Remove special-case SROA optimization of variable indexes to one-element and
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / ScalarReplAggregates.cpp
1 //===- ScalarReplAggregates.cpp - Scalar Replacement of Aggregates --------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This transformation implements the well known scalar replacement of
11 // aggregates transformation.  This xform breaks up alloca instructions of
12 // aggregate type (structure or array) into individual alloca instructions for
13 // each member (if possible).  Then, if possible, it transforms the individual
14 // alloca instructions into nice clean scalar SSA form.
15 //
16 // This combines a simple SRoA algorithm with the Mem2Reg algorithm because
17 // often interact, especially for C++ programs.  As such, iterating between
18 // SRoA, then Mem2Reg until we run out of things to promote works well.
19 //
20 //===----------------------------------------------------------------------===//
21
22 #define DEBUG_TYPE "scalarrepl"
23 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
24 #include "llvm/Constants.h"
25 #include "llvm/DerivedTypes.h"
26 #include "llvm/Function.h"
27 #include "llvm/GlobalVariable.h"
28 #include "llvm/Instructions.h"
29 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
30 #include "llvm/LLVMContext.h"
31 #include "llvm/Pass.h"
32 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
33 #include "llvm/Target/TargetData.h"
34 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
35 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
38 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
39 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
40 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
41 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
42 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
43 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
44 using namespace llvm;
45
46 STATISTIC(NumReplaced,  "Number of allocas broken up");
47 STATISTIC(NumPromoted,  "Number of allocas promoted");
48 STATISTIC(NumConverted, "Number of aggregates converted to scalar");
49 STATISTIC(NumGlobals,   "Number of allocas copied from constant global");
50
51 namespace {
52   struct SROA : public FunctionPass {
53     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
54     explicit SROA(signed T = -1) : FunctionPass(&ID) {
55       if (T == -1)
56         SRThreshold = 128;
57       else
58         SRThreshold = T;
59     }
60
61     bool runOnFunction(Function &F);
62
63     bool performScalarRepl(Function &F);
64     bool performPromotion(Function &F);
65
66     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
67     // will not alter the CFG, so say so.
68     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
69       AU.addRequired<DominatorTree>();
70       AU.addRequired<DominanceFrontier>();
71       AU.setPreservesCFG();
72     }
73
74   private:
75     TargetData *TD;
76     
77     /// DeadInsts - Keep track of instructions we have made dead, so that
78     /// we can remove them after we are done working.
79     SmallVector<Value*, 32> DeadInsts;
80
81     /// AllocaInfo - When analyzing uses of an alloca instruction, this captures
82     /// information about the uses.  All these fields are initialized to false
83     /// and set to true when something is learned.
84     struct AllocaInfo {
85       /// isUnsafe - This is set to true if the alloca cannot be SROA'd.
86       bool isUnsafe : 1;
87       
88       /// needsCleanup - This is set to true if there is some use of the alloca
89       /// that requires cleanup.
90       bool needsCleanup : 1;
91       
92       /// isMemCpySrc - This is true if this aggregate is memcpy'd from.
93       bool isMemCpySrc : 1;
94
95       /// isMemCpyDst - This is true if this aggregate is memcpy'd into.
96       bool isMemCpyDst : 1;
97
98       AllocaInfo()
99         : isUnsafe(false), needsCleanup(false), 
100           isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false) {}
101     };
102     
103     unsigned SRThreshold;
104
105     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I) { I.isUnsafe = true; }
106
107     int isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI);
108
109     void isSafeForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
110                              AllocaInfo &Info);
111     void isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t &Offset,
112                    AllocaInfo &Info);
113     void isSafeMemAccess(AllocaInst *AI, uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
114                          const Type *MemOpType, bool isStore, AllocaInfo &Info);
115     bool TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size);
116     uint64_t FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
117                                   const Type *&IdxTy);
118     
119     void DoScalarReplacement(AllocaInst *AI, 
120                              std::vector<AllocaInst*> &WorkList);
121     void DeleteDeadInstructions();
122     void CleanupAllocaUsers(Value *V);
123     AllocaInst *AddNewAlloca(Function &F, const Type *Ty, AllocaInst *Base);
124     
125     void RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
126                               SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
127     void RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
128                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
129     void RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
130                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
131     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
132                                       AllocaInst *AI,
133                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
134     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
135                                        SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
136     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
137                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
138     
139     bool CanConvertToScalar(Value *V, bool &IsNotTrivial, const Type *&VecTy,
140                             bool &SawVec, uint64_t Offset, unsigned AllocaSize);
141     void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset);
142     Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, const Type *ToType,
143                                      uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
144     Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
145                                      uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
146     static Instruction *isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI);
147   };
148 }
149
150 char SROA::ID = 0;
151 static RegisterPass<SROA> X("scalarrepl", "Scalar Replacement of Aggregates");
152
153 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
154 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(signed int Threshold) { 
155   return new SROA(Threshold);
156 }
157
158
159 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
160   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
161
162   bool Changed = performPromotion(F);
163
164   // FIXME: ScalarRepl currently depends on TargetData more than it
165   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
166   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
167   // scalar-replacement portion of this pass.
168   if (!TD) return Changed;
169
170   while (1) {
171     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
172     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
173     Changed = true;
174     LocalChange = performPromotion(F);
175     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
176   }
177
178   return Changed;
179 }
180
181
182 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
183   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
184   DominatorTree         &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
185   DominanceFrontier &DF = getAnalysis<DominanceFrontier>();
186
187   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
188
189   bool Changed = false;
190
191   while (1) {
192     Allocas.clear();
193
194     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
195     // the entry node
196     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
197       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
198         if (isAllocaPromotable(AI))
199           Allocas.push_back(AI);
200
201     if (Allocas.empty()) break;
202
203     PromoteMemToReg(Allocas, DT, DF);
204     NumPromoted += Allocas.size();
205     Changed = true;
206   }
207
208   return Changed;
209 }
210
211 /// getNumSAElements - Return the number of elements in the specific struct or
212 /// array.
213 static uint64_t getNumSAElements(const Type *T) {
214   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
215     return ST->getNumElements();
216   return cast<ArrayType>(T)->getNumElements();
217 }
218
219 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
220 // which runs on all of the malloc/alloca instructions in the function, removing
221 // them if they are only used by getelementptr instructions.
