changed;
1899 }
1900
1901 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalVars(Module &M) {
1902   bool Changed = false;
1903   for (Module::global_iterator GVI = M.global_begin(), E = M.global_end();
1904        GVI != E; ) {
1905     GlobalVariable *GV = GVI++;
1906     // Global variables without names cannot be referenced outside this module.
1907     if (!GV->hasName() && !GV->isDeclaration())
1908       GV->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
1909     // Simplify the initializer.
1910     if (GV->hasInitializer())
1911       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GV->getInitializer())) {
1912         TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1913         Constant *New = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
1914         if (New && New != CE)
1915           GV->setInitializer(New);
1916       }
1917     // Do more involved optimizations if the global is internal.
1918     if (!GV->isConstant() && GV->hasLocalLinkage() &&
1919         GV->hasInitializer())
1920       Changed |= ProcessInternalGlobal(GV, GVI);
1921   }
1922   return Changed;
1923 }
1924
1925 /// FindGlobalCtors - Find the llvm.globalctors list, verifying that all
1926 /// initializers have an init priority of 65535.
1927 GlobalVariable *GlobalOpt::FindGlobalCtors(Module &M) {
1928   for (Module::global_iterator I = M.global_begin(), E = M.global_end();
1929        I != E; ++I)
1930     if (I->getName() == "llvm.global_ctors") {
1931       // Found it, verify it's an array of { int, void()* }.
1932       const ArrayType *ATy =dyn_cast<ArrayType>(I->getType()->getElementType());
1933       if (!ATy) return 0;
1934       const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ATy->getElementType());
1935       if (!STy || STy->getNumElements() != 2 ||
1936           !STy->getElementType(0)->isIntegerTy(32)) return 0;
1937       const PointerType *PFTy = dyn_cast<PointerType>(STy->getElementType(1));
1938       if (!PFTy) return 0;
1939       const FunctionType *FTy = dyn_cast<FunctionType>(PFTy->getElementType());
1940       if (!FTy || !FTy->getReturnType()->isVoidTy() ||
1941           FTy->isVarArg() || FTy->getNumParams() != 0)
1942         return 0;
1943       
1944       // Verify that the initializer is simple enough for us to handle.
1945       if (!I->hasDefinitiveInitializer()) return 0;
1946       ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(I->getInitializer());
1947       if (!CA) return 0;
1948       for (User::op_iterator i = CA->op_begin(), e = CA->op_end(); i != e; ++i)
1949         if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(*i)) {
1950           if (isa<ConstantPointerNull>(CS->getOperand(1)))
1951             continue;
1952
1953           // Must have a function or null ptr.
1954           if (!isa<Function>(CS->getOperand(1)))
1955             return 0;
1956           
1957           // Init priority must be standard.
1958           ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CS->getOperand(0));
1959           if (!CI || CI->getZExtValue() != 65535)
1960             return 0;
1961         } else {
1962           return 0;
1963         }
1964       
1965       return I;
1966     }
1967   return 0;
1968 }
1969
1970 /// ParseGlobalCtors - Given a llvm.global_ctors list that we can understand,
1971 /// return a list of the functions and null terminator as a vector.
1972 static std::vector<Function*> ParseGlobalCtors(GlobalVariable *GV) {
1973   ConstantArray *CA = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
1974   std::vector<Function*> Result;
1975   Result.reserve(CA->getNumOperands());
1976   for (User::op_iterator i = CA->op_begin(), e = CA->op_end(); i != e; ++i) {
1977     ConstantStruct *CS = cast<ConstantStruct>(*i);
1978     Result.push_back(dyn_cast<Function>(CS->getOperand(1)));
1979   }
1980   return Result;
1981 }
1982
1983 /// InstallGlobalCtors - Given a specified llvm.global_ctors list, install the
1984 /// specified array, returning the new global to use.
1985 static GlobalVariable *InstallGlobalCtors(GlobalVariable *GCL, 
1986                                           const std::vector<Function*> &Ctors) {
1987   // If we made a change, reassemble the initializer list.
