Reapply address space patch after fixing an issue in MemCopyOptimizer.
[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       /// isMemCpySrc - This is true if this aggregate is memcpy'd from.
89       bool isMemCpySrc : 1;
90
91       /// isMemCpyDst - This is true if this aggregate is memcpy'd into.
92       bool isMemCpyDst : 1;
93
94       AllocaInfo()
95         : isUnsafe(false), isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false) {}
96     };
97     
98     unsigned SRThreshold;
99
100     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I) { I.isUnsafe = true; }
101
102     bool isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI);
103
104     void isSafeForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
105                              AllocaInfo &Info);
106     void isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t &Offset,
107                    AllocaInfo &Info);
108     void isSafeMemAccess(AllocaInst *AI, uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
109                          const Type *MemOpType, bool isStore, AllocaInfo &Info);
110     bool TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size);
111     uint64_t FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
112                                   const Type *&IdxTy);
113     
114     void DoScalarReplacement(AllocaInst *AI, 
115                              std::vector<AllocaInst*> &WorkList);
116     void DeleteDeadInstructions();
117     AllocaInst *AddNewAlloca(Function &F, const Type *Ty, AllocaInst *Base);
118     
119     void RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
120                               SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
121     void RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
122                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
123     void RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
124                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
125     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
126                                       AllocaInst *AI,
127                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
128     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
129                                        SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
130     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
131                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
132     
133     bool CanConvertToScalar(Value *V, bool &IsNotTrivial, const Type *&VecTy,
134                             bool &SawVec, uint64_t Offset, unsigned AllocaSize);
135     void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset);
136     Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, const Type *ToType,
137                                      uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
138     Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
139                                      uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
140     static Instruction *isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI);
141   };
142 }
143
144 char SROA::ID = 0;
145 static RegisterPass<SROA> X("scalarrepl", "Scalar Replacement of Aggregates");
146
147 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
148 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(signed int Threshold) { 
149   return new SROA(Threshold);
150 }
151
152
153 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
154   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
155
156   bool Changed = performPromotion(F);
157
158   // FIXME: ScalarRepl currently depends on TargetData more than it
159   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
160   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
161   // scalar-replacement portion of this pass.
162   if (!TD) return Changed;
163
164   while (1) {
165     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
166     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
167     Changed = true;
168     LocalChange = performPromotion(F);
169     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
170   }
171
172   return Changed;
173 }
174
175
176 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
177   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
178   DominatorTree         &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
179   DominanceFrontier &DF = getAnalysis<DominanceFrontier>();
180
181   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
182
183   bool Changed = false;
184
185   while (1) {
186     Allocas.clear();
187
188     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
189     // the entry node
190     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
191       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
192         if (isAllocaPromotable(AI))
193           Allocas.push_back(AI);
194
195     if (Allocas.empty()) break;
196
197     PromoteMemToReg(Allocas, DT, DF);
198     NumPromoted += Allocas.size();
199     Changed = true;
200   }
201
202   return Changed;
203 }
204
205 /// ShouldAttemptScalarRepl - Decide if an alloca is a good candidate for
206 /// SROA.  It must be a struct or array type with a small number of elements.
207 static bool ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI) {
208   const Type *T = AI->getAllocatedType();
209   // Do not promote any struct into more than 32 separate vars.
210   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
211     return ST->getNumElements() <= 32;
212   // Arrays are much less likely to be safe for SROA; only consider
213   // them if they are very small.
214   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T))
215     return AT->getNumElements() <= 8;
216   return false;
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(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << *AI << '\n');
256       DEBUG(dbgs() << "  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     // If the alloca looks like a good candidate for scalar replacement, and if
276     // all its users can be transformed, then split up the aggregate into its
277     // separate elements.
278     if (ShouldAttemptScalarRepl(AI) && isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
279       DoScalarReplacement(AI, WorkList);
280       Changed = true;
281       continue;
282     }
283
284     // Do not promote any struct whose size is too big.
285     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
286
287     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
288     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
289     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
290     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
291     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
292     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
293     bool IsNotTrivial = false;
294     const Type *VectorTy = 0;
295     bool HadAVector = false;
296     if (CanConvertToScalar(AI, IsNotTrivial, VectorTy, HadAVector, 
297                            0, unsigned(AllocaSize)) && IsNotTrivial) {
298       AllocaInst *NewAI;
299       // If we were able to find a vector type that can handle this with
300       // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
301       // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
302       // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
303       // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
304       // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
305       if (VectorTy && VectorTy->isVectorTy() && HadAVector) {
306         DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "\n  TYPE = "
307                      << *VectorTy << '\n');
308         
309         // Create and insert the vector alloca.
310         NewAI = new AllocaInst(VectorTy, 0, "",  AI->getParent()->begin());
311         ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
312       } else {
313         DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n");
314         
315         // Create and insert the integer alloca.
316         const Type *NewTy = IntegerType::get(AI->getContext(), AllocaSize*8);
317         NewAI = new AllocaInst(NewTy, 0, "", AI->getParent()->begin());
318         ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
319       }
320       NewAI->takeName(AI);
321       AI->eraseFromParent();
322       ++NumConverted;
323       Changed = true;
324       continue;
325     }
326     
327     // Otherwise, couldn't process this alloca.
328   }
329
330   return Changed;
331 }
332
333 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
334 /// predicate, do SROA now.
335 void SROA::DoScalarReplacement(AllocaInst *AI, 
336                                std::vector<AllocaInst*> &WorkList) {
337   DEBUG(dbgs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
338   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
339   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
340     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
341     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
342       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0, 
343                                       AI->getAlignment(),
344                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
345       ElementAllocas.push_back(NA);
346       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
347     }
348   } else {
349     const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
350     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
351     const Type *ElTy = AT->getElementType();
352     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
353       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, AI->getAlignment(),
354                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
355       ElementAllocas.push_back(NA);
356       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
357     }
358   }
359
360   // Now that we have created the new alloca instructions, rewrite all the
361   // uses of the old alloca.
