Now with fewer extraneous semicolons!
[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/Dominators.h"
34 #include "llvm/Target/TargetData.h"
35 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
36 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
39 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
40 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
41 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
42 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
43 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
44 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
45 using namespace llvm;
46
47 STATISTIC(NumReplaced,  "Number of allocas broken up");
48 STATISTIC(NumPromoted,  "Number of allocas promoted");
49 STATISTIC(NumConverted, "Number of aggregates converted to scalar");
50 STATISTIC(NumGlobals,   "Number of allocas copied from constant global");
51
52 namespace {
53   struct SROA : public FunctionPass {
54     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
55     explicit SROA(signed T = -1) : FunctionPass(ID) {
56       if (T == -1)
57         SRThreshold = 128;
58       else
59         SRThreshold = T;
60     }
61
62     bool runOnFunction(Function &F);
63
64     bool performScalarRepl(Function &F);
65     bool performPromotion(Function &F);
66
67     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
68     // will not alter the CFG, so say so.
69     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
70       AU.addRequired<DominatorTree>();
71       AU.addRequired<DominanceFrontier>();
72       AU.setPreservesCFG();
73     }
74
75   private:
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       /// isUnsafe - This is set to true if the alloca cannot be SROA'd.
87       bool isUnsafe : 1;
88       
89       /// isMemCpySrc - This is true if this aggregate is memcpy'd from.
90       bool isMemCpySrc : 1;
91
92       /// isMemCpyDst - This is true if this aggregate is memcpy'd into.
93       bool isMemCpyDst : 1;
94
95       AllocaInfo()
96         : isUnsafe(false), isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false) {}
97     };
98     
99     unsigned SRThreshold;
100
101     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I) { I.isUnsafe = true; }
102
103     bool isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI);
104
105     void isSafeForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
106                              AllocaInfo &Info);
107     void isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t &Offset,
108                    AllocaInfo &Info);
109     void isSafeMemAccess(AllocaInst *AI, uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
110                          const Type *MemOpType, bool isStore, AllocaInfo &Info);
111     bool TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size);
112     uint64_t FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
113                                   const Type *&IdxTy);
114     
115     void DoScalarReplacement(AllocaInst *AI, 
116                              std::vector<AllocaInst*> &WorkList);
117     void DeleteDeadInstructions();
118    
119     void RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
120                               SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
121     void RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
122                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
123     void RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
124                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
125     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
126                                       AllocaInst *AI,
127                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
128     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
129                                        SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
130     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
131                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
132     
133     static MemTransferInst *isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI);
134   };
135 }
136
137 char SROA::ID = 0;
138 INITIALIZE_PASS(SROA, "scalarrepl",
139                 "Scalar Replacement of Aggregates", false, false)
140
141 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
142 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(signed int Threshold) { 
143   return new SROA(Threshold);
144 }
145
146
147 //===----------------------------------------------------------------------===//
148 // Convert To Scalar Optimization.
149 //===----------------------------------------------------------------------===//
150
151 namespace {
152 /// ConvertToScalarInfo - This class implements the "Convert To Scalar"
153 /// optimization, which scans the uses of an alloca and determines if it can
154 /// rewrite it in terms of a single new alloca that can be mem2reg'd.
155 class ConvertToScalarInfo {
156   /// AllocaSize - The size of the alloca being considered.
157   unsigned AllocaSize;
158   const TargetData &TD;
159  
160   /// IsNotTrivial - This is set to true if there is some access to the object
161   /// which means that mem2reg can't promote it.
162   bool IsNotTrivial;
163   
164   /// VectorTy - This tracks the type that we should promote the vector to if
165   /// it is possible to turn it into a vector.  This starts out null, and if it
166   /// isn't possible to turn into a vector type, it gets set to VoidTy.
167   const Type *VectorTy;
168   
169   /// HadAVector - True if there is at least one vector access to the alloca.
170   /// We don't want to turn random arrays into vectors and use vector element
171   /// insert/extract, but if there are element accesses to something that is
172   /// also declared as a vector, we do want to promote to a vector.
173   bool HadAVector;
174
175 public:
176   explicit ConvertToScalarInfo(unsigned Size, const TargetData &td)
177     : AllocaSize(Size), TD(td) {
178     IsNotTrivial = false;
179     VectorTy = 0;
180     HadAVector = false;
181   }
182   
183   AllocaInst *TryConvert(AllocaInst *AI);
184   
185 private:
186   bool CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset);
187   void MergeInType(const Type *In, uint64_t Offset);
188   void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset);
189   
190   Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, const Type *ToType,
191                                     uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
192   Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
193                                    uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
194 };
195 } // end anonymous namespace.
196
197
198 /// IsVerbotenVectorType - Return true if this is a vector type ScalarRepl isn't
199 /// allowed to form.  We do this to avoid MMX types, which is a complete hack,
200 /// but is required until the backend is fixed.
201 static bool IsVerbotenVectorType(const VectorType *VTy, const Instruction *I) {
202   StringRef Triple(I->getParent()->getParent()->getParent()->getTargetTriple());
203   if (!Triple.startswith("i386") &&
204       !Triple.startswith("x86_64"))
205     return false;
206   
207   // Reject all the MMX vector types.
208   switch (VTy->getNumElements()) {
209   default: return false;
210   case 1: return VTy->getElementType()->isIntegerTy(64);
211   case 2: return VTy->getElementType()->isIntegerTy(32);
212   case 4: return VTy->getElementType()->isIntegerTy(16);
213   case 8: return VTy->getElementType()->isIntegerTy(8);
214   }
215 }
216
217
218 /// TryConvert - Analyze the specified alloca, and if it is safe to do so,
219 /// rewrite it to be a new alloca which is mem2reg'able.  This returns the new
220 /// alloca if possible or null if not.
221 AllocaInst *ConvertToScalarInfo::TryConvert(AllocaInst *AI) {
222   // If we can't convert this scalar, or if mem2reg can trivially do it, bail
223   // out.
224   if (!CanConvertToScalar(AI, 0) || !IsNotTrivial)
225     return 0;
226   
227   // If we were able to find a vector type that can handle this with
228   // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
229   // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
230   // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
231   // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
232   // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
233   const Type *NewTy;
234   if (VectorTy && VectorTy->isVectorTy() && HadAVector &&
235       !IsVerbotenVectorType(cast<VectorType>(VectorTy), AI)) {
236     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "\n  TYPE = "
237           << *VectorTy << '\n');
238     NewTy = VectorTy;  // Use the vector type.
239   } else {
240     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n");
241     // Create and insert the integer alloca.
