Fix likely typo, reduce number of instruction name collisions.
[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/Module.h"
32 #include "llvm/Pass.h"
33 #include "llvm/Analysis/DIBuilder.h"
34 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
35 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
36 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
37 #include "llvm/Target/TargetData.h"
38 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
39 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
40 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
41 #include "llvm/Support/CallSite.h"
42 #include "llvm/Support/Debug.h"
43 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
44 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
45 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
46 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
47 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
48 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
49 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
50 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
51 using namespace llvm;
52
53 STATISTIC(NumReplaced,  "Number of allocas broken up");
54 STATISTIC(NumPromoted,  "Number of allocas promoted");
55 STATISTIC(NumAdjusted,  "Number of scalar allocas adjusted to allow promotion");
56 STATISTIC(NumConverted, "Number of aggregates converted to scalar");
57 STATISTIC(NumGlobals,   "Number of allocas copied from constant global");
58
59 namespace {
60   struct SROA : public FunctionPass {
61     SROA(int T, bool hasDT, char &ID)
62       : FunctionPass(ID), HasDomTree(hasDT) {
63       if (T == -1)
64         SRThreshold = 128;
65       else
66         SRThreshold = T;
67     }
68
69     bool runOnFunction(Function &F);
70
71     bool performScalarRepl(Function &F);
72     bool performPromotion(Function &F);
73
74   private:
75     bool HasDomTree;
76     TargetData *TD;
77
78     /// DeadInsts - Keep track of instructions we have made dead, so that
79     /// we can remove them after we are done working.
80     SmallVector<Value*, 32> DeadInsts;
81
82     /// AllocaInfo - When analyzing uses of an alloca instruction, this captures
83     /// information about the uses.  All these fields are initialized to false
84     /// and set to true when something is learned.
85     struct AllocaInfo {
86       /// The alloca to promote.
87       AllocaInst *AI;
88       
89       /// CheckedPHIs - This is a set of verified PHI nodes, to prevent infinite
90       /// looping and avoid redundant work.
91       SmallPtrSet<PHINode*, 8> CheckedPHIs;
92       
93       /// isUnsafe - This is set to true if the alloca cannot be SROA'd.
94       bool isUnsafe : 1;
95
96       /// isMemCpySrc - This is true if this aggregate is memcpy'd from.
97       bool isMemCpySrc : 1;
98
99       /// isMemCpyDst - This is true if this aggregate is memcpy'd into.
100       bool isMemCpyDst : 1;
101
102       /// hasSubelementAccess - This is true if a subelement of the alloca is
103       /// ever accessed, or false if the alloca is only accessed with mem
104       /// intrinsics or load/store that only access the entire alloca at once.
105       bool hasSubelementAccess : 1;
106       
107       /// hasALoadOrStore - This is true if there are any loads or stores to it.
108       /// The alloca may just be accessed with memcpy, for example, which would
109       /// not set this.
110       bool hasALoadOrStore : 1;
111       
112       explicit AllocaInfo(AllocaInst *ai)
113         : AI(ai), isUnsafe(false), isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false),
114           hasSubelementAccess(false), hasALoadOrStore(false) {}
115     };
116
117     unsigned SRThreshold;
118
119     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I, Instruction *User) {
120       I.isUnsafe = true;
121       DEBUG(dbgs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
122     }
123
124     bool isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI);
125
126     void isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset, AllocaInfo &Info);
127     void isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *User, uint64_t Offset,
128                                          AllocaInfo &Info);
129     void isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info);
130     void isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
131                          const Type *MemOpType, bool isStore, AllocaInfo &Info,
132                          Instruction *TheAccess, bool AllowWholeAccess);
133     bool TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size);
134     uint64_t FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
135                                   const Type *&IdxTy);
136
137     void DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
138                              std::vector<AllocaInst*> &WorkList);
139     void DeleteDeadInstructions();
140
141     void RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
142                               SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
143     void RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
144                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
145     void RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
146                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
147     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
148                                       AllocaInst *AI,
149                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
150     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
151                                        SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
152     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
153                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
154
155     static MemTransferInst *isOnlyCopiedFromConstantGlobal(
156         AllocaInst *AI, SmallVector<Instruction*, 4> &ToDelete);
157   };
158   
159   // SROA_DT - SROA that uses DominatorTree.
160   struct SROA_DT : public SROA {
161     static char ID;
162   public:
163     SROA_DT(int T = -1) : SROA(T, true, ID) {
164       initializeSROA_DTPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
165     }
166     
167     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
168     // will not alter the CFG, so say so.
169     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
170       AU.addRequired<DominatorTree>();
171       AU.setPreservesCFG();
172     }
173   };
174   
175   // SROA_SSAUp - SROA that uses SSAUpdater.
176   struct SROA_SSAUp : public SROA {
177     static char ID;
178   public:
179     SROA_SSAUp(int T = -1) : SROA(T, false, ID) {
180       initializeSROA_SSAUpPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
181     }
182     
183     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
184     // will not alter the CFG, so say so.
185     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
186       AU.setPreservesCFG();
187     }
188   };
189   
190 }
191
192 char SROA_DT::ID = 0;
193 char SROA_SSAUp::ID = 0;
194
195 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_DT, "scalarrepl",
196                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
197 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
198 INITIALIZE_PASS_END(SROA_DT, "scalarrepl",
199                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
200
201 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
202                       "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
203 INITIALIZE_PASS_END(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
204                     "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
205
206 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
207 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(int Threshold,
208                                                    bool UseDomTree) {
209   if (UseDomTree)
210     return new SROA_DT(Threshold);
211   return new SROA_SSAUp(Threshold);
212 }
213
214
215 //===----------------------------------------------------------------------===//
216 // Convert To Scalar Optimization.
217 //===----------------------------------------------------------------------===//
218
219 namespace {
220 /// ConvertToScalarInfo - This class implements the "Convert To Scalar"
221 /// optimization, which scans the uses of an alloca and determines if it can
222 /// rewrite it in terms of a single new alloca that can be mem2reg'd.
223 class ConvertToScalarInfo {
224   /// AllocaSize - The size of the alloca being considered in bytes.
225   unsigned AllocaSize;
226   const TargetData &TD;
227
228   /// IsNotTrivial - This is set to true if there is some access to the object
229   /// which means that mem2reg can't promote it.
230   bool IsNotTrivial;
231
232   /// ScalarKind - Tracks the kind of alloca being considered for promotion,
233   /// computed based on the uses of the alloca rather than the LLVM type system.
234   enum {
235     Unknown,
236
237     // Accesses via GEPs that are consistent with element access of a vector
238     // type. This will not be converted into a vector unless there is a later
239     // access using an actual vector type.
240     ImplicitVector,
241
242     // Accesses via vector operations and GEPs that are consistent with the
243     // layout of a vector type.
244     Vector,
245
246     // An integer bag-of-bits with bitwise operations for insertion and
247     // extraction. Any combination of types can be converted into this kind
248     // of scalar.
249     Integer
250   } ScalarKind;
251
252   /// VectorTy - This tracks the type that we should promote the vector to if
253   /// it is possible to turn it into a vector.  This starts out null, and if it
254   /// isn't possible to turn into a vector type, it gets set to VoidTy.
255   const VectorType *VectorTy;
256
257   /// HadNonMemTransferAccess - True if there is at least one access to the 
258   /// alloca that is not a MemTransferInst.  We don't want to turn structs into
259   /// large integers unless there is some potential for optimization.
260   bool HadNonMemTransferAccess;
261
262 public:
263   explicit ConvertToScalarInfo(unsigned Size, const TargetData &td)
264     : AllocaSize(Size), TD(td), IsNotTrivial(false), ScalarKind(Unknown),
265       VectorTy(0), HadNonMemTransferAccess(false) { }
266
267   AllocaInst *TryConvert(AllocaInst *AI);
268
269 private:
270   bool CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset);
271   void MergeInTypeForLoadOrStore(const Type *In, uint64_t Offset);
272   bool MergeInVectorType(const VectorType *VInTy, uint64_t Offset);
273   void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset);
274
275   Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, const Type *ToType,
276                                     uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
277   Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
278                                    uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
279 };
280 } // end anonymous namespace.
281
282
283 /// TryConvert - Analyze the specified alloca, and if it is safe to do so,
284 /// rewrite it to be a new alloca which is mem2reg'able.  This returns the new
285 /// alloca if possible or null if not.
286 AllocaInst *ConvertToScalarInfo::TryConvert(AllocaInst *AI) {
287   // If we can't convert this scalar, or if mem2reg can trivially do it, bail
288   // out.
289   if (!CanConvertToScalar(AI, 0) || !IsNotTrivial)
290     return 0;
291
292   // If an alloca has only memset / memcpy uses, it may still have an Unknown
293   // ScalarKind. Treat it as an Integer below.
294   if (ScalarKind == Unknown)
295     ScalarKind = Integer;
296
297   // FIXME: It should be possible to promote the vector type up to the alloca's
298   // size.
299   if (ScalarKind == Vector && VectorTy->getBitWidth() != AllocaSize * 8)
300     ScalarKind = Integer;
301
302   // If we were able to find a vector type that can handle this with
303   // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
304   // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
305   // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
306   // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
307   // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
308   const Type *NewTy;
309   if (ScalarKind == Vector) {
310     assert(VectorTy && "Missing type for vector scalar.");
311     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "\n  TYPE = "
312           << *VectorTy << '\n');
313     NewTy = VectorTy;  // Use the vector type.
314   } else {
315     unsigned BitWidth = AllocaSize * 8;
316     if ((ScalarKind == ImplicitVector || ScalarKind == Integer) &&
317         !HadNonMemTransferAccess && !TD.fitsInLegalInteger(BitWidth))
318       return 0;
319
320     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n");
321     // Create and insert the integer alloca.