222 //
223 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
224   std::vector<AllocaInst*> WorkList;
225
226   // Scan the entry basic block, adding any alloca's and mallocs to the worklist
227   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
228   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
229     if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(I))
230       WorkList.push_back(A);
231
232   // Process the worklist
233   bool Changed = false;
234   while (!WorkList.empty()) {
235     AllocaInst *AI = WorkList.back();
236     WorkList.pop_back();
237     
238     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
239     // with unused elements.
240     if (AI->use_empty()) {
241       AI->eraseFromParent();
242       continue;
243     }
244
245     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
246     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
247       continue;
248     
249     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
250     // a constant global.  If this is the case, we can change all users to use
251     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
252     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
253     // is only subsequently read.
254     if (Instruction *TheCopy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI)) {
255       DEBUG(errs() << "Found alloca equal to global: " << *AI << '\n');
256       DEBUG(errs() << "  memcpy = " << *TheCopy << '\n');
257       Constant *TheSrc = cast<Constant>(TheCopy->getOperand(2));
258       AI->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(TheSrc, AI->getType()));
259       TheCopy->eraseFromParent();  // Don't mutate the global.
260       AI->eraseFromParent();
261       ++NumGlobals;
262       Changed = true;
263       continue;
264     }
265     
266     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
267     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
268     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
269     // value cannot be decomposed at all.
270     uint64_t AllocaSize = TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
271
272     // Do not promote [0 x %struct].
273     if (AllocaSize == 0) continue;
274
275     // Do not promote any struct whose size is too big.
276     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
277
278     if ((isa<StructType>(AI->getAllocatedType()) ||
279          isa<ArrayType>(AI->getAllocatedType())) &&
280         // Do not promote any struct into more than "32" separate vars.
281         getNumSAElements(AI->getAllocatedType()) <= SRThreshold/4) {
282       // Check that all of the users of the allocation are capable of being
283       // transformed.
284       switch (isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
285       default: llvm_unreachable("Unexpected value!");
286       case 0:  // Not safe to scalar replace.
287         break;
288       case 1:  // Safe, but requires cleanup/canonicalizations first
289         CleanupAllocaUsers(AI);
290         // FALL THROUGH.
291       case 3:  // Safe to scalar replace.
292         DoScalarReplacement(AI, WorkList);
293         Changed = true;
294         continue;
295       }
296     }
297
298     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
299     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
300     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
301     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
302     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
303     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
304     bool IsNotTrivial = false;
305     const Type *VectorTy = 0;
306     bool HadAVector = false;
307     if (CanConvertToScalar(AI, IsNotTrivial, VectorTy, HadAVector, 
308                            0, unsigned(AllocaSize)) && IsNotTrivial) {
309       AllocaInst *NewAI;
310       // If we were able to find a vector type that can handle this with
311       // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
312       // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
313       // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
314       // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
315       // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
316       if (VectorTy && isa<VectorType>(VectorTy) && HadAVector) {
317         DEBUG(errs() << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "\n  TYPE = "
318                      << *VectorTy << '\n');
319         
320         // Create and insert the vector alloca.
321         NewAI = new AllocaInst(VectorTy, 0, "",  AI->getParent()->begin());
322         ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
323       } else {
324         DEBUG(errs() << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n");
325         
326         // Create and insert the integer alloca.
327         const Type *NewTy = IntegerType::get(AI->getContext(), AllocaSize*8);
328         NewAI = new AllocaInst(NewTy, 0, "", AI->getParent()->begin());
329         ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
330       }
331       NewAI->takeName(AI);
332       AI->eraseFromParent();
333       ++NumConverted;
334       Changed = true;
335       continue;
336     }
337     
338     // Otherwise, couldn't process this alloca.
339   }
340
341   return Changed;
342 }
343
344 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
345 /// predicate, do SROA now.
346 void SROA::DoScalarReplacement(AllocaInst *AI, 
347                                std::vector<AllocaInst*> &WorkList) {
348   DEBUG(errs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
349   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
350   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
351     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
352     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
353       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0, 
354                                       AI->getAlignment(),
355                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
356       ElementAllocas.push_back(NA);
357       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
358     }
359   } else {
360     const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
361     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
362     const Type *ElTy = AT->getElementType();
363     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
364       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, AI->getAlignment(),
365                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
366       ElementAllocas.push_back(NA);
367       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
368     }
369   }
370
371   // Now that we have created the new alloca instructions, rewrite all the
372   // uses of the old alloca.
373   RewriteForScalarRepl(AI, AI, 0, ElementAllocas);
374
375   // Now erase any instructions that were made dead while rewriting the alloca.
376   DeleteDeadInstructions();
377   AI->eraseFromParent();
378
379   NumReplaced++;
380 }
381
382 /// DeleteDeadInstructions - Erase instructions on the DeadInstrs list,
383 /// recursively including all their operands that become trivially dead.
384 void SROA::DeleteDeadInstructions() {
385   while (!DeadInsts.empty()) {
386     Instruction *I = cast<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
387
388     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
389       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
390         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
391         // (But, don't add allocas to the dead instruction list -- they are
392         // already on the worklist and will be deleted separately.)
393         *OI = 0;
394         if (isInstructionTriviallyDead(U) && !isa<AllocaInst>(U))
395           DeadInsts.push_back(U);
396       }
397
398     I->eraseFromParent();
399   }
400 }
401     
402 /// isSafeForScalarRepl - Check if instruction I is a safe use with regard to
403 /// performing scalar replacement of alloca AI.  The results are flagged in
404 /// the Info parameter.  Offset indicates the position within AI that is
405 /// referenced by this instruction.
406 void SROA::isSafeForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
407                                AllocaInfo &Info) {
408   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
409     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
410
411     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
412       isSafeForScalarRepl(BC, AI, Offset, Info);
413     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
414       uint64_t GEPOffset = Offset;
415       isSafeGEP(GEPI, AI, GEPOffset, Info);
416       if (!Info.isUnsafe)
417         isSafeForScalarRepl(GEPI, AI, GEPOffset, Info);
418     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(UI)) {
419       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
420       if (Length)
421         isSafeMemAccess(AI, Offset, Length->getZExtValue(), 0,
422                         UI.getOperandNo() == 1, Info);
423       else
424         MarkUnsafe(Info);
425     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
426       if (!LI->isVolatile()) {
427         const Type *LIType = LI->getType();
428         isSafeMemAccess(AI, Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
429                         LIType, false, Info);
430       } else
431         MarkUnsafe(Info);
432     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
433       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
434       if (!SI->isVolatile() && SI->getOperand(0) != I) {
435         const Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
436         isSafeMemAccess(AI, Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
437                         SIType, true, Info);
438       } else
439         MarkUnsafe(Info);
440     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(UI)) {
441       // If one user is DbgInfoIntrinsic then check if all users are
442       // DbgInfoIntrinsics.