242     NewTy = IntegerType::get(AI->getContext(), AllocaSize*8);
243   }
244   AllocaInst *NewAI = new AllocaInst(NewTy, 0, "", AI->getParent()->begin());
245   ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
246   return NewAI;
247 }
248
249 /// MergeInType - Add the 'In' type to the accumulated vector type (VectorTy)
250 /// so far at the offset specified by Offset (which is specified in bytes).
251 ///
252 /// There are two cases we handle here:
253 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
254 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
255 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
256 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
257 ///   2) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
258 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
259 ///      and stores would mutate the memory.  We mark this by setting VectorTy
260 ///      to VoidTy.
261 void ConvertToScalarInfo::MergeInType(const Type *In, uint64_t Offset) {
262   // If we already decided to turn this into a blob of integer memory, there is
263   // nothing to be done.
264   if (VectorTy && VectorTy->isVoidTy())
265     return;
266   
267   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
268
269   // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
270   // matches the existing VecTy.
271   if (const VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
272     // Remember if we saw a vector type.
273     HadAVector = true;
274     
275     if (VInTy->getBitWidth()/8 == AllocaSize && Offset == 0) {
276       // If we're storing/loading a vector of the right size, allow it as a
277       // vector.  If this the first vector we see, remember the type so that
278       // we know the element size.  If this is a subsequent access, ignore it
279       // even if it is a differing type but the same size.  Worst case we can
280       // bitcast the resultant vectors.
281       if (VectorTy == 0)
282         VectorTy = VInTy;
283       return;
284     }
285   } else if (In->isFloatTy() || In->isDoubleTy() ||
286              (In->isIntegerTy() && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
287               isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
288     // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
289     // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
290     // compatible with it.
291     unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
292     if (Offset % EltSize == 0 && AllocaSize % EltSize == 0 &&
293         (VectorTy == 0 || 
294          cast<VectorType>(VectorTy)->getElementType()
295                ->getPrimitiveSizeInBits()/8 == EltSize)) {
296       if (VectorTy == 0)
297         VectorTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
298       return;
299     }
300   }
301   
302   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
303   // form.  We can still turn this into a large integer.
304   VectorTy = Type::getVoidTy(In->getContext());
305 }
306
307 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
308 /// its accesses to a single vector type, return true and set VecTy to
309 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
310 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
311 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
312 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
313 ///
314 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
315 /// SawVec flag.
316 bool ConvertToScalarInfo::CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset) {
317   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
318     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
319     
320     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
321       // Don't break volatile loads.
322       if (LI->isVolatile())
323         return false;
324       // Don't touch MMX operations.
325       if (LI->getType()->isX86_MMXTy())
326         return false;
327       MergeInType(LI->getType(), Offset);
328       continue;
329     }
330     
331     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
332       // Storing the pointer, not into the value?
333       if (SI->getOperand(0) == V || SI->isVolatile()) return false;
334       // Don't touch MMX operations.
335       if (SI->getOperand(0)->getType()->isX86_MMXTy())
336         return false;
337       MergeInType(SI->getOperand(0)->getType(), Offset);
338       continue;
339     }
340     
341     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
342       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
343       if (!CanConvertToScalar(BCI, Offset))
344         return false;
345       continue;
346     }
347
348     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
349       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
350       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
351         return false;
352       
353       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
354       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
355       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
356                                                &Indices[0], Indices.size());
357       // See if all uses can be converted.
358       if (!CanConvertToScalar(GEP, Offset+GEPOffset))
359         return false;
360       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
361       continue;
362     }
363
364     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
365     // handle it.
366     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
367       // Store of constant value and constant size.
368       if (!isa<ConstantInt>(MSI->getValue()) ||
369           !isa<ConstantInt>(MSI->getLength()))
370         return false;
371       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
372       continue;
373     }
374
375     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
376     // can handle it like a load or store of the scalar type.
377     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
378       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength());
379       if (Len == 0 || Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
380         return false;
381       
382       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
383       continue;
384     }
385     
386     // Otherwise, we cannot handle this!
387     return false;
388   }
389   
390   return true;
391 }
392
393 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
394 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
395 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
396 /// vector with insert/extractelement instructions.
397 ///
398 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
399 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
400 void ConvertToScalarInfo::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI,
401                                               uint64_t Offset) {
402   while (!Ptr->use_empty()) {
403     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
404
405     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
406       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset);
407       CI->eraseFromParent();
408       continue;
409     }
410
411     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
412       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
413       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
414       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
415                                                &Indices[0], Indices.size());
416       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8);
417       GEP->eraseFromParent();
418       continue;
419     }
420     
421     IRBuilder<> Builder(User->getParent(), User);
422     
423     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
424       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
425       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "tmp");
426       Value *NewLoadVal
427         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset, Builder);
428       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
429       LI->eraseFromParent();
430       continue;
431     }
432     
433     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
434       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
435       Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
436       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
437                                              Builder);
438       Builder.CreateStore(New, NewAI);
439       SI->eraseFromParent();
440       
441       // If the load we just inserted is now dead, then the inserted store
442       // overwrote the entire thing.
443       if (Old->use_empty())
444         Old->eraseFromParent();
445       continue;
446     }
447     
448     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
449     // transform it into a store of the expanded constant value.
450     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
451       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
452       unsigned NumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
453       if (NumBytes != 0) {
454         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
455         
456         // Compute the value replicated the right number of times.
457         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
458
459         // Splat the value if non-zero.
460         if (Val)
461           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
462             APVal |= APVal << 8;
463         
464         Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
465         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
466                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
467                                                Old, Offset, Builder);
468         Builder.CreateStore(New, NewAI);
469         
470         // If the load we just inserted is now dead, then the memset overwrote
471         // the entire thing.
472         if (Old->use_empty())
473           Old->eraseFromParent();        
474       }
475       MSI->eraseFromParent();
476       continue;
477     }
478
479     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
480     // can handle it like a load or store of the scalar type.
481     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
482       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
483       
484       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
485       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
486       // as appropriate.