322     NewTy = IntegerType::get(AI->getContext(), BitWidth);
323   }
324   AllocaInst *NewAI = new AllocaInst(NewTy, 0, "", AI->getParent()->begin());
325   ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
326   return NewAI;
327 }
328
329 /// MergeInTypeForLoadOrStore - Add the 'In' type to the accumulated vector type
330 /// (VectorTy) so far at the offset specified by Offset (which is specified in
331 /// bytes).
332 ///
333 /// There are three cases we handle here:
334 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
335 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
336 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
337 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
338 ///   2) A union of vector types with power-of-2 size differences, e.g. a float,
339 ///      <2 x float> and <4 x float>.  Here we turn element accesses into insert
340 ///      and extract element operations, and <2 x float> accesses into a cast to
341 ///      <2 x double>, an extract, and a cast back to <2 x float>.
342 ///   3) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
343 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
344 ///      and stores would mutate the memory.  We mark this by setting VectorTy
345 ///      to VoidTy.
346 void ConvertToScalarInfo::MergeInTypeForLoadOrStore(const Type *In,
347                                                     uint64_t Offset) {
348   // If we already decided to turn this into a blob of integer memory, there is
349   // nothing to be done.
350   if (ScalarKind == Integer)
351     return;
352
353   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
354
355   // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
356   // matches the existing VecTy.
357   if (const VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
358     if (MergeInVectorType(VInTy, Offset))
359       return;
360   } else if (In->isFloatTy() || In->isDoubleTy() ||
361              (In->isIntegerTy() && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
362               isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
363     // Full width accesses can be ignored, because they can always be turned
364     // into bitcasts.
365     unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
366     if (EltSize == AllocaSize)
367       return;
368
369     // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
370     // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
371     // compatible with it.
372     if (Offset % EltSize == 0 && AllocaSize % EltSize == 0 &&
373         (!VectorTy || Offset * 8 < VectorTy->getPrimitiveSizeInBits())) {
374       if (!VectorTy) {
375         ScalarKind = ImplicitVector;
376         VectorTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
377         return;
378       }
379
380       unsigned CurrentEltSize = VectorTy->getElementType()
381                                 ->getPrimitiveSizeInBits()/8;
382       if (EltSize == CurrentEltSize)
383         return;
384
385       if (In->isIntegerTy() && isPowerOf2_32(AllocaSize / EltSize))
386         return;
387     }
388   }
389
390   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
391   // form.  We can still turn this into a large integer.
392   ScalarKind = Integer;
393 }
394
395 /// MergeInVectorType - Handles the vector case of MergeInTypeForLoadOrStore,
396 /// returning true if the type was successfully merged and false otherwise.
397 bool ConvertToScalarInfo::MergeInVectorType(const VectorType *VInTy,
398                                             uint64_t Offset) {
399   // TODO: Support nonzero offsets?
400   if (Offset != 0)
401     return false;
402
403   // Only allow vectors that are a power-of-2 away from the size of the alloca.
404   if (!isPowerOf2_64(AllocaSize / (VInTy->getBitWidth() / 8)))
405     return false;
406
407   // If this the first vector we see, remember the type so that we know the
408   // element size.
409   if (!VectorTy) {
410     ScalarKind = Vector;
411     VectorTy = VInTy;
412     return true;
413   }
414
415   unsigned BitWidth = VectorTy->getBitWidth();
416   unsigned InBitWidth = VInTy->getBitWidth();
417
418   // Vectors of the same size can be converted using a simple bitcast.
419   if (InBitWidth == BitWidth && AllocaSize == (InBitWidth / 8)) {
420     ScalarKind = Vector;
421     return true;
422   }
423
424   const Type *ElementTy = VectorTy->getElementType();
425   const Type *InElementTy = VInTy->getElementType();
426
427   // Do not allow mixed integer and floating-point accesses from vectors of
428   // different sizes.
429   if (ElementTy->isFloatingPointTy() != InElementTy->isFloatingPointTy())
430     return false;
431
432   if (ElementTy->isFloatingPointTy()) {
433     // Only allow floating-point vectors of different sizes if they have the
434     // same element type.
435     // TODO: This could be loosened a bit, but would anything benefit?
436     if (ElementTy != InElementTy)
437       return false;
438
439     // There are no arbitrary-precision floating-point types, which limits the
440     // number of legal vector types with larger element types that we can form
441     // to bitcast and extract a subvector.
442     // TODO: We could support some more cases with mixed fp128 and double here.
443     if (!(BitWidth == 64 || BitWidth == 128) ||
444         !(InBitWidth == 64 || InBitWidth == 128))
445       return false;
446   } else {
447     assert(ElementTy->isIntegerTy() && "Vector elements must be either integer "
448                                        "or floating-point.");
449     unsigned BitWidth = ElementTy->getPrimitiveSizeInBits();
450     unsigned InBitWidth = InElementTy->getPrimitiveSizeInBits();
451
452     // Do not allow integer types smaller than a byte or types whose widths are
453     // not a multiple of a byte.
454     if (BitWidth < 8 || InBitWidth < 8 ||
455         BitWidth % 8 != 0 || InBitWidth % 8 != 0)
456       return false;
457   }
458
459   // Pick the largest of the two vector types.
460   ScalarKind = Vector;
461   if (InBitWidth > BitWidth)
462     VectorTy = VInTy;
463
464   return true;
465 }
466
467 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
468 /// its accesses to a single vector type, return true and set VecTy to
469 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
470 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
471 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
472 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
473 ///
474 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
475 /// SawVec flag.
476 bool ConvertToScalarInfo::CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset) {
477   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
478     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
479
480     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
481       // Don't break volatile loads.
482       if (LI->isVolatile())
483         return false;
484       // Don't touch MMX operations.
485       if (LI->getType()->isX86_MMXTy())
486         return false;
487       HadNonMemTransferAccess = true;
488       MergeInTypeForLoadOrStore(LI->getType(), Offset);
489       continue;
490     }
491
492     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
493       // Storing the pointer, not into the value?
494       if (SI->getOperand(0) == V || SI->isVolatile()) return false;
495       // Don't touch MMX operations.
496       if (SI->getOperand(0)->getType()->isX86_MMXTy())
497         return false;
498       HadNonMemTransferAccess = true;
499       MergeInTypeForLoadOrStore(SI->getOperand(0)->getType(), Offset);
500       continue;
501     }
502
503     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
504       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
505       if (!CanConvertToScalar(BCI, Offset))
506         return false;
507       continue;
508     }
509
510     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
511       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
512       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
513         return false;
514
515       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
516       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
517       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
518                                                &Indices[0], Indices.size());
519       // See if all uses can be converted.
520       if (!CanConvertToScalar(GEP, Offset+GEPOffset))
521         return false;
522       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
523       HadNonMemTransferAccess = true;
524       continue;
525     }
526
527     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
528     // handle it.
529     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
530       // Store of constant value.
531       if (!isa<ConstantInt>(MSI->getValue()))
532         return false;
533
534       // Store of constant size.
535       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MSI->getLength());
536       if (!Len)
537         return false;
538
539       // If the size differs from the alloca, we can only convert the alloca to
540       // an integer bag-of-bits.
541       // FIXME: This should handle all of the cases that are currently accepted
542       // as vector element insertions.
543       if (Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
544         ScalarKind = Integer;
545
546       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
547       HadNonMemTransferAccess = true;
548       continue;
549     }
550
551     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
552     // can handle it like a load or store of the scalar type.
553     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
554       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength());
555       if (Len == 0 || Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
556         return false;
557
558       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
559       continue;
560     }
561
562     // Otherwise, we cannot handle this!
563     return false;
564   }
565
566   return true;
567 }
568
569 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
570 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
571 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
572 /// vector with insert/extractelement instructions.
573 ///
574 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
575 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
576 void ConvertToScalarInfo::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI,
577                                               uint64_t Offset) {
578   while (!Ptr->use_empty()) {
579     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
580
581     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
582       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset);
583       CI->eraseFromParent();
584       continue;
585     }
586
587     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
588       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
589       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
590       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
591                                                &Indices[0], Indices.size());
592       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8);
593       GEP->eraseFromParent();
594       continue;
595     }
596
597     IRBuilder<> Builder(User);
598
599     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
600       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
601       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "tmp");
602       Value *NewLoadVal
603         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset, Builder);
604       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
605       LI->eraseFromParent();
606       continue;
607     }
608
609     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
610       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
611       Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
612       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
613                                              Builder);
614       Builder.CreateStore(New, NewAI);
615       SI->eraseFromParent();
616
617       // If the load we just inserted is now dead, then the inserted store
618       // overwrote the entire thing.
619       if (Old->use_empty())
620         Old->eraseFromParent();
621       continue;
622     }
623
624     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
625     // transform it into a store of the expanded constant value.
626     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
627       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
628       unsigned NumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
629       if (NumBytes != 0) {
630         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
631
632         // Compute the value replicated the right number of times.
633         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
634
635         // Splat the value if non-zero.
636         if (Val)
637           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
638             APVal |= APVal << 8;
639
640         Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
641         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
642                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
643                                                Old, Offset, Builder);
644         Builder.CreateStore(New, NewAI);
645
646         // If the load we just inserted is now dead, then the memset overwrote
647         // the entire thing.
648         if (Old->use_empty())
649           Old->eraseFromParent();
650       }
651       MSI->eraseFromParent();
652       continue;
653     }
654
655     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
656     // can handle it like a load or store of the scalar type.
657     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
658       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
659
660       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
661       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
662       // as appropriate.
663       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Ptr, &TD, 0));
664
665       if (GetUnderlyingObject(MTI->getSource(), &TD, 0) != OrigAI) {
666         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
667         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
668         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
669         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
670         const PointerType* SPTy = cast<PointerType>(SrcPtr->getType());
671         const PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
672         if (SPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
673           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
674                                    SPTy->getAddressSpace());
675         }
676         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, AIPTy);
677
678         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
679         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
680         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
681       } else if (GetUnderlyingObject(MTI->getDest(), &TD, 0) != OrigAI) {
682         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
683         // through the original dest pointer (bitcasted).