443       if (OnlyUsedByDbgInfoIntrinsics(I)) {
444         Info.needsCleanup = true;
445         return;
446       }
447       MarkUnsafe(Info);
448     } else {
449       DEBUG(errs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
450       MarkUnsafe(Info);
451     }
452     if (Info.isUnsafe) return;
453   }
454 }
455
456 /// isSafeGEP - Check if a GEP instruction can be handled for scalar
457 /// replacement.  It is safe when all the indices are constant, in-bounds
458 /// references, and when the resulting offset corresponds to an element within
459 /// the alloca type.  The results are flagged in the Info parameter.  Upon
460 /// return, Offset is adjusted as specified by the GEP indices.
461 void SROA::isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI,
462                      uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info) {
463   gep_type_iterator GEPIt = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
464   if (GEPIt == E)
465     return;
466
467   // The first GEP index must be zero.
468   if (!isa<ConstantInt>(GEPIt.getOperand()) ||
469       !cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand())->isZero())
470     return MarkUnsafe(Info);
471   if (++GEPIt == E)
472     return;
473
474   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
475   // into.
476   for (; GEPIt != E; ++GEPIt) {
477     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
478     if (isa<StructType>(*GEPIt))
479       continue;
480
481     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand());
482     if (!IdxVal)
483       return MarkUnsafe(Info);
484
485     if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*GEPIt)) {
486       // This GEP indexes an array.  Verify that this is an in-range constant
487       // integer. Specifically, consider A[0][i]. We cannot know that the user
488       // isn't doing invalid things like allowing i to index an out-of-range
489       // subscript that accesses A[1].  Because of this, we have to reject SROA
490       // of any accesses into structs where any of the components are variables.
491       if (IdxVal->getZExtValue() >= AT->getNumElements())
492         return MarkUnsafe(Info);
493     } else {
494       const VectorType *VT = cast<VectorType>(*GEPIt);
495       if (IdxVal->getZExtValue() >= VT->getNumElements())
496         return MarkUnsafe(Info);
497     }
498   }
499
500   // All the indices are safe.  Now compute the offset due to this GEP and
501   // check if the alloca has a component element at that offset.
502   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
503   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
504                                  &Indices[0], Indices.size());
505   if (!TypeHasComponent(AI->getAllocatedType(), Offset, 0))
506     MarkUnsafe(Info);
507 }
508
509 /// isSafeMemAccess - Check if a load/store/memcpy operates on the entire AI
510 /// alloca or has an offset and size that corresponds to a component element
511 /// within it.  The offset checked here may have been formed from a GEP with a
512 /// pointer bitcasted to a different type.
513 void SROA::isSafeMemAccess(AllocaInst *AI, uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
514                            const Type *MemOpType, bool isStore,
515                            AllocaInfo &Info) {
516   // Check if this is a load/store of the entire alloca.
517   if (Offset == 0 && MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
518     bool UsesAggregateType = (MemOpType == AI->getAllocatedType());
519     // This is safe for MemIntrinsics (where MemOpType is 0), integer types
520     // (which are essentially the same as the MemIntrinsics, especially with
521     // regard to copying padding between elements), or references using the
522     // aggregate type of the alloca.
523     if (!MemOpType || isa<IntegerType>(MemOpType) || UsesAggregateType) {
524       if (!UsesAggregateType) {
525         if (isStore)
526           Info.isMemCpyDst = true;
527         else
528           Info.isMemCpySrc = true;
529       }
530       return;
531     }
532   }
533   // Check if the offset/size correspond to a component within the alloca type.
534   const Type *T = AI->getAllocatedType();
535   if (TypeHasComponent(T, Offset, MemSize))
536     return;
537
538   return MarkUnsafe(Info);
539 }
540
541 /// TypeHasComponent - Return true if T has a component type with the
542 /// specified offset and size.  If Size is zero, do not check the size.
543 bool SROA::TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
544   const Type *EltTy;
545   uint64_t EltSize;
546   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
547     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
548     unsigned EltIdx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
549     EltTy = ST->getContainedType(EltIdx);
550     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
551     Offset -= Layout->getElementOffset(EltIdx);
552   } else if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
553     EltTy = AT->getElementType();
554     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
555     Offset %= EltSize;
556   } else {
557     return false;
558   }
559   if (Offset == 0 && (Size == 0 || EltSize == Size))
560     return true;
561   // Check if the component spans multiple elements.
562   if (Offset + Size > EltSize)
563     return false;
564   return TypeHasComponent(EltTy, Offset, Size);
565 }
566
567 /// RewriteForScalarRepl - Alloca AI is being split into NewElts, so rewrite
568 /// the instruction I, which references it, to use the separate elements.
569 /// Offset indicates the position within AI that is referenced by this
570 /// instruction.
571 void SROA::RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
572                                 SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
573   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
574     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
575
576     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
577       RewriteBitCast(BC, AI, Offset, NewElts);
578     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
579       RewriteGEP(GEPI, AI, Offset, NewElts);
580     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
581       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
582       uint64_t MemSize = Length->getZExtValue();
583       if (Offset == 0 &&
584           MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()))
585         RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, I, AI, NewElts);
586       // Otherwise the intrinsic can only touch a single element and the
587       // address operand will be updated, so nothing else needs to be done.
588     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
589       const Type *LIType = LI->getType();
590       if (LIType == AI->getAllocatedType()) {
591         // Replace:
592         //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
593         // with:
594         //   %load.0 = load i32* %alloc.0
595         //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
596         //   %load.1 = load i32* %alloc.1
597         //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
598         // (Also works for arrays instead of structs)
599         Value *Insert = UndefValue::get(LIType);
600         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
601           Value *Load = new LoadInst(NewElts[i], "load", LI);
602           Insert = InsertValueInst::Create(Insert, Load, i, "insert", LI);
603         }
604         LI->replaceAllUsesWith(Insert);
605         DeadInsts.push_back(LI);
606       } else if (isa<IntegerType>(LIType) &&
607                  TD->getTypeAllocSize(LIType) ==
608                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
609         // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
610         RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
611       }
612     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
613       Value *Val = SI->getOperand(0);
614       const Type *SIType = Val->getType();
615       if (SIType == AI->getAllocatedType()) {
616         // Replace:
617         //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
618         // with:
619         //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
620         //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
621         //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
622         //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
623         // (Also works for arrays instead of structs)
624         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
625           Value *Extract = ExtractValueInst::Create(Val, i, Val->getName(), SI);
626           new StoreInst(Extract, NewElts[i], SI);
627         }
628         DeadInsts.push_back(SI);
629       } else if (isa<IntegerType>(SIType) &&
630                  TD->getTypeAllocSize(SIType) ==
631                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
632         // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
633         RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
634       }
635     }
636   }
637 }
638
639 /// RewriteBitCast - Update a bitcast reference to the alloca being replaced
640 /// and recursively continue updating all of its uses.