487       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(Ptr->getUnderlyingObject(0));
488       
489       if (MTI->getSource()->getUnderlyingObject(0) != OrigAI) {
490         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
491         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
492         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
493         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
494         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, NewAI->getType());
495         
496         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
497         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
498         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
499       } else if (MTI->getDest()->getUnderlyingObject(0) != OrigAI) {
500         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
501         // through the original dest pointer (bitcasted).
502         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
503         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
504
505         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), NewAI->getType());
506         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
507         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
508       } else {
509         // Noop transfer. Src == Dst
510       }
511
512       MTI->eraseFromParent();
513       continue;
514     }
515     
516     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
517   }
518 }
519
520 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
521 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
522 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
523 ///
524 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
525 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
526 /// insert/extractelement instructions.
527 ///
528 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
529 /// shifted to the right.
530 Value *ConvertToScalarInfo::
531 ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, const Type *ToType,
532                            uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
533   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
534   if (FromVal->getType() == ToType && Offset == 0)
535     return FromVal;
536
537   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
538   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
539   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromVal->getType())) {
540     if (ToType->isVectorTy())
541       return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
542
543     // Otherwise it must be an element access.
544     unsigned Elt = 0;
545     if (Offset) {
546       unsigned EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
547       Elt = Offset/EltSize;
548       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
549     }
550     // Return the element extracted out of it.
551     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, ConstantInt::get(
552                     Type::getInt32Ty(FromVal->getContext()), Elt), "tmp");
553     if (V->getType() != ToType)
554       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType, "tmp");
555     return V;
556   }
557   
558   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
559   // use insertvalue's to form the FCA.
560   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
561     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
562     Value *Res = UndefValue::get(ST);
563     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
564       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
565                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
566                                               Builder);
567       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
568     }
569     return Res;
570   }
571   
572   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
573     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
574     Value *Res = UndefValue::get(AT);
575     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
576       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
577                                               Offset+i*EltSize, Builder);
578       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
579     }
580     return Res;
581   }
582
583   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
584   const IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
585
586   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
587   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
588   int ShAmt = 0;
589   if (TD.isBigEndian()) {
590     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
591     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
592     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
593     ShAmt = TD.getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
594             TD.getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
595   } else {
596     ShAmt = Offset;
597   }
598
599   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
600   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
601   // only some bits are used.
602   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
603     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
604                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(),
605                                                            ShAmt), "tmp");
606   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
607     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal, 
608                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(),
609                                                           -ShAmt), "tmp");
610
611   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
612   unsigned LIBitWidth = TD.getTypeSizeInBits(ToType);
613   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
614     FromVal =
615       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(), 
616                                                     LIBitWidth), "tmp");
617   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
618     FromVal =
619        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(), 
620                                                     LIBitWidth), "tmp");
621
622   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
623   if (ToType->isIntegerTy()) {
624     // Should be done.
625   } else if (ToType->isFloatingPointTy() || ToType->isVectorTy()) {
626     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
627     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
628   } else {
629     // Otherwise must be a pointer.
630     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType, "tmp");
631   }
632   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
633   return FromVal;
634 }
635
636 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
637 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
638 ///
639 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
640 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
641 /// vector with insert/extractelement instructions.
642 ///
643 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
644 /// shifted to the right.
645 Value *ConvertToScalarInfo::
646 ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
647                           uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
648   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
649   // then 'or' into place.
650   const Type *AllocaType = Old->getType();
651   LLVMContext &Context = Old->getContext();
652
653   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
654     uint64_t VecSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy);
655     uint64_t ValSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
656     
657     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
658     // vector type?
659     if (ValSize == VecSize)
660       return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType, "tmp");
661
662     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
663
664     // Must be an element insertion.
665     unsigned Elt = Offset/EltSize;
666     
667     if (SV->getType() != VTy->getElementType())
668       SV = Builder.CreateBitCast(SV, VTy->getElementType(), "tmp");
669     
670     SV = Builder.CreateInsertElement(Old, SV, 
671                      ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(SV->getContext()), Elt),
672                                      "tmp");
673     return SV;
674   }
675   
676   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
677   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
678     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
679     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
680       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
681       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, 
682                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
683                                       Builder);
684     }
685     return Old;
686   }
687   
688   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
689     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
690     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
691       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
692       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, Builder);
693     }
694     return Old;
695   }
696
697   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
698   // If it is a pointer, do the same.
699   unsigned SrcWidth = TD.getTypeSizeInBits(SV->getType());
700   unsigned DestWidth = TD.getTypeSizeInBits(AllocaType);
701   unsigned SrcStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
702   unsigned DestStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
703   if (SV->getType()->isFloatingPointTy() || SV->getType()->isVectorTy())
704     SV = Builder.CreateBitCast(SV,
705                             IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth), "tmp");
706   else if (SV->getType()->isPointerTy())
707     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, TD.getIntPtrType(SV->getContext()), "tmp");
708
709   // Zero extend or truncate the value if needed.
710   if (SV->getType() != AllocaType) {
711     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
712              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
713       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType, "tmp");
714     else {
715       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
716       // (undefined behavior).
717       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType, "tmp");
718       SrcWidth = DestWidth;
719       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
720     }
721   }
722
723   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
724   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
725   int ShAmt = 0;
726   if (TD.isBigEndian()) {
727     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
728     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
729     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
730     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
731   } else {
732     ShAmt = Offset;
733   }
734
735   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
736   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
737   // only some bits in the structure are set.
738   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
739   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
740     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
741                            ShAmt), "tmp");
742     Mask <<= ShAmt;
743   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
744     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
745                             -ShAmt), "tmp");
746     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
747   }
748
749   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
750   // in the new bits.
751   if (SrcWidth != DestWidth) {
752     assert(DestWidth > SrcWidth);
753     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
754     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
755   }
756   return SV;
757 }
758
759
760 //===----------------------------------------------------------------------===//
761 // SRoA Driver
762 //===----------------------------------------------------------------------===//
763
764
765 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
766   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
767
768   bool Changed = performPromotion(F);
769
770   // FIXME: ScalarRepl currently depends on TargetData more than it
771   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
772   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
773   // scalar-replacement portion of this pass.