362   RewriteForScalarRepl(AI, AI, 0, ElementAllocas);
363
364   // Now erase any instructions that were made dead while rewriting the alloca.
365   DeleteDeadInstructions();
366   AI->eraseFromParent();
367
368   NumReplaced++;
369 }
370
371 /// DeleteDeadInstructions - Erase instructions on the DeadInstrs list,
372 /// recursively including all their operands that become trivially dead.
373 void SROA::DeleteDeadInstructions() {
374   while (!DeadInsts.empty()) {
375     Instruction *I = cast<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
376
377     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
378       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
379         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
380         // (But, don't add allocas to the dead instruction list -- they are
381         // already on the worklist and will be deleted separately.)
382         *OI = 0;
383         if (isInstructionTriviallyDead(U) && !isa<AllocaInst>(U))
384           DeadInsts.push_back(U);
385       }
386
387     I->eraseFromParent();
388   }
389 }
390     
391 /// isSafeForScalarRepl - Check if instruction I is a safe use with regard to
392 /// performing scalar replacement of alloca AI.  The results are flagged in
393 /// the Info parameter.  Offset indicates the position within AI that is
394 /// referenced by this instruction.
395 void SROA::isSafeForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
396                                AllocaInfo &Info) {
397   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
398     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
399
400     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
401       isSafeForScalarRepl(BC, AI, Offset, Info);
402     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
403       uint64_t GEPOffset = Offset;
404       isSafeGEP(GEPI, AI, GEPOffset, Info);
405       if (!Info.isUnsafe)
406         isSafeForScalarRepl(GEPI, AI, GEPOffset, Info);
407     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(UI)) {
408       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
409       if (Length)
410         isSafeMemAccess(AI, Offset, Length->getZExtValue(), 0,
411                         UI.getOperandNo() == 1, Info);
412       else
413         MarkUnsafe(Info);
414     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
415       if (!LI->isVolatile()) {
416         const Type *LIType = LI->getType();
417         isSafeMemAccess(AI, Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
418                         LIType, false, Info);
419       } else
420         MarkUnsafe(Info);
421     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
422       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
423       if (!SI->isVolatile() && SI->getOperand(0) != I) {
424         const Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
425         isSafeMemAccess(AI, Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
426                         SIType, true, Info);
427       } else
428         MarkUnsafe(Info);
429     } else {
430       DEBUG(errs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
431       MarkUnsafe(Info);
432     }
433     if (Info.isUnsafe) return;
434   }
435 }
436
437 /// isSafeGEP - Check if a GEP instruction can be handled for scalar
438 /// replacement.  It is safe when all the indices are constant, in-bounds
439 /// references, and when the resulting offset corresponds to an element within
440 /// the alloca type.  The results are flagged in the Info parameter.  Upon
441 /// return, Offset is adjusted as specified by the GEP indices.
442 void SROA::isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI,
443                      uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info) {
444   gep_type_iterator GEPIt = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
445   if (GEPIt == E)
446     return;
447
448   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
449   // into.
450   for (; GEPIt != E; ++GEPIt) {
451     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
452     if ((*GEPIt)->isStructTy())
453       continue;
454
455     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand());
456     if (!IdxVal)
457       return MarkUnsafe(Info);
458   }
459
460   // Compute the offset due to this GEP and check if the alloca has a
461   // component element at that offset.
462   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
463   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
464                                  &Indices[0], Indices.size());
465   if (!TypeHasComponent(AI->getAllocatedType(), Offset, 0))
466     MarkUnsafe(Info);
467 }
468
469 /// isSafeMemAccess - Check if a load/store/memcpy operates on the entire AI
470 /// alloca or has an offset and size that corresponds to a component element
471 /// within it.  The offset checked here may have been formed from a GEP with a
472 /// pointer bitcasted to a different type.
473 void SROA::isSafeMemAccess(AllocaInst *AI, uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
474                            const Type *MemOpType, bool isStore,
475                            AllocaInfo &Info) {
476   // Check if this is a load/store of the entire alloca.
477   if (Offset == 0 && MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
478     bool UsesAggregateType = (MemOpType == AI->getAllocatedType());
479     // This is safe for MemIntrinsics (where MemOpType is 0), integer types
480     // (which are essentially the same as the MemIntrinsics, especially with
481     // regard to copying padding between elements), or references using the
482     // aggregate type of the alloca.
483     if (!MemOpType || MemOpType->isIntegerTy() || UsesAggregateType) {
484       if (!UsesAggregateType) {
485         if (isStore)
486           Info.isMemCpyDst = true;
487         else
488           Info.isMemCpySrc = true;
489       }
490       return;
491     }
492   }
493   // Check if the offset/size correspond to a component within the alloca type.
494   const Type *T = AI->getAllocatedType();
495   if (TypeHasComponent(T, Offset, MemSize))
496     return;
497
498   return MarkUnsafe(Info);
499 }
500
501 /// TypeHasComponent - Return true if T has a component type with the
502 /// specified offset and size.  If Size is zero, do not check the size.
503 bool SROA::TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
504   const Type *EltTy;
505   uint64_t EltSize;
506   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
507     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
508     unsigned EltIdx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
509     EltTy = ST->getContainedType(EltIdx);
510     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
511     Offset -= Layout->getElementOffset(EltIdx);
512   } else if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
513     EltTy = AT->getElementType();
514     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
515     if (Offset >= AT->getNumElements() * EltSize)
516       return false;
517     Offset %= EltSize;
518   } else {
519     return false;
520   }
521   if (Offset == 0 && (Size == 0 || EltSize == Size))
522     return true;
523   // Check if the component spans multiple elements.