684         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
685         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
686
687         const PointerType* DPTy = cast<PointerType>(MTI->getDest()->getType());
688         const PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
689         if (DPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
690           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
691                                    DPTy->getAddressSpace());
692         }
693         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), AIPTy);
694
695         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
696         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
697       } else {
698         // Noop transfer. Src == Dst
699       }
700
701       MTI->eraseFromParent();
702       continue;
703     }
704
705     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
706   }
707 }
708
709 /// getScaledElementType - Gets a scaled element type for a partial vector
710 /// access of an alloca. The input types must be integer or floating-point
711 /// scalar or vector types, and the resulting type is an integer, float or
712 /// double.
713 static const Type *getScaledElementType(const Type *Ty1, const Type *Ty2,
714                                         unsigned NewBitWidth) {
715   bool IsFP1 = Ty1->isFloatingPointTy() ||
716                (Ty1->isVectorTy() &&
717                 cast<VectorType>(Ty1)->getElementType()->isFloatingPointTy());
718   bool IsFP2 = Ty2->isFloatingPointTy() ||
719                (Ty2->isVectorTy() &&
720                 cast<VectorType>(Ty2)->getElementType()->isFloatingPointTy());
721
722   LLVMContext &Context = Ty1->getContext();
723
724   // Prefer floating-point types over integer types, as integer types may have
725   // been created by earlier scalar replacement.
726   if (IsFP1 || IsFP2) {
727     if (NewBitWidth == 32)
728       return Type::getFloatTy(Context);
729     if (NewBitWidth == 64)
730       return Type::getDoubleTy(Context);
731   }
732
733   return Type::getIntNTy(Context, NewBitWidth);
734 }
735
736 /// CreateShuffleVectorCast - Creates a shuffle vector to convert one vector
737 /// to another vector of the same element type which has the same allocation
738 /// size but different primitive sizes (e.g. <3 x i32> and <4 x i32>).
739 static Value *CreateShuffleVectorCast(Value *FromVal, const Type *ToType,
740                                       IRBuilder<> &Builder) {
741   const Type *FromType = FromVal->getType();
742   const VectorType *FromVTy = cast<VectorType>(FromType);
743   const VectorType *ToVTy = cast<VectorType>(ToType);
744   assert((ToVTy->getElementType() == FromVTy->getElementType()) &&
745          "Vectors must have the same element type");
746    Value *UnV = UndefValue::get(FromType);
747    unsigned numEltsFrom = FromVTy->getNumElements();
748    unsigned numEltsTo = ToVTy->getNumElements();
749
750    SmallVector<Constant*, 3> Args;
751    const Type* Int32Ty = Builder.getInt32Ty();
752    unsigned minNumElts = std::min(numEltsFrom, numEltsTo);
753    unsigned i;
754    for (i=0; i != minNumElts; ++i)
755      Args.push_back(ConstantInt::get(Int32Ty, i));
756
757    if (i < numEltsTo) {
758      Constant* UnC = UndefValue::get(Int32Ty);
759      for (; i != numEltsTo; ++i)
760        Args.push_back(UnC);
761    }
762    Constant *Mask = ConstantVector::get(Args);
763    return Builder.CreateShuffleVector(FromVal, UnV, Mask, "tmpV");
764 }
765
766 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
767 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
768 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
769 ///
770 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
771 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
772 /// insert/extractelement instructions.
773 ///
774 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
775 /// shifted to the right.
776 Value *ConvertToScalarInfo::
777 ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, const Type *ToType,
778                            uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
779   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
780   const Type *FromType = FromVal->getType();
781   if (FromType == ToType && Offset == 0)
782     return FromVal;
783
784   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
785   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
786   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromType)) {
787     unsigned FromTypeSize = TD.getTypeAllocSize(FromType);
788     unsigned ToTypeSize = TD.getTypeAllocSize(ToType);
789     if (FromTypeSize == ToTypeSize) {
790       // If the two types have the same primitive size, use a bit cast.
791       // Otherwise, it is two vectors with the same element type that has
792       // the same allocation size but different number of elements so use
793       // a shuffle vector.
794       if (FromType->getPrimitiveSizeInBits() ==
795           ToType->getPrimitiveSizeInBits())
796         return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
797       else
798         return CreateShuffleVectorCast(FromVal, ToType, Builder);
799     }
800
801     if (isPowerOf2_64(FromTypeSize / ToTypeSize)) {
802       assert(!(ToType->isVectorTy() && Offset != 0) && "Can't extract a value "
803              "of a smaller vector type at a nonzero offset.");
804
805       const Type *CastElementTy = getScaledElementType(FromType, ToType,
806                                                        ToTypeSize * 8);
807       unsigned NumCastVectorElements = FromTypeSize / ToTypeSize;
808
809       LLVMContext &Context = FromVal->getContext();
810       const Type *CastTy = VectorType::get(CastElementTy,
811                                            NumCastVectorElements);
812       Value *Cast = Builder.CreateBitCast(FromVal, CastTy, "tmp");
813
814       unsigned EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(CastElementTy);
815       unsigned Elt = Offset/EltSize;
816       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
817       Value *Extract = Builder.CreateExtractElement(Cast, ConstantInt::get(
818                                         Type::getInt32Ty(Context), Elt), "tmp");
819       return Builder.CreateBitCast(Extract, ToType, "tmp");
820     }
821
822     // Otherwise it must be an element access.
823     unsigned Elt = 0;
824     if (Offset) {
825       unsigned EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
826       Elt = Offset/EltSize;
827       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
828     }
829     // Return the element extracted out of it.
830     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, ConstantInt::get(
831                     Type::getInt32Ty(FromVal->getContext()), Elt), "tmp");
832     if (V->getType() != ToType)
833       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType, "tmp");
834     return V;
835   }
836
837   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
838   // use insertvalue's to form the FCA.
839   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
840     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
841     Value *Res = UndefValue::get(ST);
842     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
843       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
844                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
845                                               Builder);
846       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
847     }
848     return Res;
849   }
850
851   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
852     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
853     Value *Res = UndefValue::get(AT);
854     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
855       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
856                                               Offset+i*EltSize, Builder);
857       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
858     }
859     return Res;
860   }
861
862   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
863   const IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
864
865   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
866   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
867   int ShAmt = 0;
868   if (TD.isBigEndian()) {
869     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
870     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
871     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
872     ShAmt = TD.getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
873             TD.getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
874   } else {
875     ShAmt = Offset;
876   }
877
878   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
879   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
880   // only some bits are used.
881   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
882     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
883                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(),
884                                                            ShAmt), "tmp");
885   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
886     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal,
887                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(),
888                                                           -ShAmt), "tmp");
889
890   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
891   unsigned LIBitWidth = TD.getTypeSizeInBits(ToType);
892   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
893     FromVal =
894       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
895                                                     LIBitWidth), "tmp");
896   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
897     FromVal =
898        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
899                                                     LIBitWidth), "tmp");
900
901   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
902   if (ToType->isIntegerTy()) {
903     // Should be done.
904   } else if (ToType->isFloatingPointTy() || ToType->isVectorTy()) {
905     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
906     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
907   } else {
908     // Otherwise must be a pointer.
909     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType, "tmp");
910   }
911   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
912   return FromVal;
913 }
914
915 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
916 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
917 ///
918 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
919 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
920 /// vector with insert/extractelement instructions.
921 ///
922 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
923 /// shifted to the right.
924 Value *ConvertToScalarInfo::
925 ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
926                           uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
927   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
928   // then 'or' into place.
929   const Type *AllocaType = Old->getType();
930   LLVMContext &Context = Old->getContext();
931
932   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
933     uint64_t VecSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy);
934     uint64_t ValSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
935
936     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
937     // vector type?
938     if (ValSize == VecSize) {
939       // If the two types have the same primitive size, use a bit cast.
940       // Otherwise, it is two vectors with the same element type that has
941       // the same allocation size but different number of elements so use
942       // a shuffle vector.
943       if (VTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
944           SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
945         return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType, "tmp");
946       else
947         return CreateShuffleVectorCast(SV, VTy, Builder);
948     }
949
950     if (isPowerOf2_64(VecSize / ValSize)) {
951       assert(!(SV->getType()->isVectorTy() && Offset != 0) && "Can't insert a "
952              "value of a smaller vector type at a nonzero offset.");
953
954       const Type *CastElementTy = getScaledElementType(VTy, SV->getType(),
955                                                        ValSize);
956       unsigned NumCastVectorElements = VecSize / ValSize;
957
958       LLVMContext &Context = SV->getContext();
959       const Type *OldCastTy = VectorType::get(CastElementTy,
960                                               NumCastVectorElements);
961       Value *OldCast = Builder.CreateBitCast(Old, OldCastTy, "tmp");
962
963       Value *SVCast = Builder.CreateBitCast(SV, CastElementTy, "tmp");
964
965       unsigned EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(CastElementTy);
966       unsigned Elt = Offset/EltSize;
967       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
968       Value *Insert =
969         Builder.CreateInsertElement(OldCast, SVCast, ConstantInt::get(
970                                         Type::getInt32Ty(Context), Elt), "tmp");
971       return Builder.CreateBitCast(Insert, AllocaType, "tmp");
972     }
973
974     // Must be an element insertion.
975     assert(SV->getType() == VTy->getElementType());
976     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
977     unsigned Elt = Offset/EltSize;
978     return Builder.CreateInsertElement(Old, SV,
979                      ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(SV->getContext()), Elt),
980                                      "tmp");
981   }
982
983   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
984   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
985     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
986     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
987       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
988       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old,
989                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
990                                       Builder);
991     }
992     return Old;
993   }
994
995   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
996     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
997     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
998       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
999       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, Builder);
1000     }
1001     return Old;
1002   }
1003
1004   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
1005   // If it is a pointer, do the same.