774   if (!TD) return Changed;
775
776   while (1) {
777     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
778     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
779     Changed = true;
780     LocalChange = performPromotion(F);
781     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
782   }
783
784   return Changed;
785 }
786
787
788 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
789   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
790   DominatorTree         &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
791   DominanceFrontier &DF = getAnalysis<DominanceFrontier>();
792
793   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
794
795   bool Changed = false;
796
797   while (1) {
798     Allocas.clear();
799
800     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
801     // the entry node
802     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
803       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
804         if (isAllocaPromotable(AI))
805           Allocas.push_back(AI);
806
807     if (Allocas.empty()) break;
808
809     PromoteMemToReg(Allocas, DT, DF);
810     NumPromoted += Allocas.size();
811     Changed = true;
812   }
813
814   return Changed;
815 }
816
817
818 /// ShouldAttemptScalarRepl - Decide if an alloca is a good candidate for
819 /// SROA.  It must be a struct or array type with a small number of elements.
820 static bool ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI) {
821   const Type *T = AI->getAllocatedType();
822   // Do not promote any struct into more than 32 separate vars.
823   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
824     return ST->getNumElements() <= 32;
825   // Arrays are much less likely to be safe for SROA; only consider
826   // them if they are very small.
827   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T))
828     return AT->getNumElements() <= 8;
829   return false;
830 }
831
832
833 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
834 // which runs on all of the malloc/alloca instructions in the function, removing
835 // them if they are only used by getelementptr instructions.
836 //
837 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
838   std::vector<AllocaInst*> WorkList;
839
840   // Scan the entry basic block, adding allocas to the worklist.
841   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
842   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
843     if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(I))
844       WorkList.push_back(A);
845
846   // Process the worklist
847   bool Changed = false;
848   while (!WorkList.empty()) {
849     AllocaInst *AI = WorkList.back();
850     WorkList.pop_back();
851     
852     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
853     // with unused elements.
854     if (AI->use_empty()) {
855       AI->eraseFromParent();
856       Changed = true;
857       continue;
858     }
859
860     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
861     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
862       continue;
863     
864     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
865     // a constant global.  If this is the case, we can change all users to use
866     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
867     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
868     // is only subsequently read.
869     if (MemTransferInst *TheCopy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI)) {
870       DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << *AI << '\n');
871       DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *TheCopy << '\n');
872       Constant *TheSrc = cast<Constant>(TheCopy->getSource());
873       AI->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(TheSrc, AI->getType()));
874       TheCopy->eraseFromParent();  // Don't mutate the global.
875       AI->eraseFromParent();
876       ++NumGlobals;
877       Changed = true;
878       continue;
879     }
880     
881     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
882     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
883     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
884     // value cannot be decomposed at all.
885     uint64_t AllocaSize = TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
886
887     // Do not promote [0 x %struct].
888     if (AllocaSize == 0) continue;
889     
890     // Do not promote any struct whose size is too big.
891     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
892     
893     // If the alloca looks like a good candidate for scalar replacement, and if
894     // all its users can be transformed, then split up the aggregate into its
895     // separate elements.
896     if (ShouldAttemptScalarRepl(AI) && isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
897       DoScalarReplacement(AI, WorkList);
898       Changed = true;
899       continue;
900     }
901
902     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
903     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
904     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
905     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
906     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
907     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
908     if (AllocaInst *NewAI =
909           ConvertToScalarInfo((unsigned)AllocaSize, *TD).TryConvert(AI)) {
910       NewAI->takeName(AI);
911       AI->eraseFromParent();
912       ++NumConverted;
913       Changed = true;
914       continue;
915     }      
916     
917     // Otherwise, couldn't process this alloca.
918   }
919
920   return Changed;
921 }
922
923 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
924 /// predicate, do SROA now.
925 void SROA::DoScalarReplacement(AllocaInst *AI, 
926                                std::vector<AllocaInst*> &WorkList) {
927   DEBUG(dbgs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
928   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
929   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
930     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
931     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
932       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0, 
933                                       AI->getAlignment(),
934                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
935       ElementAllocas.push_back(NA);
936       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
937     }
938   } else {
939     const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
940     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
941     const Type *ElTy = AT->getElementType();
942     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
943       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, AI->getAlignment(),
944                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
945       ElementAllocas.push_back(NA);
946       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
947     }
948   }
949
950   // Now that we have created the new alloca instructions, rewrite all the
951   // uses of the old alloca.
952   RewriteForScalarRepl(AI, AI, 0, ElementAllocas);
953
954   // Now erase any instructions that were made dead while rewriting the alloca.
955   DeleteDeadInstructions();
956   AI->eraseFromParent();
957
958   ++NumReplaced;
959 }
960
961 /// DeleteDeadInstructions - Erase instructions on the DeadInstrs list,
962 /// recursively including all their operands that become trivially dead.
963 void SROA::DeleteDeadInstructions() {
964   while (!DeadInsts.empty()) {
965     Instruction *I = cast<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
966
967     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
968       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
969         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
970         // (But, don't add allocas to the dead instruction list -- they are
971         // already on the worklist and will be deleted separately.)
972         *OI = 0;
973         if (isInstructionTriviallyDead(U) && !isa<AllocaInst>(U))
974           DeadInsts.push_back(U);
975       }
976
977     I->eraseFromParent();
978   }
979 }
980     
981 /// isSafeForScalarRepl - Check if instruction I is a safe use with regard to
982 /// performing scalar replacement of alloca AI.  The results are flagged in
983 /// the Info parameter.  Offset indicates the position within AI that is
984 /// referenced by this instruction.
985 void SROA::isSafeForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
986                                AllocaInfo &Info) {
987   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
988     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
989
990     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
991       isSafeForScalarRepl(BC, AI, Offset, Info);
992     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
993       uint64_t GEPOffset = Offset;
994       isSafeGEP(GEPI, AI, GEPOffset, Info);
995       if (!Info.isUnsafe)
996         isSafeForScalarRepl(GEPI, AI, GEPOffset, Info);
997     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
998       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
999       if (Length)
1000         isSafeMemAccess(AI, Offset, Length->getZExtValue(), 0,
1001                         UI.getOperandNo() == 0, Info);
1002       else
1003         MarkUnsafe(Info);
1004     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1005       if (!LI->isVolatile()) {
1006         const Type *LIType = LI->getType();
1007         isSafeMemAccess(AI, Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1008                         LIType, false, Info);
1009       } else
1010         MarkUnsafe(Info);
1011     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1012       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1013       if (!SI->isVolatile() && SI->getOperand(0) != I) {
1014         const Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1015         isSafeMemAccess(AI, Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1016                         SIType, true, Info);
1017       } else
1018         MarkUnsafe(Info);
1019     } else {
1020       DEBUG(errs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
1021       MarkUnsafe(Info);
1022     }
1023     if (Info.isUnsafe) return;
1024   }
1025 }
1026
1027 /// isSafeGEP - Check if a GEP instruction can be handled for scalar
1028 /// replacement.  It is safe when all the indices are constant, in-bounds
1029 /// references, and when the resulting offset corresponds to an element within
1030 /// the alloca type.  The results are flagged in the Info parameter.  Upon
1031 /// return, Offset is adjusted as specified by the GEP indices.