524   if (Offset + Size > EltSize)
525     return false;
526   return TypeHasComponent(EltTy, Offset, Size);
527 }
528
529 /// RewriteForScalarRepl - Alloca AI is being split into NewElts, so rewrite
530 /// the instruction I, which references it, to use the separate elements.
531 /// Offset indicates the position within AI that is referenced by this
532 /// instruction.
533 void SROA::RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
534                                 SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
535   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
536     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
537
538     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
539       RewriteBitCast(BC, AI, Offset, NewElts);
540     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
541       RewriteGEP(GEPI, AI, Offset, NewElts);
542     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
543       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
544       uint64_t MemSize = Length->getZExtValue();
545       if (Offset == 0 &&
546           MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()))
547         RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, I, AI, NewElts);
548       // Otherwise the intrinsic can only touch a single element and the
549       // address operand will be updated, so nothing else needs to be done.
550     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
551       const Type *LIType = LI->getType();
552       if (LIType == AI->getAllocatedType()) {
553         // Replace:
554         //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
555         // with:
556         //   %load.0 = load i32* %alloc.0
557         //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
558         //   %load.1 = load i32* %alloc.1
559         //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
560         // (Also works for arrays instead of structs)
561         Value *Insert = UndefValue::get(LIType);
562         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
563           Value *Load = new LoadInst(NewElts[i], "load", LI);
564           Insert = InsertValueInst::Create(Insert, Load, i, "insert", LI);
565         }
566         LI->replaceAllUsesWith(Insert);
567         DeadInsts.push_back(LI);
568       } else if (LIType->isIntegerTy() &&
569                  TD->getTypeAllocSize(LIType) ==
570                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
571         // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
572         RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
573       }
574     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
575       Value *Val = SI->getOperand(0);
576       const Type *SIType = Val->getType();
577       if (SIType == AI->getAllocatedType()) {
578         // Replace:
579         //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
580         // with:
581         //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
582         //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
583         //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
584         //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
585         // (Also works for arrays instead of structs)
586         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
587           Value *Extract = ExtractValueInst::Create(Val, i, Val->getName(), SI);
588           new StoreInst(Extract, NewElts[i], SI);
589         }
590         DeadInsts.push_back(SI);
591       } else if (SIType->isIntegerTy() &&
592                  TD->getTypeAllocSize(SIType) ==
593                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
594         // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
595         RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
596       }
597     }
598   }
599 }
600
601 /// RewriteBitCast - Update a bitcast reference to the alloca being replaced
602 /// and recursively continue updating all of its uses.
603 void SROA::RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
604                           SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
605   RewriteForScalarRepl(BC, AI, Offset, NewElts);
606   if (BC->getOperand(0) != AI)
607     return;
608
609   // The bitcast references the original alloca.  Replace its uses with
610   // references to the first new element alloca.
611   Instruction *Val = NewElts[0];
612   if (Val->getType() != BC->getDestTy()) {
613     Val = new BitCastInst(Val, BC->getDestTy(), "", BC);
614     Val->takeName(BC);
615   }
616   BC->replaceAllUsesWith(Val);
617   DeadInsts.push_back(BC);
618 }
619
620 /// FindElementAndOffset - Return the index of the element containing Offset
621 /// within the specified type, which must be either a struct or an array.
622 /// Sets T to the type of the element and Offset to the offset within that
623 /// element.  IdxTy is set to the type of the index result to be used in a
624 /// GEP instruction.
625 uint64_t SROA::FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
626                                     const Type *&IdxTy) {
627   uint64_t Idx = 0;
628   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
629     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
630     Idx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
631     T = ST->getContainedType(Idx);
632     Offset -= Layout->getElementOffset(Idx);
633     IdxTy = Type::getInt32Ty(T->getContext());
634     return Idx;
635   }
636   const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(T);
637   T = AT->getElementType();
638   uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(T);
639   Idx = Offset / EltSize;
640   Offset -= Idx * EltSize;
641   IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
642   return Idx;
643 }
644
645 /// RewriteGEP - Check if this GEP instruction moves the pointer across
646 /// elements of the alloca that are being split apart, and if so, rewrite
647 /// the GEP to be relative to the new element.
648 void SROA::RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
649                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
650   uint64_t OldOffset = Offset;
651   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
652   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
653                                  &Indices[0], Indices.size());
654
655   RewriteForScalarRepl(GEPI, AI, Offset, NewElts);
656
657   const Type *T = AI->getAllocatedType();
658   const Type *IdxTy;
659   uint64_t OldIdx = FindElementAndOffset(T, OldOffset, IdxTy);
660   if (GEPI->getOperand(0) == AI)
661     OldIdx = ~0ULL; // Force the GEP to be rewritten.
662
663   T = AI->getAllocatedType();
664   uint64_t EltOffset = Offset;
665   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
666
667   // If this GEP does not move the pointer across elements of the alloca
668   // being split, then it does not needs to be rewritten.
669   if (Idx == OldIdx)
670     return;
671
672   const Type *i32Ty = Type::getInt32Ty(AI->getContext());
673   SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
674   NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
675   while (EltOffset != 0) {
676     uint64_t EltIdx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
677     NewArgs.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, EltIdx));
678   }
679   Instruction *Val = NewElts[Idx];
680   if (NewArgs.size() > 1) {
681     Val = GetElementPtrInst::CreateInBounds(Val, NewArgs.begin(),
682                                             NewArgs.end(), "", GEPI);
683     Val->takeName(GEPI);
684   }
685   if (Val->getType() != GEPI->getType())
686     Val = new BitCastInst(Val, GEPI->getType(), Val->getName(), GEPI);
687   GEPI->replaceAllUsesWith(Val);
688   DeadInsts.push_back(GEPI);
689 }
690
691 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
692 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
693 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
694                                         AllocaInst *AI,
695                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
696   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
697   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
698   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
699   // memset, this Value* stays null.