1988   std::vector<Constant*> CSVals;
1989   CSVals.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(GCL->getContext()),65535));
1990   CSVals.push_back(0);
1991   
1992   // Create the new init list.
1993   std::vector<Constant*> CAList;
1994   for (unsigned i = 0, e = Ctors.size(); i != e; ++i) {
1995     if (Ctors[i]) {
1996       CSVals[1] = Ctors[i];
1997     } else {
1998       const Type *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(GCL->getContext()),
1999                                           false);
2000       const PointerType *PFTy = PointerType::getUnqual(FTy);
2001       CSVals[1] = Constant::getNullValue(PFTy);
2002       CSVals[0] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(GCL->getContext()),
2003                                    2147483647);
2004     }
2005     CAList.push_back(ConstantStruct::get(GCL->getContext(), CSVals, false));
2006   }
2007   
2008   // Create the array initializer.
2009   const Type *StructTy =
2010       cast<ArrayType>(GCL->getType()->getElementType())->getElementType();
2011   Constant *CA = ConstantArray::get(ArrayType::get(StructTy, 
2012                                                    CAList.size()), CAList);
2013   
2014   // If we didn't change the number of elements, don't create a new GV.
2015   if (CA->getType() == GCL->getInitializer()->getType()) {
2016     GCL->setInitializer(CA);
2017     return GCL;
2018   }
2019   
2020   // Create the new global and insert it next to the existing list.
2021   GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(CA->getType(), GCL->isConstant(),
2022                                            GCL->getLinkage(), CA, "",
2023                                            GCL->isThreadLocal());
2024   GCL->getParent()->getGlobalList().insert(GCL, NGV);
2025   NGV->takeName(GCL);
2026   
2027   // Nuke the old list, replacing any uses with the new one.
2028   if (!GCL->use_empty()) {
2029     Constant *V = NGV;
2030     if (V->getType() != GCL->getType())
2031       V = ConstantExpr::getBitCast(V, GCL->getType());
2032     GCL->replaceAllUsesWith(V);
2033   }
2034   GCL->eraseFromParent();
2035   
2036   if (Ctors.size())
2037     return NGV;
2038   else
2039     return 0;
2040 }
2041
2042
2043 static Constant *getVal(DenseMap<Value*, Constant*> &ComputedValues,
2044                         Value *V) {
2045   if (Constant *CV = dyn_cast<Constant>(V)) return CV;
2046   Constant *R = ComputedValues[V];
2047   assert(R && "Reference to an uncomputed value!");
2048   return R;
2049 }
2050
2051 /// isSimpleEnoughPointerToCommit - Return true if this constant is simple
2052 /// enough for us to understand.  In particular, if it is a cast of something,
2053 /// we punt.  We basically just support direct accesses to globals and GEP's of
2054 /// globals.  This should be kept up to date with CommitValueTo.
2055 static bool isSimpleEnoughPointerToCommit(Constant *C) {
2056   // Conservatively, avoid aggregate types. This is because we don't
2057   // want to worry about them partially overlapping other stores.
2058   if (!cast<PointerType>(C->getType())->getElementType()->isSingleValueType())
2059     return false;
2060
2061   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(C))
2062     // Do not allow weak/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2063     // external globals.
2064     return GV->hasDefinitiveInitializer();
2065
2066   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2067     // Handle a constantexpr gep.
2068     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
2069         isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0)) &&
2070         cast<GEPOperator>(CE)->isInBounds()) {
2071       GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2072       // Do not allow weak/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2073       // external globals.
2074       if (!GV->hasDefinitiveInitializer())
2075         return false;
2076
2077       // The first index must be zero.
2078       ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*next(CE->op_begin()));
2079       if (!CI || !CI->isZero()) return false;
2080
2081       // The remaining indices must be compile-time known integers within the
2082       // notional bounds of the corresponding static array types.
2083       if (!CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing())
2084         return false;
2085
2086       return ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE);
2087     }
2088   return false;
2089 }
2090
2091 /// EvaluateStoreInto - Evaluate a piece of a constantexpr store into a global
2092 /// initializer.  This returns 'Init' modified to reflect 'Val' stored into it.