641 void SROA::RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
642                           SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
643   RewriteForScalarRepl(BC, AI, Offset, NewElts);
644   if (BC->getOperand(0) != AI)
645     return;
646
647   // The bitcast references the original alloca.  Replace its uses with
648   // references to the first new element alloca.
649   Instruction *Val = NewElts[0];
650   if (Val->getType() != BC->getDestTy()) {
651     Val = new BitCastInst(Val, BC->getDestTy(), "", BC);
652     Val->takeName(BC);
653   }
654   BC->replaceAllUsesWith(Val);
655   DeadInsts.push_back(BC);
656 }
657
658 /// FindElementAndOffset - Return the index of the element containing Offset
659 /// within the specified type, which must be either a struct or an array.
660 /// Sets T to the type of the element and Offset to the offset within that
661 /// element.  IdxTy is set to the type of the index result to be used in a
662 /// GEP instruction.
663 uint64_t SROA::FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
664                                     const Type *&IdxTy) {
665   uint64_t Idx = 0;
666   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
667     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
668     Idx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
669     T = ST->getContainedType(Idx);
670     Offset -= Layout->getElementOffset(Idx);
671     IdxTy = Type::getInt32Ty(T->getContext());
672     return Idx;
673   }
674   const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(T);
675   T = AT->getElementType();
676   uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(T);
677   Idx = Offset / EltSize;
678   Offset -= Idx * EltSize;
679   IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
680   return Idx;
681 }
682
683 /// RewriteGEP - Check if this GEP instruction moves the pointer across
684 /// elements of the alloca that are being split apart, and if so, rewrite
685 /// the GEP to be relative to the new element.
686 void SROA::RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
687                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
688   uint64_t OldOffset = Offset;
689   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
690   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
691                                  &Indices[0], Indices.size());
692
693   RewriteForScalarRepl(GEPI, AI, Offset, NewElts);
694
695   const Type *T = AI->getAllocatedType();
696   const Type *IdxTy;
697   uint64_t OldIdx = FindElementAndOffset(T, OldOffset, IdxTy);
698   if (GEPI->getOperand(0) == AI)
699     OldIdx = ~0ULL; // Force the GEP to be rewritten.
700
701   T = AI->getAllocatedType();
702   uint64_t EltOffset = Offset;
703   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
704
705   // If this GEP does not move the pointer across elements of the alloca
706   // being split, then it does not needs to be rewritten.
707   if (Idx == OldIdx)
708     return;
709
710   const Type *i32Ty = Type::getInt32Ty(AI->getContext());
711   SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
712   NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
713   while (EltOffset != 0) {
714     uint64_t EltIdx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
715     NewArgs.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, EltIdx));
716   }
717   Instruction *Val = NewElts[Idx];
718   if (NewArgs.size() > 1) {
719     Val = GetElementPtrInst::CreateInBounds(Val, NewArgs.begin(),
720                                             NewArgs.end(), "", GEPI);
721     Val->takeName(GEPI);
722   }
723   if (Val->getType() != GEPI->getType())
724     Val = new BitCastInst(Val, GEPI->getType(), Val->getNameStr(), GEPI);
725   GEPI->replaceAllUsesWith(Val);
726   DeadInsts.push_back(GEPI);
727 }
728
729 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
730 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
731 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
732                                         AllocaInst *AI,
733                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
734   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
735   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
736   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
737   // memset, this Value* stays null.
738   Value *OtherPtr = 0;
739   LLVMContext &Context = MI->getContext();
740   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
741   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
742     if (Inst == MTI->getRawDest())
743       OtherPtr = MTI->getRawSource();
744     else {
745       assert(Inst == MTI->getRawSource());
746       OtherPtr = MTI->getRawDest();
747     }
748   }
749
750   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
751   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
752   if (OtherPtr) {
753
754     // Remove bitcasts and all-zero GEPs from OtherPtr.  This is an
755     // optimization, but it's also required to detect the corner case where
756     // both pointer operands are referencing the same memory, and where
757     // OtherPtr may be a bitcast or GEP that currently being rewritten.  (This
758     // function is only called for mem intrinsics that access the whole
759     // aggregate, so non-zero GEPs are not an issue here.)
760     while (1) {
761       if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(OtherPtr)) {
762         OtherPtr = BC->getOperand(0);
763         continue;
764       }
765       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(OtherPtr)) {
766         // All zero GEPs are effectively bitcasts.
767         if (GEP->hasAllZeroIndices()) {
768           OtherPtr = GEP->getOperand(0);
769           continue;
770         }
771       }
772       break;
773     }
774     // If OtherPtr has already been rewritten, this intrinsic will be dead.
775     if (OtherPtr == NewElts[0])
776       return;
777     
778     if (ConstantExpr *BCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OtherPtr))
779       if (BCE->getOpcode() == Instruction::BitCast)
780         OtherPtr = BCE->getOperand(0);
781     
782     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
783     // type.
784     if (OtherPtr->getType() != AI->getType())
785       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, AI->getType(), OtherPtr->getName(),
786                                  MI);
787   }
788   
789   // Process each element of the aggregate.