700   Value *OtherPtr = 0;
701   LLVMContext &Context = MI->getContext();
702   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
703   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
704     if (Inst == MTI->getRawDest())
705       OtherPtr = MTI->getRawSource();
706     else {
707       assert(Inst == MTI->getRawSource());
708       OtherPtr = MTI->getRawDest();
709     }
710   }
711
712   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
713   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
714   if (OtherPtr) {
715
716     // Remove bitcasts and all-zero GEPs from OtherPtr.  This is an
717     // optimization, but it's also required to detect the corner case where
718     // both pointer operands are referencing the same memory, and where
719     // OtherPtr may be a bitcast or GEP that currently being rewritten.  (This
720     // function is only called for mem intrinsics that access the whole
721     // aggregate, so non-zero GEPs are not an issue here.)
722     while (1) {
723       if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(OtherPtr)) {
724         OtherPtr = BC->getOperand(0);
725         continue;
726       }
727       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(OtherPtr)) {
728         // All zero GEPs are effectively bitcasts.
729         if (GEP->hasAllZeroIndices()) {
730           OtherPtr = GEP->getOperand(0);
731           continue;
732         }
733       }
734       break;
735     }
736     // Copying the alloca to itself is a no-op: just delete it.
737     if (OtherPtr == AI || OtherPtr == NewElts[0]) {
738       // This code will run twice for a no-op memcpy -- once for each operand.
739       // Put only one reference to MI on the DeadInsts list.
740       for (SmallVector<Value*, 32>::const_iterator I = DeadInsts.begin(),
741              E = DeadInsts.end(); I != E; ++I)
742         if (*I == MI) return;
743       DeadInsts.push_back(MI);
744       return;
745     }
746     
747     if (ConstantExpr *BCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OtherPtr))
748       if (BCE->getOpcode() == Instruction::BitCast)
749         OtherPtr = BCE->getOperand(0);
750     
751     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
752     // type.
753     if (OtherPtr->getType() != AI->getType())
754       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, AI->getType(), OtherPtr->getName(),
755                                  MI);
756   }
757   
758   // Process each element of the aggregate.
759   Value *TheFn = MI->getOperand(0);
760   const Type *BytePtrTy = MI->getRawDest()->getType();
761   bool SROADest = MI->getRawDest() == Inst;
762   
763   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(MI->getContext()));
764
765   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
766     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
767     Value *OtherElt = 0;
768     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
769     
770     if (OtherPtr) {
771       Value *Idx[2] = { Zero,
772                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), i) };
773       OtherElt = GetElementPtrInst::CreateInBounds(OtherPtr, Idx, Idx + 2,
774                                               OtherPtr->getName()+"."+Twine(i),
775                                                    MI);
776       uint64_t EltOffset;
777       const PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
778       if (const StructType *ST =
779             dyn_cast<StructType>(OtherPtrTy->getElementType())) {
780         EltOffset = TD->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
781       } else {
782         const Type *EltTy =
783           cast<SequentialType>(OtherPtr->getType())->getElementType();
784         EltOffset = TD->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
785       }
786       
787       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
788       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
789       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
790       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
791       // known alignment is just 4 bytes.
792       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
793     }
794     
795     Value *EltPtr = NewElts[i];
796     const Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
797     
798     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
799     if (EltTy->isSingleValueType()) {
800       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
801         if (SROADest) {
802           // From Other to Alloca.
803           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
804           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
805         } else {
806           // From Alloca to Other.
807           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
808           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
809         }
810         continue;
811       }
812       assert(isa<MemSetInst>(MI));
813       
814       // If the stored element is zero (common case), just store a null
815       // constant.
816       Constant *StoreVal;
817       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getOperand(2))) {
818         if (CI->isZero()) {
819           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
820         } else {
821           // If EltTy is a vector type, get the element type.
822           const Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
823
824           // Construct an integer with the right value.
825           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
826           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
827           APInt TotalVal(OneVal);
828           // Set each byte.
829           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
830             TotalVal = TotalVal.shl(8);
831             TotalVal |= OneVal;
832           }
833           
834           // Convert the integer value to the appropriate type.
835           StoreVal = ConstantInt::get(Context, TotalVal);
836           if (ValTy->isPointerTy())
837             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
838           else if (ValTy->isFloatingPointTy())
839             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
840           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
841           
842           // If the requested value was a vector constant, create it.
843           if (EltTy != ValTy) {
844             unsigned NumElts = cast<VectorType>(ValTy)->getNumElements();
845             SmallVector<Constant*, 16> Elts(NumElts, StoreVal);
846             StoreVal = ConstantVector::get(&Elts[0], NumElts);
847           }
848         }
849         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
850         continue;
851       }
852       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
853       // this element.
854     }
855     
856     // Cast the element pointer to BytePtrTy.
857     if (EltPtr->getType() != BytePtrTy)
858       EltPtr = new BitCastInst(EltPtr, BytePtrTy, EltPtr->getName(), MI);
859     
860     // Cast the other pointer (if we have one) to BytePtrTy. 
861     if (OtherElt && OtherElt->getType() != BytePtrTy) {
862       // Preserve address space of OtherElt
863       const PointerType* OtherPTy = cast<PointerType>(OtherElt->getType());
864       const PointerType* PTy = cast<PointerType>(BytePtrTy);
865       if (OtherPTy->getElementType() != PTy->getElementType()) {
866         Type *NewOtherPTy = PointerType::get(PTy->getElementType(),
867                                              OtherPTy->getAddressSpace());
868         OtherElt = new BitCastInst(OtherElt, NewOtherPTy,
869                                    OtherElt->getNameStr(), MI);
870       }
871     }
872     
873     unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
874     
875     // Finally, insert the meminst for this element.