2093 /// At this point, the GEP operands of Addr [0, OpNo) have been stepped into.
2094 static Constant *EvaluateStoreInto(Constant *Init, Constant *Val,
2095                                    ConstantExpr *Addr, unsigned OpNo) {
2096   // Base case of the recursion.
2097   if (OpNo == Addr->getNumOperands()) {
2098     assert(Val->getType() == Init->getType() && "Type mismatch!");
2099     return Val;
2100   }
2101   
2102   std::vector<Constant*> Elts;
2103   if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
2104
2105     // Break up the constant into its elements.
2106     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
2107       for (User::op_iterator i = CS->op_begin(), e = CS->op_end(); i != e; ++i)
2108         Elts.push_back(cast<Constant>(*i));
2109     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
2110       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
2111         Elts.push_back(Constant::getNullValue(STy->getElementType(i)));
2112     } else if (isa<UndefValue>(Init)) {
2113       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
2114         Elts.push_back(UndefValue::get(STy->getElementType(i)));
2115     } else {
2116       llvm_unreachable("This code is out of sync with "
2117              " ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr");
2118     }
2119     
2120     // Replace the element that we are supposed to.
2121     ConstantInt *CU = cast<ConstantInt>(Addr->getOperand(OpNo));
2122     unsigned Idx = CU->getZExtValue();
2123     assert(Idx < STy->getNumElements() && "Struct index out of range!");
2124     Elts[Idx] = EvaluateStoreInto(Elts[Idx], Val, Addr, OpNo+1);
2125     
2126     // Return the modified struct.
2127     return ConstantStruct::get(Init->getContext(), &Elts[0], Elts.size(),
2128                                STy->isPacked());
2129   } else {
2130     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(Addr->getOperand(OpNo));
2131     const SequentialType *InitTy = cast<SequentialType>(Init->getType());
2132
2133     uint64_t NumElts;
2134     if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(InitTy))
2135       NumElts = ATy->getNumElements();
2136     else
2137       NumElts = cast<VectorType>(InitTy)->getNumElements();
2138     
2139     
2140     // Break up the array into elements.
2141     if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
2142       for (User::op_iterator i = CA->op_begin(), e = CA->op_end(); i != e; ++i)
2143         Elts.push_back(cast<Constant>(*i));
2144     } else if (ConstantVector *CV = dyn_cast<ConstantVector>(Init)) {
2145       for (User::op_iterator i = CV->op_begin(), e = CV->op_end(); i != e; ++i)
2146         Elts.push_back(cast<Constant>(*i));
2147     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
2148       Elts.assign(NumElts, Constant::getNullValue(InitTy->getElementType()));
2149     } else {
2150       assert(isa<UndefValue>(Init) && "This code is out of sync with "
2151              " ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr");
2152       Elts.assign(NumElts, UndefValue::get(InitTy->getElementType()));
2153     }
2154     
2155     assert(CI->getZExtValue() < NumElts);
2156     Elts[CI->getZExtValue()] =
2157       EvaluateStoreInto(Elts[CI->getZExtValue()], Val, Addr, OpNo+1);
2158     
2159     if (Init->getType()->isArrayTy())
2160       return ConstantArray::get(cast<ArrayType>(InitTy), Elts);
2161     else
2162       return ConstantVector::get(&Elts[0], Elts.size());
2163   }    
2164 }
2165
2166 /// CommitValueTo - We have decided that Addr (which satisfies the predicate
2167 /// isSimpleEnoughPointerToCommit) should get Val as its value.  Make it happen.
2168 static void CommitValueTo(Constant *Val, Constant *Addr) {
2169   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Addr)) {
2170     assert(GV->hasInitializer());
2171     GV->setInitializer(Val);
2172     return;
2173   }
2174
2175   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(Addr);
2176   GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2177   GV->setInitializer(EvaluateStoreInto(GV->getInitializer(), Val, CE, 2));
2178 }
2179
2180 /// ComputeLoadResult - Return the value that would be computed by a load from
2181 /// P after the stores reflected by 'memory' have been performed.  If we can't
2182 /// decide, return null.