790   Value *TheFn = MI->getOperand(0);
791   const Type *BytePtrTy = MI->getRawDest()->getType();
792   bool SROADest = MI->getRawDest() == Inst;
793   
794   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(MI->getContext()));
795
796   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
797     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
798     Value *OtherElt = 0;
799     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
800     
801     if (OtherPtr == AI) {
802       OtherElt = NewElts[i];
803       OtherEltAlign = 0;
804     } else if (OtherPtr) {
805       Value *Idx[2] = { Zero,
806                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), i) };
807       OtherElt = GetElementPtrInst::CreateInBounds(OtherPtr, Idx, Idx + 2,
808                                            OtherPtr->getNameStr()+"."+Twine(i),
809                                                    MI);
810       uint64_t EltOffset;
811       const PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
812       if (const StructType *ST =
813             dyn_cast<StructType>(OtherPtrTy->getElementType())) {
814         EltOffset = TD->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
815       } else {
816         const Type *EltTy =
817           cast<SequentialType>(OtherPtr->getType())->getElementType();
818         EltOffset = TD->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
819       }
820       
821       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
822       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
823       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
824       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
825       // known alignment is just 4 bytes.
826       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
827     }
828     
829     Value *EltPtr = NewElts[i];
830     const Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
831     
832     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
833     if (EltTy->isSingleValueType()) {
834       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
835         if (SROADest) {
836           // From Other to Alloca.
837           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
838           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
839         } else {
840           // From Alloca to Other.
841           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
842           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
843         }
844         continue;
845       }
846       assert(isa<MemSetInst>(MI));
847       
848       // If the stored element is zero (common case), just store a null
849       // constant.
850       Constant *StoreVal;
851       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getOperand(2))) {
852         if (CI->isZero()) {
853           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
854         } else {
855           // If EltTy is a vector type, get the element type.
856           const Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
857
858           // Construct an integer with the right value.
859           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
860           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
861           APInt TotalVal(OneVal);
862           // Set each byte.
863           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
864             TotalVal = TotalVal.shl(8);
865             TotalVal |= OneVal;
866           }
867           
868           // Convert the integer value to the appropriate type.
869           StoreVal = ConstantInt::get(Context, TotalVal);
870           if (isa<PointerType>(ValTy))
871             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
872           else if (ValTy->isFloatingPoint())
873             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
874           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
875           
876           // If the requested value was a vector constant, create it.
877           if (EltTy != ValTy) {
878             unsigned NumElts = cast<VectorType>(ValTy)->getNumElements();
879             SmallVector<Constant*, 16> Elts(NumElts, StoreVal);
880             StoreVal = ConstantVector::get(&Elts[0], NumElts);
881           }
882         }
883         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
884         continue;
885       }
886       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
887       // this element.
888     }
889     
890     // Cast the element pointer to BytePtrTy.
891     if (EltPtr->getType() != BytePtrTy)
892       EltPtr = new BitCastInst(EltPtr, BytePtrTy, EltPtr->getNameStr(), MI);
893     
894     // Cast the other pointer (if we have one) to BytePtrTy. 
895     if (OtherElt && OtherElt->getType() != BytePtrTy)
896       OtherElt = new BitCastInst(OtherElt, BytePtrTy,OtherElt->getNameStr(),
897                                  MI);
898     
899     unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
900     
901     // Finally, insert the meminst for this element.
902     if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
903       Value *Ops[] = {
904         SROADest ? EltPtr : OtherElt,  // Dest ptr
905         SROADest ? OtherElt : EltPtr,  // Src ptr
906         ConstantInt::get(MI->getOperand(3)->getType(), EltSize), // Size
907         // Align
908         ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), OtherEltAlign)
909       };
910       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 4, "", MI);
911     } else {
912       assert(isa<MemSetInst>(MI));
913       Value *Ops[] = {
914         EltPtr, MI->getOperand(2),  // Dest, Value,
915         ConstantInt::get(MI->getOperand(3)->getType(), EltSize), // Size
916         Zero  // Align
917       };
918       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 4, "", MI);
919     }
920   }
921   DeadInsts.push_back(MI);
922 }
923
924 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found a store of an integer that
925 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
926 /// integer and store them individually.
927 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
928                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
929   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
930   // and store the element value to the individual alloca.
931   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
932   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
933   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
934   
935   // Handle tail padding by extending the operand
936   if (TD->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
937     SrcVal = new ZExtInst(SrcVal,
938                           IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits), 
939                           "", SI);
940
941   DEBUG(errs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
942                << '\n');
943
944   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
945   // have different ways to compute the element offset.
946   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
947     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
948     
949     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
950       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
951       const Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
952       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
953       
954       if (TD->isBigEndian())
955         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
956       
957       Value *EltVal = SrcVal;
958       if (Shift) {
959         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
960         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
961                                             "sroa.store.elt", SI);
962       }
963       
964       // Truncate down to an integer of the right size.
965       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
966       
967       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
968       if (FieldSizeBits == 0) continue;
969       
970       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
971         EltVal = new TruncInst(EltVal,
972                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits),
973                               "", SI);
974       Value *DestField = NewElts[i];
975       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
976         // Storing to an integer field of this size, just do it.
977       } else if (FieldTy->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(FieldTy)) {
978         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
979         EltVal = new BitCastInst(EltVal, FieldTy, "", SI);
980       } else {
981         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
982         DestField = new BitCastInst(DestField,
983                               PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
984                                     "", SI);
985       }
986       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
987     }
988     
989   } else {
990     const ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
991     const Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
992     uint64_t ElementOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
993     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
994
995     uint64_t Shift;
996     
997     if (TD->isBigEndian())
998       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
999     else 
1000       Shift = 0;
1001     
1002     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1003       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
1004       if (ElementSizeBits == 0) continue;
1005       
1006       Value *EltVal = SrcVal;
1007       if (Shift) {
1008         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
1009         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
1010                                             "sroa.store.elt", SI);
1011       }
1012       
1013       // Truncate down to an integer of the right size.
1014       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
1015         EltVal = new TruncInst(EltVal, 
1016                                IntegerType::get(SI->getContext(), 
1017                                                 ElementSizeBits),"",SI);
1018       Value *DestField = NewElts[i];
1019       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
1020         // Storing to an integer field of this size, just do it.
1021       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(ArrayEltTy)) {
1022         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
1023         EltVal = new BitCastInst(EltVal, ArrayEltTy, "", SI);
1024       } else {
1025         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
1026         DestField = new BitCastInst(DestField,
1027                               PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
1028                                     "", SI);
1029       }
1030       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
1031       
1032       if (TD->isBigEndian())
1033         Shift -= ElementOffset;
1034       else 
1035         Shift += ElementOffset;
1036     }
1037   }
1038   
1039   DeadInsts.push_back(SI);
1040 }
1041
1042 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found a load of the entire allocation to
1043 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
1044 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
1045                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1046   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
1047   // and form the result value.