1032 void SROA::isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI,
1033                      uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info) {
1034   gep_type_iterator GEPIt = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
1035   if (GEPIt == E)
1036     return;
1037
1038   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
1039   // into.
1040   for (; GEPIt != E; ++GEPIt) {
1041     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
1042     if ((*GEPIt)->isStructTy())
1043       continue;
1044
1045     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand());
1046     if (!IdxVal)
1047       return MarkUnsafe(Info);
1048   }
1049
1050   // Compute the offset due to this GEP and check if the alloca has a
1051   // component element at that offset.
1052   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1053   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
1054                                  &Indices[0], Indices.size());
1055   if (!TypeHasComponent(AI->getAllocatedType(), Offset, 0))
1056     MarkUnsafe(Info);
1057 }
1058
1059 /// isSafeMemAccess - Check if a load/store/memcpy operates on the entire AI
1060 /// alloca or has an offset and size that corresponds to a component element
1061 /// within it.  The offset checked here may have been formed from a GEP with a
1062 /// pointer bitcasted to a different type.
1063 void SROA::isSafeMemAccess(AllocaInst *AI, uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
1064                            const Type *MemOpType, bool isStore,
1065                            AllocaInfo &Info) {
1066   // Check if this is a load/store of the entire alloca.
1067   if (Offset == 0 && MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1068     bool UsesAggregateType = (MemOpType == AI->getAllocatedType());
1069     // This is safe for MemIntrinsics (where MemOpType is 0), integer types
1070     // (which are essentially the same as the MemIntrinsics, especially with
1071     // regard to copying padding between elements), or references using the
1072     // aggregate type of the alloca.
1073     if (!MemOpType || MemOpType->isIntegerTy() || UsesAggregateType) {
1074       if (!UsesAggregateType) {
1075         if (isStore)
1076           Info.isMemCpyDst = true;
1077         else
1078           Info.isMemCpySrc = true;
1079       }
1080       return;
1081     }
1082   }
1083   // Check if the offset/size correspond to a component within the alloca type.
1084   const Type *T = AI->getAllocatedType();
1085   if (TypeHasComponent(T, Offset, MemSize))
1086     return;
1087
1088   return MarkUnsafe(Info);
1089 }
1090
1091 /// TypeHasComponent - Return true if T has a component type with the
1092 /// specified offset and size.  If Size is zero, do not check the size.
1093 bool SROA::TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
1094   const Type *EltTy;
1095   uint64_t EltSize;
1096   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1097     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1098     unsigned EltIdx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1099     EltTy = ST->getContainedType(EltIdx);
1100     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1101     Offset -= Layout->getElementOffset(EltIdx);
1102   } else if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1103     EltTy = AT->getElementType();
1104     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1105     if (Offset >= AT->getNumElements() * EltSize)
1106       return false;
1107     Offset %= EltSize;
1108   } else {
1109     return false;
1110   }
1111   if (Offset == 0 && (Size == 0 || EltSize == Size))
1112     return true;
1113   // Check if the component spans multiple elements.
1114   if (Offset + Size > EltSize)
1115     return false;
1116   return TypeHasComponent(EltTy, Offset, Size);
1117 }
1118
1119 /// RewriteForScalarRepl - Alloca AI is being split into NewElts, so rewrite
1120 /// the instruction I, which references it, to use the separate elements.
1121 /// Offset indicates the position within AI that is referenced by this
1122 /// instruction.
1123 void SROA::RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1124                                 SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1125   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1126     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1127
1128     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1129       RewriteBitCast(BC, AI, Offset, NewElts);
1130     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1131       RewriteGEP(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1132     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1133       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1134       uint64_t MemSize = Length->getZExtValue();
1135       if (Offset == 0 &&
1136           MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()))
1137         RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, I, AI, NewElts);
1138       // Otherwise the intrinsic can only touch a single element and the
1139       // address operand will be updated, so nothing else needs to be done.
1140     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1141       const Type *LIType = LI->getType();
1142       if (LIType == AI->getAllocatedType()) {
1143         // Replace:
1144         //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
1145         // with:
1146         //   %load.0 = load i32* %alloc.0
1147         //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
1148         //   %load.1 = load i32* %alloc.1
1149         //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
1150         // (Also works for arrays instead of structs)
1151         Value *Insert = UndefValue::get(LIType);
1152         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1153           Value *Load = new LoadInst(NewElts[i], "load", LI);
1154           Insert = InsertValueInst::Create(Insert, Load, i, "insert", LI);
1155         }
1156         LI->replaceAllUsesWith(Insert);
1157         DeadInsts.push_back(LI);
1158       } else if (LIType->isIntegerTy() &&
1159                  TD->getTypeAllocSize(LIType) ==
1160                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1161         // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
1162         RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
1163       }
1164     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1165       Value *Val = SI->getOperand(0);
1166       const Type *SIType = Val->getType();
1167       if (SIType == AI->getAllocatedType()) {
1168         // Replace:
1169         //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
1170         // with:
1171         //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
1172         //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
1173         //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
1174         //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
1175         // (Also works for arrays instead of structs)
1176         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1177           Value *Extract = ExtractValueInst::Create(Val, i, Val->getName(), SI);
1178           new StoreInst(Extract, NewElts[i], SI);
1179         }
1180         DeadInsts.push_back(SI);
1181       } else if (SIType->isIntegerTy() &&
1182                  TD->getTypeAllocSize(SIType) ==
1183                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1184         // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
1185         RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
1186       }
1187     }
1188   }
1189 }
1190
1191 /// RewriteBitCast - Update a bitcast reference to the alloca being replaced
1192 /// and recursively continue updating all of its uses.
1193 void SROA::RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1194                           SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1195   RewriteForScalarRepl(BC, AI, Offset, NewElts);
1196   if (BC->getOperand(0) != AI)
1197     return;
1198
1199   // The bitcast references the original alloca.  Replace its uses with
1200   // references to the first new element alloca.