2183 static Constant *ComputeLoadResult(Constant *P,
2184                                 const DenseMap<Constant*, Constant*> &Memory) {
2185   // If this memory location has been recently stored, use the stored value: it
2186   // is the most up-to-date.
2187   DenseMap<Constant*, Constant*>::const_iterator I = Memory.find(P);
2188   if (I != Memory.end()) return I->second;
2189  
2190   // Access it.
2191   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(P)) {
2192     if (GV->hasDefinitiveInitializer())
2193       return GV->getInitializer();
2194     return 0;
2195   }
2196   
2197   // Handle a constantexpr getelementptr.
2198   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(P))
2199     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
2200         isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))) {
2201       GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2202       if (GV->hasDefinitiveInitializer())
2203         return ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE);
2204     }
2205
2206   return 0;  // don't know how to evaluate.
2207 }
2208
2209 /// EvaluateFunction - Evaluate a call to function F, returning true if
2210 /// successful, false if we can't evaluate it.  ActualArgs contains the formal
2211 /// arguments for the function.
2212 static bool EvaluateFunction(Function *F, Constant *&RetVal,
2213                              const SmallVectorImpl<Constant*> &ActualArgs,
2214                              std::vector<Function*> &CallStack,
2215                              DenseMap<Constant*, Constant*> &MutatedMemory,
2216                              std::vector<GlobalVariable*> &AllocaTmps) {
2217   // Check to see if this function is already executing (recursion).  If so,
2218   // bail out.  TODO: we might want to accept limited recursion.
2219   if (std::find(CallStack.begin(), CallStack.end(), F) != CallStack.end())
2220     return false;
2221   
2222   CallStack.push_back(F);
2223   
2224   /// Values - As we compute SSA register values, we store their contents here.
2225   DenseMap<Value*, Constant*> Values;
2226   
2227   // Initialize arguments to the incoming values specified.
2228   unsigned ArgNo = 0;
2229   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); AI != E;
2230        ++AI, ++ArgNo)
2231     Values[AI] = ActualArgs[ArgNo];
2232
2233   /// ExecutedBlocks - We only handle non-looping, non-recursive code.  As such,
2234   /// we can only evaluate any one basic block at most once.  This set keeps
2235   /// track of what we have executed so we can detect recursive cases etc.
2236   SmallPtrSet<BasicBlock*, 32> ExecutedBlocks;
2237   
2238   // CurInst - The current instruction we're evaluating.
2239   BasicBlock::iterator CurInst = F->begin()->begin();
2240   
2241   // This is the main evaluation loop.
2242   while (1) {
2243     Constant *InstResult = 0;
2244     
2245     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurInst)) {
2246       if (SI->isVolatile()) return false;  // no volatile accesses.
2247       Constant *Ptr = getVal(Values, SI->getOperand(1));
2248       if (!isSimpleEnoughPointerToCommit(Ptr))
2249         // If this is too complex for us to commit, reject it.
2250         return false;
2251       Constant *Val = getVal(Values, SI->getOperand(0));
2252       MutatedMemory[Ptr] = Val;
2253     } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CurInst)) {
2254       InstResult = ConstantExpr::get(BO->getOpcode(),
2255                                      getVal(Values, BO->getOperand(0)),
2256                                      getVal(Values, BO->getOperand(1)));
2257     } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(CurInst)) {
2258       InstResult = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(),
2259                                             getVal(Values, CI->getOperand(0)),
2260                                             getVal(Values, CI->getOperand(1)));
2261     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurInst)) {
2262       InstResult = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
2263                                          getVal(Values, CI->getOperand(0)),
2264                                          CI->getType());
2265     } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CurInst)) {
2266       InstResult = ConstantExpr::getSelect(getVal(Values, SI->getOperand(0)),
2267                                            getVal(Values, SI->getOperand(1)),
2268                                            getVal(Values, SI->getOperand(2)));
2269     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurInst)) {
2270       Constant *P = getVal(Values, GEP->getOperand(0));
2271       SmallVector<Constant*, 8> GEPOps;
2272       for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
2273            i != e; ++i)
2274         GEPOps.push_back(getVal(Values, *i));
2275       InstResult = cast<GEPOperator>(GEP)->isInBounds() ?
2276           ConstantExpr::getInBoundsGetElementPtr(P, &GEPOps[0], GEPOps.size()) :
2277           ConstantExpr::getGetElementPtr(P, &GEPOps[0], GEPOps.size());
2278     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(CurInst)) {
2279       if (LI->isVolatile()) return false;  // no volatile accesses.