1048   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
1049   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
1050   
1051   DEBUG(errs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
1052                << '\n');
1053   
1054   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
1055   // have different ways to compute the element offset.
1056   const StructLayout *Layout = 0;
1057   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
1058   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
1059     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
1060   } else {
1061     const Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
1062     ArrayEltBitOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
1063   }    
1064   
1065   Value *ResultVal = 
1066     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
1067   
1068   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1069     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
1070     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
1071     Value *SrcField = NewElts[i];
1072     const Type *FieldTy =
1073       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
1074     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
1075     
1076     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
1077     if (FieldSizeBits == 0) continue;
1078     
1079     const IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(), 
1080                                                      FieldSizeBits);
1081     if (!isa<IntegerType>(FieldTy) && !FieldTy->isFloatingPoint() &&
1082         !isa<VectorType>(FieldTy))
1083       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
1084                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
1085                                  "", LI);
1086     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
1087
1088     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
1089     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
1090     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
1091       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
1092
1093     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
1094     // we can shift and insert it.
1095     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
1096       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
1097     
1098     // Determine the number of bits to shift SrcField.
1099     uint64_t Shift;
1100     if (Layout) // Struct case.
1101       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
1102     else  // Array case.
1103       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
1104     
1105     if (TD->isBigEndian())
1106       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
1107     
1108     if (Shift) {
1109       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
1110       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
1111     }
1112
1113     ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
1114   }
1115
1116   // Handle tail padding by truncating the result
1117   if (TD->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
1118     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
1119
1120   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
1121   DeadInsts.push_back(LI);
1122 }
1123
1124 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
1125 /// alignment padding, false otherwise.
1126 static bool HasPadding(const Type *Ty, const TargetData &TD) {
1127   if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
1128     const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1129     unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
1130     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1131       unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
1132
1133       // Padding in sub-elements?
1134       if (HasPadding(STy->getElementType(i), TD))
1135         return true;
1136
1137       // Check to see if there is any padding between this element and the
1138       // previous one.
1139       if (i) {
1140         unsigned PrevFieldEnd =
1141         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
1142         if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
1143           return true;
1144       }
1145
1146       PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
1147     }
1148
1149     //  Check for tail padding.
1150     if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
1151       unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
1152                    TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
1153       if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
1154         return true;
1155     }
1156
1157   } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1158     return HasPadding(ATy->getElementType(), TD);
1159   } else if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1160     return HasPadding(VTy->getElementType(), TD);
1161   }
1162   return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
1163 }
1164
1165 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
1166 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
1167 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
1168 int SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI) {
1169   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
1170   // the users are safe to transform.
1171   AllocaInfo Info;
1172   
1173   isSafeForScalarRepl(AI, AI, 0, Info);
1174   if (Info.isUnsafe) {
1175     DEBUG(errs() << "Cannot transform: " << *AI << '\n');
1176     return 0;
1177   }
1178   
1179   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
1180   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
1181   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
1182   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
1183   // struct.
1184   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
1185       HasPadding(AI->getAllocatedType(), *TD))
1186     return 0;
1187
1188   // If we require cleanup, return 1, otherwise return 3.
1189   return Info.needsCleanup ? 1 : 3;
1190 }
1191
1192 /// CleanupAllocaUsers - If SROA reported that it can promote the specified
1193 /// allocation, but only if cleaned up, perform the cleanups required.
1194 void SROA::CleanupAllocaUsers(Value *V) {
1195   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end();
1196        UI != E; ) {
1197     User *U = *UI++;
1198     Instruction *I = cast<Instruction>(U);
1199     SmallVector<DbgInfoIntrinsic *, 2> DbgInUses;
1200     if (!isa<StoreInst>(I) && OnlyUsedByDbgInfoIntrinsics(I, &DbgInUses)) {
1201       // Safe to remove debug info uses.
1202       while (!DbgInUses.empty()) {
1203         DbgInfoIntrinsic *DI = DbgInUses.back(); DbgInUses.pop_back();
1204         DI->eraseFromParent();
1205       }
1206       I->eraseFromParent();
1207     }
1208   }
1209 }
1210
1211 /// MergeInType - Add the 'In' type to the accumulated type (Accum) so far at
1212 /// the offset specified by Offset (which is specified in bytes).
1213 ///
1214 /// There are two cases we handle here:
1215 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
1216 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
1217 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
1218 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
1219 ///   2) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
1220 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
1221 ///      and stores would mutate the memory.
1222 static void MergeInType(const Type *In, uint64_t Offset, const Type *&VecTy,
1223                         unsigned AllocaSize, const TargetData &TD,
1224                         LLVMContext &Context) {
1225   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
1226   if (VecTy != Type::getVoidTy(Context)) { // either null or a vector type.
1227
1228     // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
1229     // matches the existing VecTy.
1230     if (const VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
1231       if (VInTy->getBitWidth()/8 == AllocaSize && Offset == 0) {
1232         // If we're storing/loading a vector of the right size, allow it as a
1233         // vector.  If this the first vector we see, remember the type so that
1234         // we know the element size.
1235         if (VecTy == 0)
1236           VecTy = VInTy;
1237         return;
1238       }
1239     } else if (In->isFloatTy() || In->isDoubleTy() ||
1240                (isa<IntegerType>(In) && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
1241                 isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
1242       // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
1243       // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
1244       // compatible with it.
1245       unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
1246       if (Offset % EltSize == 0 &&
1247           AllocaSize % EltSize == 0 &&
1248           (VecTy == 0 || 
1249            cast<VectorType>(VecTy)->getElementType()
1250                  ->getPrimitiveSizeInBits()/8 == EltSize)) {
1251         if (VecTy == 0)
1252           VecTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
1253         return;
1254       }
1255     }
1256   }
1257   
1258   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
1259   // form.  We can still turn this into a large integer.
1260   VecTy = Type::getVoidTy(Context);
1261 }
1262
1263 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
1264 /// its accesses to a single vector type, return true and set VecTy to
1265 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
1266 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
1267 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
1268 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
1269 ///
1270 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
1271 /// SawVec flag.
1272 bool SROA::CanConvertToScalar(Value *V, bool &IsNotTrivial, const Type *&VecTy,
1273                               bool &SawVec, uint64_t Offset,
1274                               unsigned AllocaSize) {
1275   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1276     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1277     
1278     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1279       // Don't break volatile loads.