1006   unsigned SrcWidth = TD.getTypeSizeInBits(SV->getType());
1007   unsigned DestWidth = TD.getTypeSizeInBits(AllocaType);
1008   unsigned SrcStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
1009   unsigned DestStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
1010   if (SV->getType()->isFloatingPointTy() || SV->getType()->isVectorTy())
1011     SV = Builder.CreateBitCast(SV,
1012                             IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth), "tmp");
1013   else if (SV->getType()->isPointerTy())
1014     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, TD.getIntPtrType(SV->getContext()), "tmp");
1015
1016   // Zero extend or truncate the value if needed.
1017   if (SV->getType() != AllocaType) {
1018     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1019              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
1020       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType, "tmp");
1021     else {
1022       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
1023       // (undefined behavior).
1024       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType, "tmp");
1025       SrcWidth = DestWidth;
1026       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
1027     }
1028   }
1029
1030   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
1031   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1032   int ShAmt = 0;
1033   if (TD.isBigEndian()) {
1034     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1035     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1036     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1037     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
1038   } else {
1039     ShAmt = Offset;
1040   }
1041
1042   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
1043   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
1044   // only some bits in the structure are set.
1045   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
1046   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
1047     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1048                            ShAmt), "tmp");
1049     Mask <<= ShAmt;
1050   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
1051     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1052                             -ShAmt), "tmp");
1053     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
1054   }
1055
1056   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
1057   // in the new bits.
1058   if (SrcWidth != DestWidth) {
1059     assert(DestWidth > SrcWidth);
1060     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
1061     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
1062   }
1063   return SV;
1064 }
1065
1066
1067 //===----------------------------------------------------------------------===//
1068 // SRoA Driver
1069 //===----------------------------------------------------------------------===//
1070
1071
1072 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
1073   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1074
1075   bool Changed = performPromotion(F);
1076
1077   // FIXME: ScalarRepl currently depends on TargetData more than it
1078   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
1079   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
1080   // scalar-replacement portion of this pass.
1081   if (!TD) return Changed;
1082
1083   while (1) {
1084     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
1085     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
1086     Changed = true;
1087     LocalChange = performPromotion(F);
1088     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
1089   }
1090
1091   return Changed;
1092 }
1093
1094 namespace {
1095 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1096   AllocaInst *AI;
1097 public:
1098   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
1099                  DbgDeclareInst *DD, DIBuilder *&DB)
1100     : LoadAndStorePromoter(Insts, S, DD, DB), AI(0) {}
1101   
1102   void run(AllocaInst *AI, const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
1103     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
1104     this->AI = AI;
1105     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1106     AI->eraseFromParent();
1107   }
1108   
1109   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
1110                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
1111     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1112       return LI->getOperand(0) == AI;
1113     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == AI;
1114   }
1115 };
1116 } // end anon namespace
1117
1118 /// isSafeSelectToSpeculate - Select instructions that use an alloca and are
1119 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers and then
1120 /// select between the result, allowing the load of the alloca to be promoted.
1121 /// From this:
1122 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1123 ///   %V = load i32* %P2
1124 /// to:
1125 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1126 ///   %V2 = load i32* %Other
1127 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1128 ///
1129 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1130 /// the select can be loaded unconditionally.
1131 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst *SI, const TargetData *TD) {
1132   bool TDerefable = SI->getTrueValue()->isDereferenceablePointer();
1133   bool FDerefable = SI->getFalseValue()->isDereferenceablePointer();
1134   
1135   for (Value::use_iterator UI = SI->use_begin(), UE = SI->use_end();
1136        UI != UE; ++UI) {
1137     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1138     if (LI == 0 || LI->isVolatile()) return false;
1139     
1140     // Both operands to the select need to be dereferencable, either absolutely
1141     // (e.g. allocas) or at this point because we can see other accesses to it.
1142     if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getTrueValue(), LI,
1143                                                     LI->getAlignment(), TD))
1144       return false;
1145     if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getFalseValue(), LI,
1146                                                     LI->getAlignment(), TD))
1147       return false;
1148   }
1149   
1150   return true;
1151 }
1152
1153 /// isSafePHIToSpeculate - PHI instructions that use an alloca and are
1154 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers in the pred
1155 /// blocks and then PHI the results, allowing the load of the alloca to be
1156 /// promoted.
1157 /// From this:
1158 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1159 ///   %V = load i32* %P2
1160 /// to:
1161 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1162 ///   ...
1163 ///   %V2 = load i32* %Other
1164 ///   ...
1165 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1166 ///
1167 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1168 /// the select can be loaded unconditionally.
1169 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode *PN, const TargetData *TD) {
1170   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block as
1171   // the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1172   // TODO: Allow recursive phi users.
1173   // TODO: Allow stores.
1174   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1175   unsigned MaxAlign = 0;
1176   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), UE = PN->use_end();
1177        UI != UE; ++UI) {
1178     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1179     if (LI == 0 || LI->isVolatile()) return false;
1180     
1181     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is a
1182     // common case that happens when instcombine merges two loads through a PHI.
1183     if (LI->getParent() != BB) return false;
1184     
1185     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1186     // could store.
1187     for (BasicBlock::iterator BBI = PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1188       if (BBI->mayWriteToMemory())
1189         return false;
1190     
1191     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1192   }
1193   
1194   // Okay, we know that we have one or more loads in the same block as the PHI.
1195   // We can transform this if it is safe to push the loads into the predecessor
1196   // blocks.  The only thing to watch out for is that we can't put a possibly
1197   // trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1198   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1199     BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1200
1201     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't critical.
1202     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1)
1203       continue;
1204     
1205     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1206     
1207     // If the InVal is an invoke in the pred, we can't put a load on the edge.
1208     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
1209       if (II->getParent() == Pred)
1210         return false;
1211
1212     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there is
1213     // already a load in the block, then we can move the load to the pred block.
1214     if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1215         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, Pred->getTerminator(), MaxAlign, TD))
1216       continue;
1217     
1218     return false;
1219   }
1220     
1221   return true;
1222 }
1223
1224
1225 /// tryToMakeAllocaBePromotable - This returns true if the alloca only has
1226 /// direct (non-volatile) loads and stores to it.  If the alloca is close but
1227 /// not quite there, this will transform the code to allow promotion.  As such,
1228 /// it is a non-pure predicate.
1229 static bool tryToMakeAllocaBePromotable(AllocaInst *AI, const TargetData *TD) {
1230   SetVector<Instruction*, SmallVector<Instruction*, 4>,
1231             SmallPtrSet<Instruction*, 4> > InstsToRewrite;
1232   
1233   for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
1234        UI != UE; ++UI) {
1235     User *U = *UI;
1236     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
1237       if (LI->isVolatile())
1238         return false;
1239       continue;
1240     }
1241     
1242     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1243       if (SI->getOperand(0) == AI || SI->isVolatile())
1244         return false;   // Don't allow a store OF the AI, only INTO the AI.
1245       continue;
1246     }
1247
1248     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(U)) {
1249       // If the condition being selected on is a constant, fold the select, yes
1250       // this does (rarely) happen early on.
1251       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
1252         Value *Result = SI->getOperand(1+CI->isZero());
1253         SI->replaceAllUsesWith(Result);
1254         SI->eraseFromParent();
1255         
1256         // This is very rare and we just scrambled the use list of AI, start
1257         // over completely.
1258         return tryToMakeAllocaBePromotable(AI, TD);
1259       }
1260
1261       // If it is safe to turn "load (select c, AI, ptr)" into a select of two
1262       // loads, then we can transform this by rewriting the select.
1263       if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, TD))
1264         return false;
1265       
1266       InstsToRewrite.insert(SI);
1267       continue;
1268     }
1269     
1270     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1271       if (PN->use_empty()) {  // Dead PHIs can be stripped.
1272         InstsToRewrite.insert(PN);
1273         continue;
1274       }
1275       
1276       // If it is safe to turn "load (phi [AI, ptr, ...])" into a PHI of loads
1277       // in the pred blocks, then we can transform this by rewriting the PHI.
1278       if (!isSafePHIToSpeculate(PN, TD))
1279         return false;
1280       
1281       InstsToRewrite.insert(PN);
1282       continue;
1283     }
1284     
1285     return false;
1286   }
1287
1288   // If there are no instructions to rewrite, then all uses are load/stores and
1289   // we're done!
1290   if (InstsToRewrite.empty())
1291     return true;
1292   
1293   // If we have instructions that need to be rewritten for this to be promotable
1294   // take care of it now.
1295   for (unsigned i = 0, e = InstsToRewrite.size(); i != e; ++i) {
1296     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(InstsToRewrite[i])) {
1297       // Selects in InstsToRewrite only have load uses.  Rewrite each as two
1298       // loads with a new select.
1299       while (!SI->use_empty()) {
1300         LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI->use_back());
1301       
1302         IRBuilder<> Builder(LI);
1303         LoadInst *TrueLoad = 
1304           Builder.CreateLoad(SI->getTrueValue(), LI->getName()+".t");
1305         LoadInst *FalseLoad = 
1306           Builder.CreateLoad(SI->getFalseValue(), LI->getName()+".f");
1307         
1308         // Transfer alignment and TBAA info if present.
1309         TrueLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1310         FalseLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1311         if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1312           TrueLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1313           FalseLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1314         }
1315         
1316         Value *V = Builder.CreateSelect(SI->getCondition(), TrueLoad, FalseLoad);
1317         V->takeName(LI);
1318         LI->replaceAllUsesWith(V);
1319         LI->eraseFromParent();
1320       }
1321     
1322       // Now that all the loads are gone, the select is gone too.
1323       SI->eraseFromParent();
1324       continue;
1325     }
1326     
1327     // Otherwise, we have a PHI node which allows us to push the loads into the
1328     // predecessors.