2280       InstResult = ComputeLoadResult(getVal(Values, LI->getOperand(0)),
2281                                      MutatedMemory);
2282       if (InstResult == 0) return false; // Could not evaluate load.
2283     } else if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(CurInst)) {
2284       if (AI->isArrayAllocation()) return false;  // Cannot handle array allocs.
2285       const Type *Ty = AI->getType()->getElementType();
2286       AllocaTmps.push_back(new GlobalVariable(Ty, false,
2287                                               GlobalValue::InternalLinkage,
2288                                               UndefValue::get(Ty),
2289                                               AI->getName()));
2290       InstResult = AllocaTmps.back();     
2291     } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(CurInst)) {
2292
2293       // Debug info can safely be ignored here.
2294       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(CI)) {
2295         ++CurInst;
2296         continue;
2297       }
2298
2299       // Cannot handle inline asm.
2300       if (isa<InlineAsm>(CI->getCalledValue())) return false;
2301
2302       // Resolve function pointers.
2303       Function *Callee = dyn_cast<Function>(getVal(Values, CI->getCalledValue()));
2304       if (!Callee) return false;  // Cannot resolve.
2305
2306       SmallVector<Constant*, 8> Formals;
2307       CallSite CS(CI);
2308       for (User::op_iterator i = CS.arg_begin(), e = CS.arg_end();
2309            i != e; ++i)
2310         Formals.push_back(getVal(Values, *i));
2311
2312       if (Callee->isDeclaration()) {
2313         // If this is a function we can constant fold, do it.
2314         if (Constant *C = ConstantFoldCall(Callee, Formals.data(),
2315                                            Formals.size())) {
2316           InstResult = C;
2317         } else {
2318           return false;
2319         }
2320       } else {
2321         if (Callee->getFunctionType()->isVarArg())
2322           return false;
2323         
2324         Constant *RetVal;
2325         // Execute the call, if successful, use the return value.
2326         if (!EvaluateFunction(Callee, RetVal, Formals, CallStack,
2327                               MutatedMemory, AllocaTmps))
2328           return false;
2329         InstResult = RetVal;
2330       }
2331     } else if (isa<TerminatorInst>(CurInst)) {
2332       BasicBlock *NewBB = 0;
2333       if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CurInst)) {
2334         if (BI->isUnconditional()) {
2335           NewBB = BI->getSuccessor(0);
2336         } else {
2337           ConstantInt *Cond =
2338             dyn_cast<ConstantInt>(getVal(Values, BI->getCondition()));
2339           if (!Cond) return false;  // Cannot determine.
2340
2341           NewBB = BI->getSuccessor(!Cond->getZExtValue());          
2342         }
2343       } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(CurInst)) {
2344         ConstantInt *Val =
2345           dyn_cast<ConstantInt>(getVal(Values, SI->getCondition()));
2346         if (!Val) return false;  // Cannot determine.
2347         NewBB = SI->getSuccessor(SI->findCaseValue(Val));
2348       } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(CurInst)) {
2349         Value *Val = getVal(Values, IBI->getAddress())->stripPointerCasts();
2350         if (BlockAddress *BA = dyn_cast<BlockAddress>(Val))
2351           NewBB = BA->getBasicBlock();
2352         else
2353           return false;  // Cannot determine.
2354       } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(CurInst)) {
2355         if (RI->getNumOperands())
2356           RetVal = getVal(Values, RI->getOperand(0));
2357         
2358         CallStack.pop_back();  // return from fn.
2359         return true;  // We succeeded at evaluating this ctor!
2360       } else {
2361         // invoke, unwind, unreachable.
2362         return false;  // Cannot handle this terminator.