1280       if (LI->isVolatile())
1281         return false;
1282       MergeInType(LI->getType(), Offset, VecTy,
1283                   AllocaSize, *TD, V->getContext());
1284       SawVec |= isa<VectorType>(LI->getType());
1285       continue;
1286     }
1287     
1288     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1289       // Storing the pointer, not into the value?
1290       if (SI->getOperand(0) == V || SI->isVolatile()) return 0;
1291       MergeInType(SI->getOperand(0)->getType(), Offset,
1292                   VecTy, AllocaSize, *TD, V->getContext());
1293       SawVec |= isa<VectorType>(SI->getOperand(0)->getType());
1294       continue;
1295     }
1296     
1297     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1298       if (!CanConvertToScalar(BCI, IsNotTrivial, VecTy, SawVec, Offset,
1299                               AllocaSize))
1300         return false;
1301       IsNotTrivial = true;
1302       continue;
1303     }
1304
1305     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1306       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
1307       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
1308         return false;
1309       
1310       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
1311       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
1312       uint64_t GEPOffset = TD->getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
1313                                                 &Indices[0], Indices.size());
1314       // See if all uses can be converted.
1315       if (!CanConvertToScalar(GEP, IsNotTrivial, VecTy, SawVec,Offset+GEPOffset,
1316                               AllocaSize))
1317         return false;
1318       IsNotTrivial = true;
1319       continue;
1320     }
1321
1322     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
1323     // handle it.
1324     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
1325       // Store of constant value and constant size.
1326       if (isa<ConstantInt>(MSI->getValue()) &&
1327           isa<ConstantInt>(MSI->getLength())) {
1328         IsNotTrivial = true;
1329         continue;
1330       }
1331     }
1332
1333     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
1334     // can handle it like a load or store of the scalar type.
1335     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
1336       if (ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength()))
1337         if (Len->getZExtValue() == AllocaSize && Offset == 0) {
1338           IsNotTrivial = true;
1339           continue;
1340         }
1341     }
1342     
1343     // Ignore dbg intrinsic.
1344     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(User))
1345       continue;
1346
1347     // Otherwise, we cannot handle this!
1348     return false;
1349   }
1350   
1351   return true;
1352 }
1353
1354 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
1355 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
1356 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
1357 /// vector with insert/extractelement instructions.
1358 ///
1359 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1360 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
1361 void SROA::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset) {
1362   while (!Ptr->use_empty()) {
1363     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
1364
1365     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1366       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset);
1367       CI->eraseFromParent();
1368       continue;
1369     }
1370
1371     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1372       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
1373       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
1374       uint64_t GEPOffset = TD->getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
1375                                                 &Indices[0], Indices.size());
1376       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8);
1377       GEP->eraseFromParent();
1378       continue;
1379     }
1380     
1381     IRBuilder<> Builder(User->getParent(), User);
1382     
1383     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1384       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
1385       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "tmp");
1386       Value *NewLoadVal
1387         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset, Builder);
1388       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
1389       LI->eraseFromParent();
1390       continue;
1391     }
1392     
1393     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1394       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
1395       // FIXME: Remove once builder has Twine API.
1396       Value *Old = Builder.CreateLoad(NewAI,
1397                                       (NewAI->getName()+".in").str().c_str());
1398       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
1399                                              Builder);
1400       Builder.CreateStore(New, NewAI);
1401       SI->eraseFromParent();
1402       continue;
1403     }
1404     
1405     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
1406     // transform it into a store of the expanded constant value.
1407     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
1408       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
1409       unsigned NumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
1410       if (NumBytes != 0) {
1411         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
1412         
1413         // Compute the value replicated the right number of times.
1414         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
1415
1416         // Splat the value if non-zero.
1417         if (Val)
1418           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
1419             APVal |= APVal << 8;
1420         
1421         // FIXME: Remove once builder has Twine API.
1422         Value *Old = Builder.CreateLoad(NewAI,
1423                                         (NewAI->getName()+".in").str().c_str());
1424         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
1425                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
1426                                                Old, Offset, Builder);
1427         Builder.CreateStore(New, NewAI);
1428       }
1429       MSI->eraseFromParent();
1430       continue;
1431     }
1432
1433     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
1434     // can handle it like a load or store of the scalar type.
1435     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
1436       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
1437       
1438       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
1439       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
1440       // as appropriate.
1441       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(Ptr->getUnderlyingObject());
1442       
1443       if (MTI->getSource()->getUnderlyingObject() != OrigAI) {
1444         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
1445         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
1446         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
1447         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
1448         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, NewAI->getType());
1449         
1450         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
1451         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
1452         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
1453       } else if (MTI->getDest()->getUnderlyingObject() != OrigAI) {
1454         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
1455         // through the original dest pointer (bitcasted).
1456         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
1457         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
1458
1459         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), NewAI->getType());
1460         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
1461         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
1462       } else {
1463         // Noop transfer. Src == Dst
1464       }
1465           
1466
1467       MTI->eraseFromParent();
1468       continue;
1469     }
1470     
1471     // If user is a dbg info intrinsic then it is safe to remove it.
1472     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(User)) {
1473       User->eraseFromParent();
1474       continue;
1475     }
1476
1477     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
1478   }
1479 }
1480
1481 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
1482 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
1483 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
1484 ///
1485 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
1486 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
1487 /// insert/extractelement instructions.
1488 ///
1489 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1490 /// shifted to the right.
1491 Value *SROA::ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, const Type *ToType,
1492                                         uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
1493   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
1494   if (FromVal->getType() == ToType && Offset == 0)
1495     return FromVal;
1496
1497   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
1498   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
1499   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromVal->getType())) {
1500     if (isa<VectorType>(ToType))
1501       return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
1502
1503     // Otherwise it must be an element access.
1504     unsigned Elt = 0;
1505     if (Offset) {
1506       unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
1507       Elt = Offset/EltSize;
1508       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
1509     }
1510     // Return the element extracted out of it.
1511     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, ConstantInt::get(
1512                     Type::getInt32Ty(FromVal->getContext()), Elt), "tmp");
1513     if (V->getType() != ToType)
1514       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType, "tmp");
1515     return V;
1516   }
1517   
1518   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
1519   // use insertvalue's to form the FCA.