1329     PHINode *PN = cast<PHINode>(InstsToRewrite[i]);
1330     if (PN->use_empty()) {
1331       PN->eraseFromParent();
1332       continue;
1333     }
1334     
1335     const Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN->getType())->getElementType();
1336     PHINode *NewPN = PHINode::Create(LoadTy, PN->getNumIncomingValues(),
1337                                      PN->getName()+".ld", PN);
1338
1339     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1340     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1341     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN->use_back());
1342     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1343     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1344     
1345     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1346     while (!PN->use_empty()) {
1347       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN->use_back());
1348       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1349       LI->eraseFromParent();
1350     }
1351     
1352     // Inject loads into all of the pred blocks.  Keep track of which blocks we
1353     // insert them into in case we have multiple edges from the same block.
1354     DenseMap<BasicBlock*, LoadInst*> InsertedLoads;
1355     
1356     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1357       BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1358       LoadInst *&Load = InsertedLoads[Pred];
1359       if (Load == 0) {
1360         Load = new LoadInst(PN->getIncomingValue(i),
1361                             PN->getName() + "." + Pred->getName(),
1362                             Pred->getTerminator());
1363         Load->setAlignment(Align);
1364         if (TBAATag) Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1365       }
1366       
1367       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1368     }
1369     
1370     PN->eraseFromParent();
1371   }
1372     
1373   ++NumAdjusted;
1374   return true;
1375 }
1376
1377 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
1378   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
1379   DominatorTree *DT = 0;
1380   if (HasDomTree)
1381     DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1382
1383   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
1384
1385   bool Changed = false;
1386   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
1387   DIBuilder *DIB = 0;
1388   while (1) {
1389     Allocas.clear();
1390
1391     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
1392     // the entry node
1393     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
1394       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
1395         if (tryToMakeAllocaBePromotable(AI, TD))
1396           Allocas.push_back(AI);
1397
1398     if (Allocas.empty()) break;
1399
1400     if (HasDomTree)
1401       PromoteMemToReg(Allocas, *DT);
1402     else {
1403       SSAUpdater SSA;
1404       for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i) {
1405         AllocaInst *AI = Allocas[i];
1406         
1407         // Build list of instructions to promote.
1408         for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), E = AI->use_end();
1409              UI != E; ++UI)
1410           Insts.push_back(cast<Instruction>(*UI));
1411
1412         DbgDeclareInst *DDI = FindAllocaDbgDeclare(AI);
1413         if (DDI && !DIB)
1414           DIB = new DIBuilder(*AI->getParent()->getParent()->getParent());
1415         AllocaPromoter(Insts, SSA, DDI, DIB).run(AI, Insts);
1416         Insts.clear();
1417       }
1418     }
1419     NumPromoted += Allocas.size();
1420     Changed = true;
1421   }
1422
1423   // FIXME: Is there a better way to handle the lazy initialization of DIB
1424   // so that there doesn't need to be an explicit delete?
1425   delete DIB;
1426
1427   return Changed;
1428 }
1429
1430
1431 /// ShouldAttemptScalarRepl - Decide if an alloca is a good candidate for
1432 /// SROA.  It must be a struct or array type with a small number of elements.
1433 static bool ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI) {
1434   const Type *T = AI->getAllocatedType();
1435   // Do not promote any struct into more than 32 separate vars.
1436   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
1437     return ST->getNumElements() <= 32;
1438   // Arrays are much less likely to be safe for SROA; only consider
1439   // them if they are very small.
1440   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T))
1441     return AT->getNumElements() <= 8;
1442   return false;
1443 }
1444
1445
1446 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
1447 // which runs on all of the alloca instructions in the function, removing them
1448 // if they are only used by getelementptr instructions.
1449 //
1450 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
1451   std::vector<AllocaInst*> WorkList;
1452
1453   // Scan the entry basic block, adding allocas to the worklist.
1454   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
1455   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
1456     if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(I))
1457       WorkList.push_back(A);
1458
1459   // Process the worklist
1460   bool Changed = false;
1461   while (!WorkList.empty()) {
1462     AllocaInst *AI = WorkList.back();
1463     WorkList.pop_back();
1464
1465     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
1466     // with unused elements.
1467     if (AI->use_empty()) {
1468       AI->eraseFromParent();
1469       Changed = true;
1470       continue;
1471     }
1472
1473     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
1474     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
1475       continue;
1476
1477     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
1478     // a constant global.  If this is the case, we can change all users to use
1479     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
1480     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
1481     // is only subsequently read.
1482     SmallVector<Instruction *, 4> ToDelete;
1483     if (MemTransferInst *Copy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, ToDelete)) {
1484       DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << *AI << '\n');
1485       DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *Copy << '\n');
1486       for (unsigned i = 0, e = ToDelete.size(); i != e; ++i)
1487         ToDelete[i]->eraseFromParent();
1488       Constant *TheSrc = cast<Constant>(Copy->getSource());
1489       AI->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(TheSrc, AI->getType()));
1490       Copy->eraseFromParent();  // Don't mutate the global.
1491       AI->eraseFromParent();
1492       ++NumGlobals;
1493       Changed = true;
1494       continue;
1495     }
1496
1497     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
1498     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
1499     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
1500     // value cannot be decomposed at all.
1501     uint64_t AllocaSize = TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
1502
1503     // Do not promote [0 x %struct].
1504     if (AllocaSize == 0) continue;
1505
1506     // Do not promote any struct whose size is too big.
1507     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
1508
1509     // If the alloca looks like a good candidate for scalar replacement, and if
1510     // all its users can be transformed, then split up the aggregate into its
1511     // separate elements.
1512     if (ShouldAttemptScalarRepl(AI) && isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
1513       DoScalarReplacement(AI, WorkList);
1514       Changed = true;
1515       continue;
1516     }
1517
1518     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
1519     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
1520     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
1521     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
1522     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
1523     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
1524     if (AllocaInst *NewAI =
1525           ConvertToScalarInfo((unsigned)AllocaSize, *TD).TryConvert(AI)) {
1526       NewAI->takeName(AI);
1527       AI->eraseFromParent();
1528       ++NumConverted;
1529       Changed = true;
1530       continue;
1531     }
1532
1533     // Otherwise, couldn't process this alloca.
1534   }
1535
1536   return Changed;
1537 }
1538
1539 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
1540 /// predicate, do SROA now.
1541 void SROA::DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
1542                                std::vector<AllocaInst*> &WorkList) {
1543   DEBUG(dbgs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
1544   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
1545   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
1546     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
1547     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
1548       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0,
1549                                       AI->getAlignment(),
1550                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1551       ElementAllocas.push_back(NA);
1552       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1553     }
1554   } else {
1555     const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
1556     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
1557     const Type *ElTy = AT->getElementType();
1558     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1559       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, AI->getAlignment(),
1560                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1561       ElementAllocas.push_back(NA);
1562       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1563     }
1564   }
1565
1566   // Now that we have created the new alloca instructions, rewrite all the
1567   // uses of the old alloca.
1568   RewriteForScalarRepl(AI, AI, 0, ElementAllocas);
1569
1570   // Now erase any instructions that were made dead while rewriting the alloca.
1571   DeleteDeadInstructions();
1572   AI->eraseFromParent();
1573
1574   ++NumReplaced;
1575 }
1576
1577 /// DeleteDeadInstructions - Erase instructions on the DeadInstrs list,
1578 /// recursively including all their operands that become trivially dead.
1579 void SROA::DeleteDeadInstructions() {
1580   while (!DeadInsts.empty()) {
1581     Instruction *I = cast<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
1582
1583     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
1584       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
1585         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
1586         // (But, don't add allocas to the dead instruction list -- they are
1587         // already on the worklist and will be deleted separately.)
1588         *OI = 0;
1589         if (isInstructionTriviallyDead(U) && !isa<AllocaInst>(U))
1590           DeadInsts.push_back(U);
1591       }
1592
1593     I->eraseFromParent();
1594   }
1595 }
1596
1597 /// isSafeForScalarRepl - Check if instruction I is a safe use with regard to
1598 /// performing scalar replacement of alloca AI.  The results are flagged in
1599 /// the Info parameter.  Offset indicates the position within AI that is
1600 /// referenced by this instruction.
1601 void SROA::isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1602                                AllocaInfo &Info) {
1603   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1604     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1605
1606     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1607       isSafeForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1608     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1609       uint64_t GEPOffset = Offset;
1610       isSafeGEP(GEPI, GEPOffset, Info);
1611       if (!Info.isUnsafe)
1612         isSafeForScalarRepl(GEPI, GEPOffset, Info);
1613     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1614       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1615       if (Length == 0)
1616         return MarkUnsafe(Info, User);
1617       isSafeMemAccess(Offset, Length->getZExtValue(), 0,
1618                       UI.getOperandNo() == 0, Info, MI,
1619                       true /*AllowWholeAccess*/);
1620     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1621       if (LI->isVolatile())
1622         return MarkUnsafe(Info, User);
1623       const Type *LIType = LI->getType();
1624       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1625                       LIType, false, Info, LI, true /*AllowWholeAccess*/);
1626       Info.hasALoadOrStore = true;
1627         
1628     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1629       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1630       if (SI->isVolatile() || SI->getOperand(0) == I)
1631         return MarkUnsafe(Info, User);
1632         
1633       const Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1634       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1635                       SIType, true, Info, SI, true /*AllowWholeAccess*/);
1636       Info.hasALoadOrStore = true;
1637     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1638       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1639     } else {
1640       return MarkUnsafe(Info, User);
1641     }
1642     if (Info.isUnsafe) return;
1643   }
1644 }
1645  
1646
1647 /// isSafePHIUseForScalarRepl - If we see a PHI node or select using a pointer
1648 /// derived from the alloca, we can often still split the alloca into elements.
1649 /// This is useful if we have a large alloca where one element is phi'd
1650 /// together somewhere: we can SRoA and promote all the other elements even if
1651 /// we end up not being able to promote this one.
1652 ///
1653 /// All we require is that the uses of the PHI do not index into other parts of
1654 /// the alloca.  The most important use case for this is single load and stores
1655 /// that are PHI'd together, which can happen due to code sinking.