876     if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
877       Value *Ops[] = {
878         SROADest ? EltPtr : OtherElt,  // Dest ptr
879         SROADest ? OtherElt : EltPtr,  // Src ptr
880         ConstantInt::get(MI->getOperand(3)->getType(), EltSize), // Size
881         // Align
882         ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), OtherEltAlign),
883         MI->getVolatileCst()
884       };
885       // In case we fold the address space overloaded memcpy of A to B
886       // with memcpy of B to C, change the function to be a memcpy of A to C.
887       const Type *Tys[] = { Ops[0]->getType(), Ops[1]->getType(),
888                             Ops[2]->getType() };
889       Module *M = MI->getParent()->getParent()->getParent();
890       TheFn = Intrinsic::getDeclaration(M, MI->getIntrinsicID(), Tys, 3);
891       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 5, "", MI);
892     } else {
893       assert(isa<MemSetInst>(MI));
894       Value *Ops[] = {
895         EltPtr, MI->getOperand(2),  // Dest, Value,
896         ConstantInt::get(MI->getOperand(3)->getType(), EltSize), // Size
897         Zero,  // Align
898         ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(MI->getContext()), 0) // isVolatile
899       };
900       const Type *Tys[] = { Ops[0]->getType(), Ops[2]->getType() };
901       Module *M = MI->getParent()->getParent()->getParent();
902       TheFn = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::memset, Tys, 2);
903       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 5, "", MI);
904     }
905   }
906   DeadInsts.push_back(MI);
907 }
908
909 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found a store of an integer that
910 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
911 /// integer and store them individually.
912 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
913                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
914   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
915   // and store the element value to the individual alloca.
916   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
917   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
918   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
919   
920   // Handle tail padding by extending the operand
921   if (TD->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
922     SrcVal = new ZExtInst(SrcVal,
923                           IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits), 
924                           "", SI);
925
926   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
927                << '\n');
928
929   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
930   // have different ways to compute the element offset.
931   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
932     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
933     
934     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
935       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
936       const Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
937       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
938       
939       if (TD->isBigEndian())
940         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
941       
942       Value *EltVal = SrcVal;
943       if (Shift) {
944         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
945         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
946                                             "sroa.store.elt", SI);
947       }
948       
949       // Truncate down to an integer of the right size.
950       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
951       
952       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
953       if (FieldSizeBits == 0) continue;
954       
955       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
956         EltVal = new TruncInst(EltVal,
957                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits),
958                               "", SI);
959       Value *DestField = NewElts[i];
960       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
961         // Storing to an integer field of this size, just do it.
962       } else if (FieldTy->isFloatingPointTy() || FieldTy->isVectorTy()) {
963         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
964         EltVal = new BitCastInst(EltVal, FieldTy, "", SI);
965       } else {
966         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
967         DestField = new BitCastInst(DestField,
968                               PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
969                                     "", SI);
970       }
971       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
972     }
973     
974   } else {
975     const ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
976     const Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
977     uint64_t ElementOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
978     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
979
980     uint64_t Shift;
981     
982     if (TD->isBigEndian())
983       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
984     else 
985       Shift = 0;
986     
987     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
988       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
989       if (ElementSizeBits == 0) continue;
990       
991       Value *EltVal = SrcVal;
992       if (Shift) {
993         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
994         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
995                                             "sroa.store.elt", SI);
996       }
997       
998       // Truncate down to an integer of the right size.
999       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
1000         EltVal = new TruncInst(EltVal, 
1001                                IntegerType::get(SI->getContext(), 
1002                                                 ElementSizeBits),"",SI);
1003       Value *DestField = NewElts[i];
1004       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
1005         // Storing to an integer field of this size, just do it.
1006       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPointTy() ||
1007                  ArrayEltTy->isVectorTy()) {
1008         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
1009         EltVal = new BitCastInst(EltVal, ArrayEltTy, "", SI);
1010       } else {
1011         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
1012         DestField = new BitCastInst(DestField,
1013                               PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
1014                                     "", SI);
1015       }
1016       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
1017       
1018       if (TD->isBigEndian())
1019         Shift -= ElementOffset;
1020       else 
1021         Shift += ElementOffset;
1022     }
1023   }
1024   
1025   DeadInsts.push_back(SI);
1026 }
1027
1028 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found a load of the entire allocation to
1029 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
1030 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
1031                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1032   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
1033   // and form the result value.
1034   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
1035   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
1036   
1037   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
1038                << '\n');
1039   
1040   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
1041   // have different ways to compute the element offset.
1042   const StructLayout *Layout = 0;
1043   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
1044   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
1045     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
1046   } else {
1047     const Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
1048     ArrayEltBitOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
1049   }    
1050   
1051   Value *ResultVal = 
1052     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
1053   
1054   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1055     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
1056     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
1057     Value *SrcField = NewElts[i];
1058     const Type *FieldTy =
1059       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
1060     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
1061     
1062     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
1063     if (FieldSizeBits == 0) continue;
1064     
1065     const IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(), 
1066                                                      FieldSizeBits);
1067     if (!FieldTy->isIntegerTy() && !FieldTy->isFloatingPointTy() &&
1068         !FieldTy->isVectorTy())
1069       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
1070                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
1071                                  "", LI);
1072     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
1073
1074     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
1075     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
1076     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
1077       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
1078
1079     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
1080     // we can shift and insert it.