1520   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
1521     const StructLayout &Layout = *TD->getStructLayout(ST);
1522     Value *Res = UndefValue::get(ST);
1523     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
1524       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
1525                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
1526                                               Builder);
1527       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
1528     }
1529     return Res;
1530   }
1531   
1532   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
1533     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
1534     Value *Res = UndefValue::get(AT);
1535     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1536       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
1537                                               Offset+i*EltSize, Builder);
1538       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
1539     }
1540     return Res;
1541   }
1542
1543   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
1544   const IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
1545
1546   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
1547   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1548   int ShAmt = 0;
1549   if (TD->isBigEndian()) {
1550     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1551     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1552     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1553     ShAmt = TD->getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
1554             TD->getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
1555   } else {
1556     ShAmt = Offset;
1557   }
1558
1559   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
1560   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
1561   // only some bits are used.
1562   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
1563     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
1564                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(),
1565                                                            ShAmt), "tmp");
1566   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
1567     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal, 
1568                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(),
1569                                                           -ShAmt), "tmp");
1570
1571   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
1572   unsigned LIBitWidth = TD->getTypeSizeInBits(ToType);
1573   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
1574     FromVal =
1575       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(), 
1576                                                     LIBitWidth), "tmp");
1577   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
1578     FromVal =
1579        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(), 
1580                                                     LIBitWidth), "tmp");
1581
1582   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
1583   if (isa<IntegerType>(ToType)) {
1584     // Should be done.
1585   } else if (ToType->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(ToType)) {
1586     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
1587     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
1588   } else {
1589     // Otherwise must be a pointer.
1590     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType, "tmp");
1591   }
1592   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
1593   return FromVal;
1594 }
1595
1596 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
1597 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
1598 ///
1599 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
1600 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
1601 /// vector with insert/extractelement instructions.
1602 ///
1603 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1604 /// shifted to the right.
1605 Value *SROA::ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
1606                                        uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
1607
1608   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
1609   // then 'or' into place.
1610   const Type *AllocaType = Old->getType();
1611   LLVMContext &Context = Old->getContext();
1612
1613   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
1614     uint64_t VecSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy);
1615     uint64_t ValSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
1616     
1617     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
1618     // vector type?
1619     if (ValSize == VecSize)
1620       return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType, "tmp");
1621
1622     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
1623
1624     // Must be an element insertion.
1625     unsigned Elt = Offset/EltSize;
1626     
1627     if (SV->getType() != VTy->getElementType())
1628       SV = Builder.CreateBitCast(SV, VTy->getElementType(), "tmp");
1629     
1630     SV = Builder.CreateInsertElement(Old, SV, 
1631                      ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(SV->getContext()), Elt),
1632                                      "tmp");
1633     return SV;
1634   }
1635   
1636   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
1637   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
1638     const StructLayout &Layout = *TD->getStructLayout(ST);
1639     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
1640       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
1641       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, 
1642                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
1643                                       Builder);
1644     }
1645     return Old;
1646   }
1647   
1648   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
1649     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
1650     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1651       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
1652       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, Builder);
1653     }
1654     return Old;
1655   }
1656
1657   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
1658   // If it is a pointer, do the same.
1659   unsigned SrcWidth = TD->getTypeSizeInBits(SV->getType());
1660   unsigned DestWidth = TD->getTypeSizeInBits(AllocaType);
1661   unsigned SrcStoreWidth = TD->getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
1662   unsigned DestStoreWidth = TD->getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
1663   if (SV->getType()->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(SV->getType()))
1664     SV = Builder.CreateBitCast(SV,
1665                             IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth), "tmp");
1666   else if (isa<PointerType>(SV->getType()))
1667     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, TD->getIntPtrType(SV->getContext()), "tmp");
1668
1669   // Zero extend or truncate the value if needed.
1670   if (SV->getType() != AllocaType) {
1671     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1672              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
1673       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType, "tmp");
1674     else {
1675       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
1676       // (undefined behavior).
1677       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType, "tmp");
1678       SrcWidth = DestWidth;
1679       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
1680     }
1681   }
1682
1683   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
1684   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1685   int ShAmt = 0;
1686   if (TD->isBigEndian()) {
1687     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1688     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1689     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1690     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
1691   } else {
1692     ShAmt = Offset;
1693   }
1694
1695   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
1696   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
1697   // only some bits in the structure are set.
1698   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
1699   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
1700     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1701                            ShAmt), "tmp");
1702     Mask <<= ShAmt;
1703   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
1704     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1705                             -ShAmt), "tmp");
1706     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
1707   }
1708
1709   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
1710   // in the new bits.
1711   if (SrcWidth != DestWidth) {
1712     assert(DestWidth > SrcWidth);
1713     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
1714     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
1715   }
1716   return SV;
1717 }
1718
1719
1720
1721 /// PointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
1722 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
1723 /// constant expressions because we don't can't rewrite arbitrary instructions.
1724 static bool PointsToConstantGlobal(Value *V) {
1725   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
1726     return GV->isConstant();
1727   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
1728     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast || 
1729         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
1730       return PointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
1731   return false;
1732 }
1733
1734 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
1735 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
1736 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
1737 /// track of whether it moves the pointer (with isOffset) but otherwise traverse
1738 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
1739 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant  global, we
1740 /// can optimize this.
1741 static bool isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, Instruction *&TheCopy,
1742                                            bool isOffset) {
1743   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1744     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI))
1745       // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
1746       if (!LI->isVolatile())
1747         continue;
1748     
1749     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(*UI)) {
1750       // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
1751       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(BCI, TheCopy, isOffset))
1752         return false;
1753       continue;
1754     }
1755     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*UI)) {
1756       // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer.  If it
1757       // doesn't, it does.
1758       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(GEP, TheCopy,
1759                                          isOffset || !GEP->hasAllZeroIndices()))
1760         return false;
1761       continue;
1762     }
1763     
1764     // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
1765     // handle.
1766     if (!isa<MemTransferInst>(*UI))
1767       return false;
1768
1769     // If we already have seen a copy, reject the second one.
1770     if (TheCopy) return false;
1771     
1772     // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
1773     // safely handle this.
1774     if (isOffset) return false;
1775
1776     // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
1777     if (UI.getOperandNo() != 1) return false;
1778     
1779     MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(*UI);
1780     
1781     // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
1782     if (!PointsToConstantGlobal(MI->getOperand(2)))
1783       return false;
1784     
1785     // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
1786     TheCopy = MI;
1787   }
1788   return true;
1789 }
1790
1791 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
1792 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
1793 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
1794 Instruction *SROA::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI) {
1795   Instruction *TheCopy = 0;
1796   if (::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, false))
1797     return TheCopy;
1798   return 0;
1799 }