1656 void SROA::isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1657                                            AllocaInfo &Info) {
1658   // If we've already checked this PHI, don't do it again.
1659   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1660     if (!Info.CheckedPHIs.insert(PN))
1661       return;
1662   
1663   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1664     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1665     
1666     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1667       isSafePHISelectUseForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1668     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1669       // Only allow "bitcast" GEPs for simplicity.  We could generalize this,
1670       // but would have to prove that we're staying inside of an element being
1671       // promoted.
1672       if (!GEPI->hasAllZeroIndices())
1673         return MarkUnsafe(Info, User);
1674       isSafePHISelectUseForScalarRepl(GEPI, Offset, Info);
1675     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1676       if (LI->isVolatile())
1677         return MarkUnsafe(Info, User);
1678       const Type *LIType = LI->getType();
1679       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1680                       LIType, false, Info, LI, false /*AllowWholeAccess*/);
1681       Info.hasALoadOrStore = true;
1682       
1683     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1684       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1685       if (SI->isVolatile() || SI->getOperand(0) == I)
1686         return MarkUnsafe(Info, User);
1687       
1688       const Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1689       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1690                       SIType, true, Info, SI, false /*AllowWholeAccess*/);
1691       Info.hasALoadOrStore = true;
1692     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1693       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1694     } else {
1695       return MarkUnsafe(Info, User);
1696     }
1697     if (Info.isUnsafe) return;
1698   }
1699 }
1700
1701 /// isSafeGEP - Check if a GEP instruction can be handled for scalar
1702 /// replacement.  It is safe when all the indices are constant, in-bounds
1703 /// references, and when the resulting offset corresponds to an element within
1704 /// the alloca type.  The results are flagged in the Info parameter.  Upon
1705 /// return, Offset is adjusted as specified by the GEP indices.
1706 void SROA::isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI,
1707                      uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info) {
1708   gep_type_iterator GEPIt = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
1709   if (GEPIt == E)
1710     return;
1711
1712   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
1713   // into.
1714   for (; GEPIt != E; ++GEPIt) {
1715     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
1716     if ((*GEPIt)->isStructTy())
1717       continue;
1718
1719     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand());
1720     if (!IdxVal)
1721       return MarkUnsafe(Info, GEPI);
1722   }
1723
1724   // Compute the offset due to this GEP and check if the alloca has a
1725   // component element at that offset.
1726   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1727   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
1728                                  &Indices[0], Indices.size());
1729   if (!TypeHasComponent(Info.AI->getAllocatedType(), Offset, 0))
1730     MarkUnsafe(Info, GEPI);
1731 }
1732
1733 /// isHomogeneousAggregate - Check if type T is a struct or array containing
1734 /// elements of the same type (which is always true for arrays).  If so,
1735 /// return true with NumElts and EltTy set to the number of elements and the
1736 /// element type, respectively.
1737 static bool isHomogeneousAggregate(const Type *T, unsigned &NumElts,
1738                                    const Type *&EltTy) {
1739   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1740     NumElts = AT->getNumElements();
1741     EltTy = (NumElts == 0 ? 0 : AT->getElementType());
1742     return true;
1743   }
1744   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1745     NumElts = ST->getNumContainedTypes();
1746     EltTy = (NumElts == 0 ? 0 : ST->getContainedType(0));
1747     for (unsigned n = 1; n < NumElts; ++n) {
1748       if (ST->getContainedType(n) != EltTy)
1749         return false;
1750     }
1751     return true;
1752   }
1753   return false;
1754 }
1755
1756 /// isCompatibleAggregate - Check if T1 and T2 are either the same type or are
1757 /// "homogeneous" aggregates with the same element type and number of elements.
1758 static bool isCompatibleAggregate(const Type *T1, const Type *T2) {
1759   if (T1 == T2)
1760     return true;
1761
1762   unsigned NumElts1, NumElts2;
1763   const Type *EltTy1, *EltTy2;
1764   if (isHomogeneousAggregate(T1, NumElts1, EltTy1) &&
1765       isHomogeneousAggregate(T2, NumElts2, EltTy2) &&
1766       NumElts1 == NumElts2 &&
1767       EltTy1 == EltTy2)
1768     return true;
1769
1770   return false;
1771 }
1772
1773 /// isSafeMemAccess - Check if a load/store/memcpy operates on the entire AI
1774 /// alloca or has an offset and size that corresponds to a component element
1775 /// within it.  The offset checked here may have been formed from a GEP with a
1776 /// pointer bitcasted to a different type.
1777 ///
1778 /// If AllowWholeAccess is true, then this allows uses of the entire alloca as a
1779 /// unit.  If false, it only allows accesses known to be in a single element.
1780 void SROA::isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
1781                            const Type *MemOpType, bool isStore,
1782                            AllocaInfo &Info, Instruction *TheAccess,
1783                            bool AllowWholeAccess) {
1784   // Check if this is a load/store of the entire alloca.
1785   if (Offset == 0 && AllowWholeAccess &&
1786       MemSize == TD->getTypeAllocSize(Info.AI->getAllocatedType())) {
1787     // This can be safe for MemIntrinsics (where MemOpType is 0) and integer
1788     // loads/stores (which are essentially the same as the MemIntrinsics with
1789     // regard to copying padding between elements).  But, if an alloca is
1790     // flagged as both a source and destination of such operations, we'll need
1791     // to check later for padding between elements.
1792     if (!MemOpType || MemOpType->isIntegerTy()) {
1793       if (isStore)
1794         Info.isMemCpyDst = true;
1795       else
1796         Info.isMemCpySrc = true;
1797       return;
1798     }
1799     // This is also safe for references using a type that is compatible with
1800     // the type of the alloca, so that loads/stores can be rewritten using
1801     // insertvalue/extractvalue.
1802     if (isCompatibleAggregate(MemOpType, Info.AI->getAllocatedType())) {
1803       Info.hasSubelementAccess = true;
1804       return;
1805     }
1806   }
1807   // Check if the offset/size correspond to a component within the alloca type.
1808   const Type *T = Info.AI->getAllocatedType();
1809   if (TypeHasComponent(T, Offset, MemSize)) {
1810     Info.hasSubelementAccess = true;
1811     return;
1812   }
1813
1814   return MarkUnsafe(Info, TheAccess);
1815 }
1816
1817 /// TypeHasComponent - Return true if T has a component type with the
1818 /// specified offset and size.  If Size is zero, do not check the size.
1819 bool SROA::TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
1820   const Type *EltTy;
1821   uint64_t EltSize;
1822   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1823     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1824     unsigned EltIdx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1825     EltTy = ST->getContainedType(EltIdx);
1826     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1827     Offset -= Layout->getElementOffset(EltIdx);
1828   } else if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1829     EltTy = AT->getElementType();
1830     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1831     if (Offset >= AT->getNumElements() * EltSize)
1832       return false;
1833     Offset %= EltSize;
1834   } else {
1835     return false;
1836   }
1837   if (Offset == 0 && (Size == 0 || EltSize == Size))
1838     return true;
1839   // Check if the component spans multiple elements.
1840   if (Offset + Size > EltSize)
1841     return false;
1842   return TypeHasComponent(EltTy, Offset, Size);
1843 }
1844
1845 /// RewriteForScalarRepl - Alloca AI is being split into NewElts, so rewrite
1846 /// the instruction I, which references it, to use the separate elements.
1847 /// Offset indicates the position within AI that is referenced by this
1848 /// instruction.
1849 void SROA::RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1850                                 SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1851   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E;) {
1852     Use &TheUse = UI.getUse();
1853     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1854
1855     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1856       RewriteBitCast(BC, AI, Offset, NewElts);
1857       continue;
1858     }
1859     
1860     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1861       RewriteGEP(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1862       continue;
1863     }
1864     
1865     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1866       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1867       uint64_t MemSize = Length->getZExtValue();
1868       if (Offset == 0 &&
1869           MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()))
1870         RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, I, AI, NewElts);
1871       // Otherwise the intrinsic can only touch a single element and the
1872       // address operand will be updated, so nothing else needs to be done.
1873       continue;
1874     }
1875     
1876     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1877       const Type *LIType = LI->getType();
1878       
1879       if (isCompatibleAggregate(LIType, AI->getAllocatedType())) {
1880         // Replace:
1881         //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
1882         // with:
1883         //   %load.0 = load i32* %alloc.0
1884         //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
1885         //   %load.1 = load i32* %alloc.1
1886         //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
1887         // (Also works for arrays instead of structs)
1888         Value *Insert = UndefValue::get(LIType);
1889         IRBuilder<> Builder(LI);
1890         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1891           Value *Load = Builder.CreateLoad(NewElts[i], "load");
1892           Insert = Builder.CreateInsertValue(Insert, Load, i, "insert");
1893         }
1894         LI->replaceAllUsesWith(Insert);
1895         DeadInsts.push_back(LI);
1896       } else if (LIType->isIntegerTy() &&
1897                  TD->getTypeAllocSize(LIType) ==
1898                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1899         // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
1900         RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
1901       }
1902       continue;
1903     }
1904     
1905     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1906       Value *Val = SI->getOperand(0);
1907       const Type *SIType = Val->getType();
1908       if (isCompatibleAggregate(SIType, AI->getAllocatedType())) {
1909         // Replace:
1910         //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
1911         // with:
1912         //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
1913         //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
1914         //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
1915         //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
1916         // (Also works for arrays instead of structs)
1917         IRBuilder<> Builder(SI);
1918         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1919           Value *Extract = Builder.CreateExtractValue(Val, i, Val->getName());
1920           Builder.CreateStore(Extract, NewElts[i]);
1921         }
1922         DeadInsts.push_back(SI);
1923       } else if (SIType->isIntegerTy() &&
1924                  TD->getTypeAllocSize(SIType) ==
1925                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1926         // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
1927         RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
1928       }
1929       continue;
1930     }
1931     
1932     if (isa<SelectInst>(User) || isa<PHINode>(User)) {
1933       // If we have a PHI user of the alloca itself (as opposed to a GEP or 
1934       // bitcast) we have to rewrite it.  GEP and bitcast uses will be RAUW'd to
1935       // the new pointer.