1081     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
1082       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
1083     
1084     // Determine the number of bits to shift SrcField.
1085     uint64_t Shift;
1086     if (Layout) // Struct case.
1087       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
1088     else  // Array case.
1089       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
1090     
1091     if (TD->isBigEndian())
1092       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
1093     
1094     if (Shift) {
1095       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
1096       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
1097     }
1098
1099     ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
1100   }
1101
1102   // Handle tail padding by truncating the result
1103   if (TD->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
1104     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
1105
1106   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
1107   DeadInsts.push_back(LI);
1108 }
1109
1110 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
1111 /// alignment padding, false otherwise.
1112 static bool HasPadding(const Type *Ty, const TargetData &TD) {
1113   if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
1114     const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1115     unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
1116     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1117       unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
1118
1119       // Padding in sub-elements?
1120       if (HasPadding(STy->getElementType(i), TD))
1121         return true;
1122
1123       // Check to see if there is any padding between this element and the
1124       // previous one.
1125       if (i) {
1126         unsigned PrevFieldEnd =
1127         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
1128         if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
1129           return true;
1130       }
1131
1132       PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
1133     }
1134
1135     //  Check for tail padding.
1136     if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
1137       unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
1138                    TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
1139       if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
1140         return true;
1141     }
1142
1143   } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1144     return HasPadding(ATy->getElementType(), TD);
1145   } else if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1146     return HasPadding(VTy->getElementType(), TD);
1147   }
1148   return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
1149 }
1150
1151 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
1152 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
1153 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
1154 bool SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI) {
1155   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
1156   // the users are safe to transform.
1157   AllocaInfo Info;
1158   
1159   isSafeForScalarRepl(AI, AI, 0, Info);
1160   if (Info.isUnsafe) {
1161     DEBUG(dbgs() << "Cannot transform: " << *AI << '\n');
1162     return false;
1163   }
1164   
1165   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
1166   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
1167   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
1168   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
1169   // struct.
1170   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
1171       HasPadding(AI->getAllocatedType(), *TD))
1172     return false;
1173
1174   return true;
1175 }
1176
1177 /// MergeInType - Add the 'In' type to the accumulated type (Accum) so far at
1178 /// the offset specified by Offset (which is specified in bytes).
1179 ///
1180 /// There are two cases we handle here:
1181 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
1182 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
1183 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
1184 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
1185 ///   2) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
1186 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
1187 ///      and stores would mutate the memory.
1188 static void MergeInType(const Type *In, uint64_t Offset, const Type *&VecTy,
1189                         unsigned AllocaSize, const TargetData &TD,
1190                         LLVMContext &Context) {
1191   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
1192   if (VecTy != Type::getVoidTy(Context)) { // either null or a vector type.
1193
1194     // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
1195     // matches the existing VecTy.
1196     if (const VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
1197       if (VInTy->getBitWidth()/8 == AllocaSize && Offset == 0) {
1198         // If we're storing/loading a vector of the right size, allow it as a
1199         // vector.  If this the first vector we see, remember the type so that
1200         // we know the element size.
1201         if (VecTy == 0)
1202           VecTy = VInTy;
1203         return;
1204       }
1205     } else if (In->isFloatTy() || In->isDoubleTy() ||
1206                (In->isIntegerTy() && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
1207                 isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
1208       // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
1209       // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
1210       // compatible with it.
1211       unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
1212       if (Offset % EltSize == 0 &&
1213           AllocaSize % EltSize == 0 &&
1214           (VecTy == 0 || 
1215            cast<VectorType>(VecTy)->getElementType()
1216                  ->getPrimitiveSizeInBits()/8 == EltSize)) {
1217         if (VecTy == 0)
1218           VecTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
1219         return;
1220       }
1221     }
1222   }
1223   
1224   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
1225   // form.  We can still turn this into a large integer.
1226   VecTy = Type::getVoidTy(Context);
1227 }
1228
1229 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
1230 /// its accesses to a single vector type, return true and set VecTy to
1231 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
1232 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
1233 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
1234 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
1235 ///
1236 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
1237 /// SawVec flag.
1238 bool SROA::CanConvertToScalar(Value *V, bool &IsNotTrivial, const Type *&VecTy,
1239                               bool &SawVec, uint64_t Offset,
1240                               unsigned AllocaSize) {
1241   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1242     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1243     
1244     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1245       // Don't break volatile loads.
1246       if (LI->isVolatile())
1247         return false;
1248       MergeInType(LI->getType(), Offset, VecTy,
1249                   AllocaSize, *TD, V->getContext());
1250       SawVec |= LI->getType()->isVectorTy();
1251       continue;
1252     }
1253     
1254     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1255       // Storing the pointer, not into the value?
1256       if (SI->getOperand(0) == V || SI->isVolatile()) return 0;
1257       MergeInType(SI->getOperand(0)->getType(), Offset,
1258                   VecTy, AllocaSize, *TD, V->getContext());
1259       SawVec |= SI->getOperand(0)->getType()->isVectorTy();
1260       continue;
1261     }
1262     
1263     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1264       if (!CanConvertToScalar(BCI, IsNotTrivial, VecTy, SawVec, Offset,
1265                               AllocaSize))
1266         return false;
1267       IsNotTrivial = true;
1268       continue;
1269     }
1270
1271     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1272       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
1273       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
1274         return false;
1275       
1276       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
1277       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
1278       uint64_t GEPOffset = TD->getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
1279                                                 &Indices[0], Indices.size());
1280       // See if all uses can be converted.
1281       if (!CanConvertToScalar(GEP, IsNotTrivial, VecTy, SawVec,Offset+GEPOffset,
1282                               AllocaSize))
1283         return false;
1284       IsNotTrivial = true;
1285       continue;
1286     }
1287
1288     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
1289     // handle it.