2363       }
2364       
2365       // Okay, we succeeded in evaluating this control flow.  See if we have
2366       // executed the new block before.  If so, we have a looping function,
2367       // which we cannot evaluate in reasonable time.
2368       if (!ExecutedBlocks.insert(NewBB))
2369         return false;  // looped!
2370       
2371       // Okay, we have never been in this block before.  Check to see if there
2372       // are any PHI nodes.  If so, evaluate them with information about where
2373       // we came from.
2374       BasicBlock *OldBB = CurInst->getParent();
2375       CurInst = NewBB->begin();
2376       PHINode *PN;
2377       for (; (PN = dyn_cast<PHINode>(CurInst)); ++CurInst)
2378         Values[PN] = getVal(Values, PN->getIncomingValueForBlock(OldBB));
2379
2380       // Do NOT increment CurInst.  We know that the terminator had no value.
2381       continue;
2382     } else {
2383       // Did not know how to evaluate this!
2384       return false;
2385     }
2386     
2387     if (!CurInst->use_empty())
2388       Values[CurInst] = InstResult;
2389     
2390     // Advance program counter.
2391     ++CurInst;
2392   }
2393 }
2394
2395 /// EvaluateStaticConstructor - Evaluate static constructors in the function, if
2396 /// we can.  Return true if we can, false otherwise.
2397 static bool EvaluateStaticConstructor(Function *F) {
2398   /// MutatedMemory - For each store we execute, we update this map.  Loads
2399   /// check this to get the most up-to-date value.  If evaluation is successful,
2400   /// this state is committed to the process.
2401   DenseMap<Constant*, Constant*> MutatedMemory;
2402
2403   /// AllocaTmps - To 'execute' an alloca, we create a temporary global variable
2404   /// to represent its body.  This vector is needed so we can delete the
2405   /// temporary globals when we are done.
2406   std::vector<GlobalVariable*> AllocaTmps;
2407   
2408   /// CallStack - This is used to detect recursion.  In pathological situations
2409   /// we could hit exponential behavior, but at least there is nothing
2410   /// unbounded.
2411   std::vector<Function*> CallStack;
2412
2413   // Call the function.
2414   Constant *RetValDummy;
2415   bool EvalSuccess = EvaluateFunction(F, RetValDummy,
2416                                       SmallVector<Constant*, 0>(), CallStack,
2417                                       MutatedMemory, AllocaTmps);
2418   if (EvalSuccess) {
2419     // We succeeded at evaluation: commit the result.
2420     DEBUG(dbgs() << "FULLY EVALUATED GLOBAL CTOR FUNCTION '"
2421           << F->getName() << "' to " << MutatedMemory.size()
2422           << " stores.\n");
2423     for (DenseMap<Constant*, Constant*>::iterator I = MutatedMemory.begin(),
2424          E = MutatedMemory.end(); I != E; ++I)
2425       CommitValueTo(I->second, I->first);
2426   }
2427   
2428   // At this point, we are done interpreting.  If we created any 'alloca'
2429   // temporaries, release them now.
2430   while (!AllocaTmps.empty()) {
2431     GlobalVariable *Tmp = AllocaTmps.back();
2432     AllocaTmps.pop_back();
2433     
2434     // If there are still users of the alloca, the program is doing something
2435     // silly, e.g. storing the address of the alloca somewhere and using it
2436     // later.  Since this is undefined, we'll just make it be null.
2437     if (!Tmp->use_empty())
2438       Tmp->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(Tmp->getType()));
2439     delete Tmp;
2440   }
2441   
2442   return EvalSuccess;
2443 }
2444
2445
2446
2447 /// OptimizeGlobalCtorsList - Simplify and evaluation global ctors if possible.
2448 /// Return true if anything changed.
2449 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalCtorsList(GlobalVariable *&GCL) {
2450   std::vector<Function*> Ctors = ParseGlobalCtors(GCL);
2451   bool MadeChange = false;
2452   if (Ctors.empty()) return false;
2453   
2454   // Loop over global ctors, optimizing them when we can.
2455   for (unsigned i = 0; i != Ctors.size(); ++i) {
2456     Function *F = Ctors[i];
2457     // Found a null terminator in the middle of the list, prune off the rest of
2458     // the list.