1936       if (!isa<AllocaInst>(I)) continue;
1937       
1938       assert(Offset == 0 && NewElts[0] &&
1939              "Direct alloca use should have a zero offset");
1940       
1941       // If we have a use of the alloca, we know the derived uses will be
1942       // utilizing just the first element of the scalarized result.  Insert a
1943       // bitcast of the first alloca before the user as required.
1944       AllocaInst *NewAI = NewElts[0];
1945       BitCastInst *BCI = new BitCastInst(NewAI, AI->getType(), "", NewAI);
1946       NewAI->moveBefore(BCI);
1947       TheUse = BCI;
1948       continue;
1949     }
1950   }
1951 }
1952
1953 /// RewriteBitCast - Update a bitcast reference to the alloca being replaced
1954 /// and recursively continue updating all of its uses.
1955 void SROA::RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1956                           SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1957   RewriteForScalarRepl(BC, AI, Offset, NewElts);
1958   if (BC->getOperand(0) != AI)
1959     return;
1960
1961   // The bitcast references the original alloca.  Replace its uses with
1962   // references to the first new element alloca.
1963   Instruction *Val = NewElts[0];
1964   if (Val->getType() != BC->getDestTy()) {
1965     Val = new BitCastInst(Val, BC->getDestTy(), "", BC);
1966     Val->takeName(BC);
1967   }
1968   BC->replaceAllUsesWith(Val);
1969   DeadInsts.push_back(BC);
1970 }
1971
1972 /// FindElementAndOffset - Return the index of the element containing Offset
1973 /// within the specified type, which must be either a struct or an array.
1974 /// Sets T to the type of the element and Offset to the offset within that
1975 /// element.  IdxTy is set to the type of the index result to be used in a
1976 /// GEP instruction.
1977 uint64_t SROA::FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
1978                                     const Type *&IdxTy) {
1979   uint64_t Idx = 0;
1980   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1981     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1982     Idx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1983     T = ST->getContainedType(Idx);
1984     Offset -= Layout->getElementOffset(Idx);
1985     IdxTy = Type::getInt32Ty(T->getContext());
1986     return Idx;
1987   }
1988   const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(T);
1989   T = AT->getElementType();
1990   uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(T);
1991   Idx = Offset / EltSize;
1992   Offset -= Idx * EltSize;
1993   IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
1994   return Idx;
1995 }
1996
1997 /// RewriteGEP - Check if this GEP instruction moves the pointer across
1998 /// elements of the alloca that are being split apart, and if so, rewrite
1999 /// the GEP to be relative to the new element.
2000 void SROA::RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
2001                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2002   uint64_t OldOffset = Offset;
2003   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
2004   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
2005                                  &Indices[0], Indices.size());
2006
2007   RewriteForScalarRepl(GEPI, AI, Offset, NewElts);
2008
2009   const Type *T = AI->getAllocatedType();
2010   const Type *IdxTy;
2011   uint64_t OldIdx = FindElementAndOffset(T, OldOffset, IdxTy);
2012   if (GEPI->getOperand(0) == AI)
2013     OldIdx = ~0ULL; // Force the GEP to be rewritten.
2014
2015   T = AI->getAllocatedType();
2016   uint64_t EltOffset = Offset;
2017   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
2018
2019   // If this GEP does not move the pointer across elements of the alloca
2020   // being split, then it does not needs to be rewritten.
2021   if (Idx == OldIdx)
2022     return;
2023
2024   const Type *i32Ty = Type::getInt32Ty(AI->getContext());
2025   SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
2026   NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
2027   while (EltOffset != 0) {
2028     uint64_t EltIdx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
2029     NewArgs.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, EltIdx));
2030   }
2031   Instruction *Val = NewElts[Idx];
2032   if (NewArgs.size() > 1) {
2033     Val = GetElementPtrInst::CreateInBounds(Val, NewArgs.begin(),
2034                                             NewArgs.end(), "", GEPI);
2035     Val->takeName(GEPI);
2036   }
2037   if (Val->getType() != GEPI->getType())
2038     Val = new BitCastInst(Val, GEPI->getType(), Val->getName(), GEPI);
2039   GEPI->replaceAllUsesWith(Val);
2040   DeadInsts.push_back(GEPI);
2041 }
2042
2043 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
2044 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
2045 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
2046                                         AllocaInst *AI,
2047                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2048   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
2049   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
2050   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
2051   // memset, this Value* stays null.
2052   Value *OtherPtr = 0;
2053   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
2054   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
2055     if (Inst == MTI->getRawDest())
2056       OtherPtr = MTI->getRawSource();
2057     else {
2058       assert(Inst == MTI->getRawSource());
2059       OtherPtr = MTI->getRawDest();
2060     }
2061   }
2062
2063   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
2064   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
2065   if (OtherPtr) {
2066     unsigned AddrSpace =
2067       cast<PointerType>(OtherPtr->getType())->getAddressSpace();
2068
2069     // Remove bitcasts and all-zero GEPs from OtherPtr.  This is an
2070     // optimization, but it's also required to detect the corner case where
2071     // both pointer operands are referencing the same memory, and where
2072     // OtherPtr may be a bitcast or GEP that currently being rewritten.  (This
2073     // function is only called for mem intrinsics that access the whole
2074     // aggregate, so non-zero GEPs are not an issue here.)
2075     OtherPtr = OtherPtr->stripPointerCasts();
2076
2077     // Copying the alloca to itself is a no-op: just delete it.
2078     if (OtherPtr == AI || OtherPtr == NewElts[0]) {
2079       // This code will run twice for a no-op memcpy -- once for each operand.
2080       // Put only one reference to MI on the DeadInsts list.
2081       for (SmallVector<Value*, 32>::const_iterator I = DeadInsts.begin(),
2082              E = DeadInsts.end(); I != E; ++I)
2083         if (*I == MI) return;
2084       DeadInsts.push_back(MI);
2085       return;
2086     }
2087
2088     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
2089     // type.
2090     const Type *NewTy =
2091       PointerType::get(AI->getType()->getElementType(), AddrSpace);
2092
2093     if (OtherPtr->getType() != NewTy)
2094       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, NewTy, OtherPtr->getName(), MI);
2095   }
2096
2097   // Process each element of the aggregate.
2098   bool SROADest = MI->getRawDest() == Inst;
2099
2100   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(MI->getContext()));
2101
2102   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2103     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
2104     Value *OtherElt = 0;
2105     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
2106
2107     if (OtherPtr) {
2108       Value *Idx[2] = { Zero,
2109                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), i) };
2110       OtherElt = GetElementPtrInst::CreateInBounds(OtherPtr, Idx, Idx + 2,
2111                                               OtherPtr->getName()+"."+Twine(i),
2112                                                    MI);
2113       uint64_t EltOffset;
2114       const PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
2115       const Type *OtherTy = OtherPtrTy->getElementType();
2116       if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(OtherTy)) {
2117         EltOffset = TD->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
2118       } else {
2119         const Type *EltTy = cast<SequentialType>(OtherTy)->getElementType();
2120         EltOffset = TD->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
2121       }
2122
2123       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
2124       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
2125       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
2126       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
2127       // known alignment is just 4 bytes.
2128       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
2129     }
2130
2131     Value *EltPtr = NewElts[i];
2132     const Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
2133
2134     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
2135     if (EltTy->isSingleValueType()) {
2136       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
2137         if (SROADest) {
2138           // From Other to Alloca.
2139           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
2140           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
2141         } else {
2142           // From Alloca to Other.
2143           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
2144           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
2145         }
2146         continue;
2147       }
2148       assert(isa<MemSetInst>(MI));
2149
2150       // If the stored element is zero (common case), just store a null
2151       // constant.
2152       Constant *StoreVal;
2153       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getArgOperand(1))) {
2154         if (CI->isZero()) {
2155           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
2156         } else {
2157           // If EltTy is a vector type, get the element type.
2158           const Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
2159
2160           // Construct an integer with the right value.
2161           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
2162           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
2163           APInt TotalVal(OneVal);
2164           // Set each byte.
2165           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
2166             TotalVal = TotalVal.shl(8);
2167             TotalVal |= OneVal;
2168           }
2169
2170           // Convert the integer value to the appropriate type.
2171           StoreVal = ConstantInt::get(CI->getContext(), TotalVal);
2172           if (ValTy->isPointerTy())
2173             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
2174           else if (ValTy->isFloatingPointTy())
2175             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
2176           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
2177
2178           // If the requested value was a vector constant, create it.
2179           if (EltTy != ValTy) {
2180             unsigned NumElts = cast<VectorType>(ValTy)->getNumElements();
2181             SmallVector<Constant*, 16> Elts(NumElts, StoreVal);
2182             StoreVal = ConstantVector::get(Elts);
2183           }
2184         }
2185         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
2186         continue;
2187       }
2188       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
2189       // this element.
2190     }
2191
2192     unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
2193
2194     IRBuilder<> Builder(MI);
2195
2196     // Finally, insert the meminst for this element.
2197     if (isa<MemSetInst>(MI)) {
2198       Builder.CreateMemSet(EltPtr, MI->getArgOperand(1), EltSize,
2199                            MI->isVolatile());
2200     } else {
2201       assert(isa<MemTransferInst>(MI));
2202       Value *Dst = SROADest ? EltPtr : OtherElt;  // Dest ptr
2203       Value *Src = SROADest ? OtherElt : EltPtr;  // Src ptr
2204
2205       if (isa<MemCpyInst>(MI))
2206         Builder.CreateMemCpy(Dst, Src, EltSize, OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2207       else
2208         Builder.CreateMemMove(Dst, Src, EltSize,OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2209     }
2210   }
2211   DeadInsts.push_back(MI);
2212 }
2213
2214 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found a store of an integer that
2215 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
2216 /// integer and store them individually.