1290     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
1291       // Store of constant value and constant size.
1292       if (isa<ConstantInt>(MSI->getValue()) &&
1293           isa<ConstantInt>(MSI->getLength())) {
1294         IsNotTrivial = true;
1295         continue;
1296       }
1297     }
1298
1299     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
1300     // can handle it like a load or store of the scalar type.
1301     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
1302       if (ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength()))
1303         if (Len->getZExtValue() == AllocaSize && Offset == 0) {
1304           IsNotTrivial = true;
1305           continue;
1306         }
1307     }
1308     
1309     // Otherwise, we cannot handle this!
1310     return false;
1311   }
1312   
1313   return true;
1314 }
1315
1316 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
1317 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
1318 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
1319 /// vector with insert/extractelement instructions.
1320 ///
1321 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1322 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
1323 void SROA::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset) {
1324   while (!Ptr->use_empty()) {
1325     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
1326
1327     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1328       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset);
1329       CI->eraseFromParent();
1330       continue;
1331     }
1332
1333     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1334       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
1335       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
1336       uint64_t GEPOffset = TD->getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
1337                                                 &Indices[0], Indices.size());
1338       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8);
1339       GEP->eraseFromParent();
1340       continue;
1341     }
1342     
1343     IRBuilder<> Builder(User->getParent(), User);
1344     
1345     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1346       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
1347       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "tmp");
1348       Value *NewLoadVal
1349         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset, Builder);
1350       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
1351       LI->eraseFromParent();
1352       continue;
1353     }
1354     
1355     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1356       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
1357       Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
1358       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
1359                                              Builder);
1360       Builder.CreateStore(New, NewAI);
1361       SI->eraseFromParent();
1362       
1363       // If the load we just inserted is now dead, then the inserted store
1364       // overwrote the entire thing.
1365       if (Old->use_empty())
1366         Old->eraseFromParent();
1367       continue;
1368     }
1369     
1370     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
1371     // transform it into a store of the expanded constant value.
1372     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
1373       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
1374       unsigned NumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
1375       if (NumBytes != 0) {
1376         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
1377         
1378         // Compute the value replicated the right number of times.
1379         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
1380
1381         // Splat the value if non-zero.
1382         if (Val)
1383           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
1384             APVal |= APVal << 8;
1385         
1386         Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
1387         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
1388                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
1389                                                Old, Offset, Builder);
1390         Builder.CreateStore(New, NewAI);
1391         
1392         // If the load we just inserted is now dead, then the memset overwrote
1393         // the entire thing.
1394         if (Old->use_empty())
1395           Old->eraseFromParent();        
1396       }
1397       MSI->eraseFromParent();
1398       continue;
1399     }
1400
1401     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
1402     // can handle it like a load or store of the scalar type.
1403     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
1404       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
1405       
1406       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
1407       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
1408       // as appropriate.
1409       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(Ptr->getUnderlyingObject(0));
1410       
1411       if (MTI->getSource()->getUnderlyingObject(0) != OrigAI) {
1412         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
1413         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
1414         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
1415         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
1416         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, NewAI->getType());
1417         
1418         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
1419         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
1420         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
1421       } else if (MTI->getDest()->getUnderlyingObject(0) != OrigAI) {
1422         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
1423         // through the original dest pointer (bitcasted).
1424         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
1425         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
1426
1427         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), NewAI->getType());
1428         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
1429         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
1430       } else {
1431         // Noop transfer. Src == Dst
1432       }
1433
1434       MTI->eraseFromParent();
1435       continue;
1436     }
1437     
1438     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
1439   }
1440 }
1441
1442 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
1443 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
1444 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
1445 ///
1446 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
1447 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
1448 /// insert/extractelement instructions.
1449 ///
1450 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1451 /// shifted to the right.
1452 Value *SROA::ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, const Type *ToType,
1453                                         uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
1454   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
1455   if (FromVal->getType() == ToType && Offset == 0)
1456     return FromVal;
1457
1458   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
1459   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
1460   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromVal->getType())) {
1461     if (ToType->isVectorTy())
1462       return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
1463
1464     // Otherwise it must be an element access.
1465     unsigned Elt = 0;
1466     if (Offset) {
1467       unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
1468       Elt = Offset/EltSize;
1469       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
1470     }
1471     // Return the element extracted out of it.
1472     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, ConstantInt::get(
1473                     Type::getInt32Ty(FromVal->getContext()), Elt), "tmp");
1474     if (V->getType() != ToType)
1475       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType, "tmp");
1476     return V;
1477   }
1478   
1479   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
1480   // use insertvalue's to form the FCA.
1481   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
1482     const StructLayout &Layout = *TD->getStructLayout(ST);
1483     Value *Res = UndefValue::get(ST);
1484     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
1485       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
1486                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
1487                                               Builder);
1488       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
1489     }
1490     return Res;
1491   }
1492   
1493   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
1494     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
1495     Value *Res = UndefValue::get(AT);
1496     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1497       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
1498                                               Offset+i*EltSize, Builder);
1499       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
1500     }
1501     return Res;
1502   }
1503
1504   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
1505   const IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
1506
1507   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
1508   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1509   int ShAmt = 0;
1510   if (TD->isBigEndian()) {
1511     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1512     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1513     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1514     ShAmt = TD->getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
1515             TD->getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
1516   } else {
1517     ShAmt = Offset;
1518   }
1519
1520   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
1521   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
1522   // only some bits are used.