1201   Instruction *Val = NewElts[0];
1202   if (Val->getType() != BC->getDestTy()) {
1203     Val = new BitCastInst(Val, BC->getDestTy(), "", BC);
1204     Val->takeName(BC);
1205   }
1206   BC->replaceAllUsesWith(Val);
1207   DeadInsts.push_back(BC);
1208 }
1209
1210 /// FindElementAndOffset - Return the index of the element containing Offset
1211 /// within the specified type, which must be either a struct or an array.
1212 /// Sets T to the type of the element and Offset to the offset within that
1213 /// element.  IdxTy is set to the type of the index result to be used in a
1214 /// GEP instruction.
1215 uint64_t SROA::FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
1216                                     const Type *&IdxTy) {
1217   uint64_t Idx = 0;
1218   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1219     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1220     Idx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1221     T = ST->getContainedType(Idx);
1222     Offset -= Layout->getElementOffset(Idx);
1223     IdxTy = Type::getInt32Ty(T->getContext());
1224     return Idx;
1225   }
1226   const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(T);
1227   T = AT->getElementType();
1228   uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(T);
1229   Idx = Offset / EltSize;
1230   Offset -= Idx * EltSize;
1231   IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
1232   return Idx;
1233 }
1234
1235 /// RewriteGEP - Check if this GEP instruction moves the pointer across
1236 /// elements of the alloca that are being split apart, and if so, rewrite
1237 /// the GEP to be relative to the new element.
1238 void SROA::RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1239                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1240   uint64_t OldOffset = Offset;
1241   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1242   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
1243                                  &Indices[0], Indices.size());
1244
1245   RewriteForScalarRepl(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1246
1247   const Type *T = AI->getAllocatedType();
1248   const Type *IdxTy;
1249   uint64_t OldIdx = FindElementAndOffset(T, OldOffset, IdxTy);
1250   if (GEPI->getOperand(0) == AI)
1251     OldIdx = ~0ULL; // Force the GEP to be rewritten.
1252
1253   T = AI->getAllocatedType();
1254   uint64_t EltOffset = Offset;
1255   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
1256
1257   // If this GEP does not move the pointer across elements of the alloca
1258   // being split, then it does not needs to be rewritten.
1259   if (Idx == OldIdx)
1260     return;
1261
1262   const Type *i32Ty = Type::getInt32Ty(AI->getContext());
1263   SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
1264   NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
1265   while (EltOffset != 0) {
1266     uint64_t EltIdx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
1267     NewArgs.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, EltIdx));
1268   }
1269   Instruction *Val = NewElts[Idx];
1270   if (NewArgs.size() > 1) {
1271     Val = GetElementPtrInst::CreateInBounds(Val, NewArgs.begin(),
1272                                             NewArgs.end(), "", GEPI);
1273     Val->takeName(GEPI);
1274   }
1275   if (Val->getType() != GEPI->getType())
1276     Val = new BitCastInst(Val, GEPI->getType(), Val->getName(), GEPI);
1277   GEPI->replaceAllUsesWith(Val);
1278   DeadInsts.push_back(GEPI);
1279 }
1280
1281 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
1282 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
1283 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
1284                                         AllocaInst *AI,
1285                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1286   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
1287   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
1288   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
1289   // memset, this Value* stays null.
1290   Value *OtherPtr = 0;
1291   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
1292   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
1293     if (Inst == MTI->getRawDest())
1294       OtherPtr = MTI->getRawSource();
1295     else {
1296       assert(Inst == MTI->getRawSource());
1297       OtherPtr = MTI->getRawDest();
1298     }
1299   }
1300
1301   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
1302   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
1303   if (OtherPtr) {
1304     unsigned AddrSpace =
1305       cast<PointerType>(OtherPtr->getType())->getAddressSpace();
1306
1307     // Remove bitcasts and all-zero GEPs from OtherPtr.  This is an
1308     // optimization, but it's also required to detect the corner case where
1309     // both pointer operands are referencing the same memory, and where
1310     // OtherPtr may be a bitcast or GEP that currently being rewritten.  (This
1311     // function is only called for mem intrinsics that access the whole
1312     // aggregate, so non-zero GEPs are not an issue here.)
1313     OtherPtr = OtherPtr->stripPointerCasts();
1314     
1315     // Copying the alloca to itself is a no-op: just delete it.
1316     if (OtherPtr == AI || OtherPtr == NewElts[0]) {
1317       // This code will run twice for a no-op memcpy -- once for each operand.
1318       // Put only one reference to MI on the DeadInsts list.
1319       for (SmallVector<Value*, 32>::const_iterator I = DeadInsts.begin(),
1320              E = DeadInsts.end(); I != E; ++I)
1321         if (*I == MI) return;
1322       DeadInsts.push_back(MI);
1323       return;
1324     }
1325     
1326     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
1327     // type.
1328     const Type *NewTy =
1329       PointerType::get(AI->getType()->getElementType(), AddrSpace);
1330     
1331     if (OtherPtr->getType() != NewTy)
1332       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, NewTy, OtherPtr->getName(), MI);
1333   }
1334   
1335   // Process each element of the aggregate.
1336   Value *TheFn = MI->getCalledValue();
1337   const Type *BytePtrTy = MI->getRawDest()->getType();
1338   bool SROADest = MI->getRawDest() == Inst;
1339   
1340   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(MI->getContext()));
1341
1342   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1343     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
1344     Value *OtherElt = 0;
1345     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
1346     
1347     if (OtherPtr) {
1348       Value *Idx[2] = { Zero,
1349                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), i) };
1350       OtherElt = GetElementPtrInst::CreateInBounds(OtherPtr, Idx, Idx + 2,
1351                                               OtherPtr->getName()+"."+Twine(i),
1352                                                    MI);
1353       uint64_t EltOffset;
1354       const PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
1355       const Type *OtherTy = OtherPtrTy->getElementType();
1356       if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(OtherTy)) {
1357         EltOffset = TD->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
1358       } else {
1359         const Type *EltTy = cast<SequentialType>(OtherTy)->getElementType();
1360         EltOffset = TD->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
1361       }
1362       
1363       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
1364       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
1365       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
1366       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
1367       // known alignment is just 4 bytes.