2459     if (F == 0) {
2460       if (i != Ctors.size()-1) {
2461         Ctors.resize(i+1);
2462         MadeChange = true;
2463       }
2464       break;
2465     }
2466     
2467     // We cannot simplify external ctor functions.
2468     if (F->empty()) continue;
2469     
2470     // If we can evaluate the ctor at compile time, do.
2471     if (EvaluateStaticConstructor(F)) {
2472       Ctors.erase(Ctors.begin()+i);
2473       MadeChange = true;
2474       --i;
2475       ++NumCtorsEvaluated;
2476       continue;
2477     }
2478   }
2479   
2480   if (!MadeChange) return false;
2481   
2482   GCL = InstallGlobalCtors(GCL, Ctors);
2483   return true;
2484 }
2485
2486 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalAliases(Module &M) {
2487   bool Changed = false;
2488
2489   for (Module::alias_iterator I = M.alias_begin(), E = M.alias_end();
2490        I != E;) {
2491     Module::alias_iterator J = I++;
2492     // Aliases without names cannot be referenced outside this module.
2493     if (!J->hasName() && !J->isDeclaration())
2494       J->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
2495     // If the aliasee may change at link time, nothing can be done - bail out.
2496     if (J->mayBeOverridden())
2497       continue;
2498
2499     Constant *Aliasee = J->getAliasee();
2500     GlobalValue *Target = cast<GlobalValue>(Aliasee->stripPointerCasts());
2501     Target->removeDeadConstantUsers();
2502     bool hasOneUse = Target->hasOneUse() && Aliasee->hasOneUse();
2503
2504     // Make all users of the alias use the aliasee instead.
2505     if (!J->use_empty()) {
2506       J->replaceAllUsesWith(Aliasee);
2507       ++NumAliasesResolved;
2508       Changed = true;
2509     }
2510
2511     // If the alias is externally visible, we may still be able to simplify it.
2512     if (!J->hasLocalLinkage()) {
2513       // If the aliasee has internal linkage, give it the name and linkage
2514       // of the alias, and delete the alias.  This turns:
2515       //   define internal ... @f(...)
2516       //   @a = alias ... @f
2517       // into:
2518       //   define ... @a(...)
2519       if (!Target->hasLocalLinkage())
2520         continue;
2521
2522       // Do not perform the transform if multiple aliases potentially target the
2523       // aliasee. This check also ensures that it is safe to replace the section
2524       // and other attributes of the aliasee with those of the alias.
2525       if (!hasOneUse)
2526         continue;
2527
2528       // Give the aliasee the name, linkage and other attributes of the alias.
2529       Target->takeName(J);
2530       Target->setLinkage(J->getLinkage());
2531       Target->GlobalValue::copyAttributesFrom(J);
2532     }
2533
2534     // Delete the alias.
2535     M.getAliasList().erase(J);
2536     ++NumAliasesRemoved;
2537     Changed = true;
2538   }
2539
2540   return Changed;
2541 }
2542
2543 bool GlobalOpt::runOnModule(Module &M) {
2544   bool Changed = false;
2545   
2546   // Try to find the llvm.globalctors list.
2547   GlobalVariable *GlobalCtors = FindGlobalCtors(M);
2548
2549   bool LocalChange = true;
2550   while (LocalChange) {
2551     LocalChange = false;
2552     
2553     // Delete functions that are trivially dead, ccc -> fastcc
2554     LocalChange |= OptimizeFunctions(M);
2555     
2556     // Optimize global_ctors list.
2557     if (GlobalCtors)
2558       LocalChange |= OptimizeGlobalCtorsList(GlobalCtors);
2559     
2560     // Optimize non-address-taken globals.
2561     LocalChange |= OptimizeGlobalVars(M);
2562
2563     // Resolve aliases, when possible.
2564     LocalChange |= OptimizeGlobalAliases(M);
2565     Changed |= LocalChange;
2566   }
2567   
2568   // TODO: Move all global ctors functions to the end of the module for code
2569   // layout.
2570   
2571   return Changed;
2572 }