1523   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
1524     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
1525                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(),
1526                                                            ShAmt), "tmp");
1527   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
1528     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal, 
1529                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(),
1530                                                           -ShAmt), "tmp");
1531
1532   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
1533   unsigned LIBitWidth = TD->getTypeSizeInBits(ToType);
1534   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
1535     FromVal =
1536       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(), 
1537                                                     LIBitWidth), "tmp");
1538   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
1539     FromVal =
1540        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(), 
1541                                                     LIBitWidth), "tmp");
1542
1543   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
1544   if (ToType->isIntegerTy()) {
1545     // Should be done.
1546   } else if (ToType->isFloatingPointTy() || ToType->isVectorTy()) {
1547     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
1548     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
1549   } else {
1550     // Otherwise must be a pointer.
1551     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType, "tmp");
1552   }
1553   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
1554   return FromVal;
1555 }
1556
1557 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
1558 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
1559 ///
1560 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
1561 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
1562 /// vector with insert/extractelement instructions.
1563 ///
1564 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1565 /// shifted to the right.
1566 Value *SROA::ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
1567                                        uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
1568
1569   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
1570   // then 'or' into place.
1571   const Type *AllocaType = Old->getType();
1572   LLVMContext &Context = Old->getContext();
1573
1574   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
1575     uint64_t VecSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy);
1576     uint64_t ValSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
1577     
1578     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
1579     // vector type?
1580     if (ValSize == VecSize)
1581       return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType, "tmp");
1582
1583     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
1584
1585     // Must be an element insertion.
1586     unsigned Elt = Offset/EltSize;
1587     
1588     if (SV->getType() != VTy->getElementType())
1589       SV = Builder.CreateBitCast(SV, VTy->getElementType(), "tmp");
1590     
1591     SV = Builder.CreateInsertElement(Old, SV, 
1592                      ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(SV->getContext()), Elt),
1593                                      "tmp");
1594     return SV;
1595   }
1596   
1597   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
1598   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
1599     const StructLayout &Layout = *TD->getStructLayout(ST);
1600     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
1601       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
1602       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, 
1603                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
1604                                       Builder);
1605     }
1606     return Old;
1607   }
1608   
1609   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
1610     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
1611     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1612       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
1613       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, Builder);
1614     }
1615     return Old;
1616   }
1617
1618   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
1619   // If it is a pointer, do the same.
1620   unsigned SrcWidth = TD->getTypeSizeInBits(SV->getType());
1621   unsigned DestWidth = TD->getTypeSizeInBits(AllocaType);
1622   unsigned SrcStoreWidth = TD->getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
1623   unsigned DestStoreWidth = TD->getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
1624   if (SV->getType()->isFloatingPointTy() || SV->getType()->isVectorTy())
1625     SV = Builder.CreateBitCast(SV,
1626                             IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth), "tmp");
1627   else if (SV->getType()->isPointerTy())
1628     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, TD->getIntPtrType(SV->getContext()), "tmp");
1629
1630   // Zero extend or truncate the value if needed.
1631   if (SV->getType() != AllocaType) {
1632     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1633              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
1634       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType, "tmp");
1635     else {
1636       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
1637       // (undefined behavior).
1638       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType, "tmp");
1639       SrcWidth = DestWidth;
1640       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
1641     }
1642   }
1643
1644   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
1645   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1646   int ShAmt = 0;
1647   if (TD->isBigEndian()) {
1648     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1649     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1650     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1651     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
1652   } else {
1653     ShAmt = Offset;
1654   }
1655
1656   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
1657   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
1658   // only some bits in the structure are set.
1659   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
1660   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
1661     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1662                            ShAmt), "tmp");
1663     Mask <<= ShAmt;
1664   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
1665     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1666                             -ShAmt), "tmp");
1667     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
1668   }
1669
1670   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
1671   // in the new bits.
1672   if (SrcWidth != DestWidth) {
1673     assert(DestWidth > SrcWidth);
1674     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
1675     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
1676   }
1677   return SV;
1678 }
1679
1680
1681
1682 /// PointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
1683 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
1684 /// constant expressions because we don't can't rewrite arbitrary instructions.
1685 static bool PointsToConstantGlobal(Value *V) {
1686   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
1687     return GV->isConstant();
1688   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
1689     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast || 
1690         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
1691       return PointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
1692   return false;
1693 }
1694
1695 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
1696 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
1697 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
1698 /// track of whether it moves the pointer (with isOffset) but otherwise traverse
1699 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
1700 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant  global, we
1701 /// can optimize this.
1702 static bool isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, Instruction *&TheCopy,
1703                                            bool isOffset) {
1704   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1705     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI))
1706       // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
1707       if (!LI->isVolatile())
1708         continue;
1709     
1710     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(*UI)) {
1711       // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
1712       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(BCI, TheCopy, isOffset))
1713         return false;
1714       continue;
1715     }
1716     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*UI)) {
1717       // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer.  If it
1718       // doesn't, it does.
1719       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(GEP, TheCopy,
1720                                          isOffset || !GEP->hasAllZeroIndices()))
1721         return false;
1722       continue;
1723     }
1724     
1725     // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
1726     // handle.
1727     if (!isa<MemTransferInst>(*UI))
1728       return false;
1729
1730     // If we already have seen a copy, reject the second one.
1731     if (TheCopy) return false;
1732     
1733     // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
1734     // safely handle this.
1735     if (isOffset) return false;
1736
1737     // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
1738     if (UI.getOperandNo() != 1) return false;
1739     
1740     MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(*UI);
1741     
1742     // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
1743     if (!PointsToConstantGlobal(MI->getOperand(2)))
1744       return false;
1745     
1746     // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
1747     TheCopy = MI;
1748   }
1749   return true;
1750 }
1751
1752 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
1753 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
1754 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
1755 Instruction *SROA::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI) {
1756   Instruction *TheCopy = 0;
1757   if (::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, false))
1758     return TheCopy;
1759   return 0;
1760 }