1368       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
1369     }
1370     
1371     Value *EltPtr = NewElts[i];
1372     const Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
1373     
1374     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
1375     if (EltTy->isSingleValueType()) {
1376       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
1377         if (SROADest) {
1378           // From Other to Alloca.
1379           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
1380           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
1381         } else {
1382           // From Alloca to Other.
1383           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
1384           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
1385         }
1386         continue;
1387       }
1388       assert(isa<MemSetInst>(MI));
1389       
1390       // If the stored element is zero (common case), just store a null
1391       // constant.
1392       Constant *StoreVal;
1393       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getArgOperand(1))) {
1394         if (CI->isZero()) {
1395           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
1396         } else {
1397           // If EltTy is a vector type, get the element type.
1398           const Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
1399
1400           // Construct an integer with the right value.
1401           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
1402           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
1403           APInt TotalVal(OneVal);
1404           // Set each byte.
1405           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
1406             TotalVal = TotalVal.shl(8);
1407             TotalVal |= OneVal;
1408           }
1409           
1410           // Convert the integer value to the appropriate type.
1411           StoreVal = ConstantInt::get(CI->getContext(), TotalVal);
1412           if (ValTy->isPointerTy())
1413             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
1414           else if (ValTy->isFloatingPointTy())
1415             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
1416           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
1417           
1418           // If the requested value was a vector constant, create it.
1419           if (EltTy != ValTy) {
1420             unsigned NumElts = cast<VectorType>(ValTy)->getNumElements();
1421             SmallVector<Constant*, 16> Elts(NumElts, StoreVal);
1422             StoreVal = ConstantVector::get(&Elts[0], NumElts);
1423           }
1424         }
1425         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
1426         continue;
1427       }
1428       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
1429       // this element.
1430     }
1431     
1432     // Cast the element pointer to BytePtrTy.
1433     if (EltPtr->getType() != BytePtrTy)
1434       EltPtr = new BitCastInst(EltPtr, BytePtrTy, EltPtr->getName(), MI);
1435     
1436     // Cast the other pointer (if we have one) to BytePtrTy. 
1437     if (OtherElt && OtherElt->getType() != BytePtrTy) {
1438       // Preserve address space of OtherElt
1439       const PointerType* OtherPTy = cast<PointerType>(OtherElt->getType());
1440       const PointerType* PTy = cast<PointerType>(BytePtrTy);
1441       if (OtherPTy->getElementType() != PTy->getElementType()) {
1442         Type *NewOtherPTy = PointerType::get(PTy->getElementType(),
1443                                              OtherPTy->getAddressSpace());
1444         OtherElt = new BitCastInst(OtherElt, NewOtherPTy,
1445                                    OtherElt->getNameStr(), MI);
1446       }
1447     }
1448     
1449     unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1450     
1451     // Finally, insert the meminst for this element.
1452     if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
1453       Value *Ops[] = {
1454         SROADest ? EltPtr : OtherElt,  // Dest ptr
1455         SROADest ? OtherElt : EltPtr,  // Src ptr
1456         ConstantInt::get(MI->getArgOperand(2)->getType(), EltSize), // Size
1457         // Align
1458         ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), OtherEltAlign),
1459         MI->getVolatileCst()
1460       };
1461       // In case we fold the address space overloaded memcpy of A to B
1462       // with memcpy of B to C, change the function to be a memcpy of A to C.
1463       const Type *Tys[] = { Ops[0]->getType(), Ops[1]->getType(),
1464                             Ops[2]->getType() };
1465       Module *M = MI->getParent()->getParent()->getParent();
1466       TheFn = Intrinsic::getDeclaration(M, MI->getIntrinsicID(), Tys, 3);
1467       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 5, "", MI);
1468     } else {
1469       assert(isa<MemSetInst>(MI));
1470       Value *Ops[] = {
1471         EltPtr, MI->getArgOperand(1),  // Dest, Value,
1472         ConstantInt::get(MI->getArgOperand(2)->getType(), EltSize), // Size
1473         Zero,  // Align
1474         ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(MI->getContext()), 0) // isVolatile
1475       };
1476       const Type *Tys[] = { Ops[0]->getType(), Ops[2]->getType() };
1477       Module *M = MI->getParent()->getParent()->getParent();
1478       TheFn = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::memset, Tys, 2);
1479       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 5, "", MI);
1480     }
1481   }
1482   DeadInsts.push_back(MI);
1483 }
1484
1485 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found a store of an integer that
1486 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
1487 /// integer and store them individually.
1488 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
1489                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
1490   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
1491   // and store the element value to the individual alloca.
1492   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
1493   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
1494   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
1495   
1496   // Handle tail padding by extending the operand
1497   if (TD->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
1498     SrcVal = new ZExtInst(SrcVal,
1499                           IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits), 
1500                           "", SI);
1501
1502   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
1503                << '\n');
1504
1505   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
1506   // have different ways to compute the element offset.
1507   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
1508     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
1509     
1510     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1511       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
1512       const Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
1513       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
1514       
1515       if (TD->isBigEndian())
1516         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
1517       
1518       Value *EltVal = SrcVal;
1519       if (Shift) {
1520         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
1521         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
1522                                             "sroa.store.elt", SI);
1523       }
1524       
1525       // Truncate down to an integer of the right size.
1526       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
1527       
1528       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
1529       if (FieldSizeBits == 0) continue;
1530       
1531       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
1532         EltVal = new TruncInst(EltVal,
1533                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits),
1534                               "", SI);
1535       Value *DestField = NewElts[i];
1536       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
1537         // Storing to an integer field of this size, just do it.
1538       } else if (FieldTy->isFloatingPointTy() || FieldTy->isVectorTy()) {
1539         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
1540         EltVal = new BitCastInst(EltVal, FieldTy, "", SI);
1541       } else {
1542         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
1543         DestField = new BitCastInst(DestField,
1544                               PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
1545                                     "", SI);
1546       }
1547       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
1548     }
1549     
1550   } else {
1551     const ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
1552     const Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
1553     uint64_t ElementOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
1554     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
1555
1556     uint64_t Shift;
1557     
1558     if (TD->isBigEndian())
1559       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
1560     else 
1561       Shift = 0;
1562     
1563     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1564       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
1565       if (ElementSizeBits == 0) continue;
1566       
1567       Value *EltVal = SrcVal;
1568       if (Shift) {
1569         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
1570         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
1571                                             "sroa.store.elt", SI);
1572       }
1573       
1574       // Truncate down to an integer of the right size.