2217 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
2218                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
2219   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
2220   // and store the element value to the individual alloca.
2221   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
2222   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2223   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2224
2225   IRBuilder<> Builder(SI);
2226   
2227   // Handle tail padding by extending the operand
2228   if (TD->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
2229     SrcVal = Builder.CreateZExt(SrcVal,
2230                             IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits));
2231
2232   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
2233                << '\n');
2234
2235   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2236   // have different ways to compute the element offset.
2237   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2238     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
2239
2240     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2241       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
2242       const Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
2243       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2244
2245       if (TD->isBigEndian())
2246         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
2247
2248       Value *EltVal = SrcVal;
2249       if (Shift) {
2250         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2251         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2252       }
2253
2254       // Truncate down to an integer of the right size.
2255       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2256
2257       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2258       if (FieldSizeBits == 0) continue;
2259
2260       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
2261         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2262                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits));
2263       Value *DestField = NewElts[i];
2264       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
2265         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2266       } else if (FieldTy->isFloatingPointTy() || FieldTy->isVectorTy()) {
2267         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2268         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, FieldTy);
2269       } else {
2270         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2271         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2272                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2273       }
2274       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2275     }
2276
2277   } else {
2278     const ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
2279     const Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
2280     uint64_t ElementOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2281     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
2282
2283     uint64_t Shift;
2284
2285     if (TD->isBigEndian())
2286       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
2287     else
2288       Shift = 0;
2289
2290     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2291       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2292       if (ElementSizeBits == 0) continue;
2293
2294       Value *EltVal = SrcVal;
2295       if (Shift) {
2296         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2297         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2298       }
2299
2300       // Truncate down to an integer of the right size.
2301       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
2302         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2303                                      IntegerType::get(SI->getContext(),
2304                                                       ElementSizeBits));
2305       Value *DestField = NewElts[i];
2306       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
2307         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2308       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPointTy() ||
2309                  ArrayEltTy->isVectorTy()) {
2310         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2311         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, ArrayEltTy);
2312       } else {
2313         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2314         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2315                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2316       }
2317       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2318
2319       if (TD->isBigEndian())
2320         Shift -= ElementOffset;
2321       else
2322         Shift += ElementOffset;
2323     }
2324   }
2325
2326   DeadInsts.push_back(SI);
2327 }
2328
2329 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found a load of the entire allocation to
2330 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
2331 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
2332                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2333   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
2334   // and form the result value.
2335   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2336   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2337
2338   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
2339                << '\n');
2340
2341   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2342   // have different ways to compute the element offset.
2343   const StructLayout *Layout = 0;
2344   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
2345   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2346     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
2347   } else {
2348     const Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
2349     ArrayEltBitOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2350   }
2351
2352   Value *ResultVal =
2353     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
2354
2355   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2356     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
2357     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
2358     Value *SrcField = NewElts[i];
2359     const Type *FieldTy =
2360       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
2361     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2362
2363     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2364     if (FieldSizeBits == 0) continue;
2365
2366     const IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(),
2367                                                      FieldSizeBits);
2368     if (!FieldTy->isIntegerTy() && !FieldTy->isFloatingPointTy() &&
2369         !FieldTy->isVectorTy())
2370       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
2371                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
2372                                  "", LI);
2373     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
2374
2375     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
2376     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
2377     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
2378       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
2379
2380     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
2381     // we can shift and insert it.
2382     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
2383       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
2384
2385     // Determine the number of bits to shift SrcField.
2386     uint64_t Shift;
2387     if (Layout) // Struct case.
2388       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2389     else  // Array case.
2390       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
2391
2392     if (TD->isBigEndian())
2393       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
2394
2395     if (Shift) {
2396       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
2397       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
2398     }
2399
2400     // Don't create an 'or x, 0' on the first iteration.
2401     if (!isa<Constant>(ResultVal) ||
2402         !cast<Constant>(ResultVal)->isNullValue())
2403       ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
2404     else
2405       ResultVal = SrcField;
2406   }
2407
2408   // Handle tail padding by truncating the result
2409   if (TD->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
2410     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
2411
2412   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
2413   DeadInsts.push_back(LI);
2414 }
2415
2416 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
2417 /// alignment padding in between the elements that would be split apart
2418 /// by SROA; return false otherwise.
2419 static bool HasPadding(const Type *Ty, const TargetData &TD) {
2420   if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2421     Ty = ATy->getElementType();
2422     return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
2423   }
2424
2425   // SROA currently handles only Arrays and Structs.
2426   const StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
2427   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
2428   unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
2429   for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2430     unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
2431
2432     // Check to see if there is any padding between this element and the
2433     // previous one.
2434     if (i) {
2435       unsigned PrevFieldEnd =
2436         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
2437       if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
2438         return true;
2439     }
2440     PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
2441   }
2442   // Check for tail padding.
2443   if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
2444     unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
2445       TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
2446     if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
2447       return true;
2448   }
2449   return false;
2450 }
2451
2452 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
2453 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
2454 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
2455 bool SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI) {
2456   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
2457   // the users are safe to transform.
2458   AllocaInfo Info(AI);
2459
2460   isSafeForScalarRepl(AI, 0, Info);
2461   if (Info.isUnsafe) {
2462     DEBUG(dbgs() << "Cannot transform: " << *AI << '\n');
2463     return false;
2464   }
2465
2466   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
2467   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
2468   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
2469   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
2470   // struct.
2471   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
2472       HasPadding(AI->getAllocatedType(), *TD))
2473     return false;
2474
2475   // If the alloca never has an access to just *part* of it, but is accessed
2476   // via loads and stores, then we should use ConvertToScalarInfo to promote
2477   // the alloca instead of promoting each piece at a time and inserting fission
2478   // and fusion code.
2479   if (!Info.hasSubelementAccess && Info.hasALoadOrStore) {
2480     // If the struct/array just has one element, use basic SRoA.
2481     if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
2482       if (ST->getNumElements() > 1) return false;
2483     } else {
2484       if (cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType())->getNumElements() > 1)
2485         return false;
2486     }
2487   }
2488   
2489   return true;
2490 }
2491
2492
2493
2494 /// PointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
2495 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
2496 /// constant expressions because we don't can't rewrite arbitrary instructions.
2497 static bool PointsToConstantGlobal(Value *V) {
2498   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
2499     return GV->isConstant();
2500   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
2501     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
2502         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
2503       return PointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
2504   return false;
2505 }
2506
2507 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
2508 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
2509 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
2510 /// track of whether it moves the pointer (with isOffset) but otherwise traverse
2511 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
2512 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant global, we
2513 /// can optimize this.
2514 static bool
2515 isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, MemTransferInst *&TheCopy,
2516                                bool isOffset,
2517                                SmallVector<Instruction *, 4> &LifetimeMarkers) {
2518   // We track lifetime intrinsics as we encounter them.  If we decide to go
2519   // ahead and replace the value with the global, this lets the caller quickly
2520   // eliminate the markers.
2521
2522   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
2523     User *U = cast<Instruction>(*UI);
2524
2525     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
2526       // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
2527       if (LI->isVolatile()) return false;
2528       continue;
2529     }
2530
2531     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
2532       // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
2533       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(BCI, TheCopy, isOffset,
2534                                           LifetimeMarkers))
2535         return false;
2536       continue;
2537     }
2538     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
2539       // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer.  If it
2540       // doesn't, it does.
2541       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(GEP, TheCopy,
2542                                           isOffset || !GEP->hasAllZeroIndices(),
2543                                           LifetimeMarkers))
2544         return false;
2545       continue;
2546     }
2547
2548     if (CallSite CS = U) {
2549       // If this is the function being called then we treat it like a load and
2550       // ignore it.
2551       if (CS.isCallee(UI))
2552         continue;
2553
2554       // If this is a readonly/readnone call site, then we know it is just a
2555       // load (but one that potentially returns the value itself), so we can
2556       // ignore it if we know that the value isn't captured.
2557       unsigned ArgNo = CS.getArgumentNo(UI);
2558       if (CS.onlyReadsMemory() &&
2559           (CS.getInstruction()->use_empty() ||
2560            CS.paramHasAttr(ArgNo+1, Attribute::NoCapture)))
2561         continue;
2562
2563       // If this is being passed as a byval argument, the caller is making a
2564       // copy, so it is only a read of the alloca.
2565       if (CS.paramHasAttr(ArgNo+1, Attribute::ByVal))
2566         continue;
2567     }
2568
2569     // Lifetime intrinsics can be handled by the caller.
2570     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U)) {
2571       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2572           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
2573         assert(II->use_empty() && "Lifetime markers have no result to use!");
2574         LifetimeMarkers.push_back(II);
2575         continue;
2576       }
2577     }
2578
2579     // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
2580     // handle.
2581     MemTransferInst *MI = dyn_cast<MemTransferInst>(U);
2582     if (MI == 0)
2583       return false;
2584
2585     // If the transfer is using the alloca as a source of the transfer, then
2586     // ignore it since it is a load (unless the transfer is volatile).
2587     if (UI.getOperandNo() == 1) {
2588       if (MI->isVolatile()) return false;
2589       continue;
2590     }
2591
2592     // If we already have seen a copy, reject the second one.
2593     if (TheCopy) return false;
2594
2595     // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
2596     // safely handle this.
2597     if (isOffset) return false;
2598
2599     // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
2600     if (UI.getOperandNo() != 0) return false;
2601
2602     // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
2603     if (!PointsToConstantGlobal(MI->getSource()))
2604       return false;
2605
2606     // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
2607     TheCopy = MI;
2608   }
2609   return true;
2610 }
2611
2612 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
2613 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
2614 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
2615 MemTransferInst *
2616 SROA::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI,
2617                                      SmallVector<Instruction*, 4> &ToDelete) {
2618   MemTransferInst *TheCopy = 0;
2619   if (::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, false, ToDelete))
2620     return TheCopy;
2621   return 0;
2622 }