1575       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
1576         EltVal = new TruncInst(EltVal, 
1577                                IntegerType::get(SI->getContext(), 
1578                                                 ElementSizeBits),"",SI);
1579       Value *DestField = NewElts[i];
1580       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
1581         // Storing to an integer field of this size, just do it.
1582       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPointTy() ||
1583                  ArrayEltTy->isVectorTy()) {
1584         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
1585         EltVal = new BitCastInst(EltVal, ArrayEltTy, "", SI);
1586       } else {
1587         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
1588         DestField = new BitCastInst(DestField,
1589                               PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
1590                                     "", SI);
1591       }
1592       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
1593       
1594       if (TD->isBigEndian())
1595         Shift -= ElementOffset;
1596       else 
1597         Shift += ElementOffset;
1598     }
1599   }
1600   
1601   DeadInsts.push_back(SI);
1602 }
1603
1604 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found a load of the entire allocation to
1605 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
1606 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
1607                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1608   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
1609   // and form the result value.
1610   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
1611   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
1612   
1613   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
1614                << '\n');
1615   
1616   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
1617   // have different ways to compute the element offset.
1618   const StructLayout *Layout = 0;
1619   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
1620   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
1621     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
1622   } else {
1623     const Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
1624     ArrayEltBitOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
1625   }    
1626   
1627   Value *ResultVal = 
1628     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
1629   
1630   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1631     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
1632     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
1633     Value *SrcField = NewElts[i];
1634     const Type *FieldTy =
1635       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
1636     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
1637     
1638     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
1639     if (FieldSizeBits == 0) continue;
1640     
1641     const IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(), 
1642                                                      FieldSizeBits);
1643     if (!FieldTy->isIntegerTy() && !FieldTy->isFloatingPointTy() &&
1644         !FieldTy->isVectorTy())
1645       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
1646                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
1647                                  "", LI);
1648     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
1649
1650     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
1651     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
1652     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
1653       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
1654
1655     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
1656     // we can shift and insert it.
1657     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
1658       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
1659     
1660     // Determine the number of bits to shift SrcField.
1661     uint64_t Shift;
1662     if (Layout) // Struct case.
1663       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
1664     else  // Array case.
1665       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
1666     
1667     if (TD->isBigEndian())
1668       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
1669     
1670     if (Shift) {
1671       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
1672       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
1673     }
1674
1675     // Don't create an 'or x, 0' on the first iteration.
1676     if (!isa<Constant>(ResultVal) ||
1677         !cast<Constant>(ResultVal)->isNullValue())
1678       ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
1679     else
1680       ResultVal = SrcField;
1681   }
1682
1683   // Handle tail padding by truncating the result
1684   if (TD->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
1685     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
1686
1687   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
1688   DeadInsts.push_back(LI);
1689 }
1690
1691 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
1692 /// alignment padding, false otherwise.
1693 static bool HasPadding(const Type *Ty, const TargetData &TD) {
1694   if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty))
1695     return HasPadding(ATy->getElementType(), TD);
1696   
1697   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(Ty))
1698     return HasPadding(VTy->getElementType(), TD);
1699   
1700   if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
1701     const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1702     unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
1703     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1704       unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
1705
1706       // Padding in sub-elements?
1707       if (HasPadding(STy->getElementType(i), TD))
1708         return true;
1709
1710       // Check to see if there is any padding between this element and the
1711       // previous one.
1712       if (i) {
1713         unsigned PrevFieldEnd =
1714         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
1715         if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
1716           return true;
1717       }
1718
1719       PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
1720     }
1721
1722     //  Check for tail padding.
1723     if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
1724       unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
1725                    TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
1726       if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
1727         return true;
1728     }
1729   }
1730   
1731   return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
1732 }
1733
1734 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
1735 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
1736 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
1737 bool SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI) {
1738   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
1739   // the users are safe to transform.
1740   AllocaInfo Info;
1741   
1742   isSafeForScalarRepl(AI, AI, 0, Info);
1743   if (Info.isUnsafe) {
1744     DEBUG(dbgs() << "Cannot transform: " << *AI << '\n');
1745     return false;
1746   }
1747   
1748   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
1749   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
1750   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
1751   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
1752   // struct.
1753   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
1754       HasPadding(AI->getAllocatedType(), *TD))
1755     return false;
1756
1757   return true;
1758 }
1759
1760
1761
1762 /// PointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
1763 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
1764 /// constant expressions because we don't can't rewrite arbitrary instructions.
1765 static bool PointsToConstantGlobal(Value *V) {
1766   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
1767     return GV->isConstant();
1768   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
1769     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast || 
1770         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
1771       return PointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
1772   return false;
1773 }
1774
1775 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
1776 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
1777 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
1778 /// track of whether it moves the pointer (with isOffset) but otherwise traverse
1779 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
1780 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant  global, we
1781 /// can optimize this.
1782 static bool isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, MemTransferInst *&TheCopy,
1783                                            bool isOffset) {
1784   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1785     User *U = cast<Instruction>(*UI);
1786
1787     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U))
1788       // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
1789       if (!LI->isVolatile())
1790         continue;
1791     
1792     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
1793       // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
1794       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(BCI, TheCopy, isOffset))
1795         return false;
1796       continue;
1797     }
1798     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
1799       // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer.  If it
1800       // doesn't, it does.
1801       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(GEP, TheCopy,
1802                                          isOffset || !GEP->hasAllZeroIndices()))
1803         return false;
1804       continue;
1805     }
1806     
1807     // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
1808     // handle.
1809     MemTransferInst *MI = dyn_cast<MemTransferInst>(U);
1810     if (MI == 0)
1811       return false;
1812
1813     // If we already have seen a copy, reject the second one.
1814     if (TheCopy) return false;
1815     
1816     // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
1817     // safely handle this.
1818     if (isOffset) return false;
1819
1820     // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
1821     if (UI.getOperandNo() != 0) return false;
1822     
1823     // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
1824     if (!PointsToConstantGlobal(MI->getSource()))
1825       return false;
1826     
1827     // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
1828     TheCopy = MI;
1829   }
1830   return true;
1831 }
1832
1833 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
1834 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
1835 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
1836 MemTransferInst *SROA::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI) {
1837   MemTransferInst *TheCopy = 0;
1838   if (::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, false))
1839     return TheCopy;
1840   return 0;
1841 }