PR10987: add a missed safety check to isSafePHIToSpeculate in scalarrepl.
[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/DebugInfo.h"
34 #include "llvm/Analysis/DIBuilder.h"
35 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
36 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
37 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
38 #include "llvm/Target/TargetData.h"
39 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
40 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
41 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
42 #include "llvm/Support/CallSite.h"
43 #include "llvm/Support/Debug.h"
44 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
45 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
46 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
47 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
48 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
49 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
50 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
51 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
52 using namespace llvm;
53
54 STATISTIC(NumReplaced,  "Number of allocas broken up");
55 STATISTIC(NumPromoted,  "Number of allocas promoted");
56 STATISTIC(NumAdjusted,  "Number of scalar allocas adjusted to allow promotion");
57 STATISTIC(NumConverted, "Number of aggregates converted to scalar");
58 STATISTIC(NumGlobals,   "Number of allocas copied from constant global");
59
60 namespace {
61   struct SROA : public FunctionPass {
62     SROA(int T, bool hasDT, char &ID)
63       : FunctionPass(ID), HasDomTree(hasDT) {
64       if (T == -1)
65         SRThreshold = 128;
66       else
67         SRThreshold = T;
68     }
69
70     bool runOnFunction(Function &F);
71
72     bool performScalarRepl(Function &F);
73     bool performPromotion(Function &F);
74
75   private:
76     bool HasDomTree;
77     TargetData *TD;
78
79     /// DeadInsts - Keep track of instructions we have made dead, so that
80     /// we can remove them after we are done working.
81     SmallVector<Value*, 32> DeadInsts;
82
83     /// AllocaInfo - When analyzing uses of an alloca instruction, this captures
84     /// information about the uses.  All these fields are initialized to false
85     /// and set to true when something is learned.
86     struct AllocaInfo {
87       /// The alloca to promote.
88       AllocaInst *AI;
89       
90       /// CheckedPHIs - This is a set of verified PHI nodes, to prevent infinite
91       /// looping and avoid redundant work.
92       SmallPtrSet<PHINode*, 8> CheckedPHIs;
93       
94       /// isUnsafe - This is set to true if the alloca cannot be SROA'd.
95       bool isUnsafe : 1;
96
97       /// isMemCpySrc - This is true if this aggregate is memcpy'd from.
98       bool isMemCpySrc : 1;
99
100       /// isMemCpyDst - This is true if this aggregate is memcpy'd into.
101       bool isMemCpyDst : 1;
102
103       /// hasSubelementAccess - This is true if a subelement of the alloca is
104       /// ever accessed, or false if the alloca is only accessed with mem
105       /// intrinsics or load/store that only access the entire alloca at once.
106       bool hasSubelementAccess : 1;
107       
108       /// hasALoadOrStore - This is true if there are any loads or stores to it.
109       /// The alloca may just be accessed with memcpy, for example, which would
110       /// not set this.
111       bool hasALoadOrStore : 1;
112       
113       explicit AllocaInfo(AllocaInst *ai)
114         : AI(ai), isUnsafe(false), isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false),
115           hasSubelementAccess(false), hasALoadOrStore(false) {}
116     };
117
118     unsigned SRThreshold;
119
120     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I, Instruction *User) {
121       I.isUnsafe = true;
122       DEBUG(dbgs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
123     }
124
125     bool isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI);
126
127     void isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset, AllocaInfo &Info);
128     void isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *User, uint64_t Offset,
129                                          AllocaInfo &Info);
130     void isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info);
131     void isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
132                          Type *MemOpType, bool isStore, AllocaInfo &Info,
133                          Instruction *TheAccess, bool AllowWholeAccess);
134     bool TypeHasComponent(Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size);
135     uint64_t FindElementAndOffset(Type *&T, uint64_t &Offset,
136                                   Type *&IdxTy);
137
138     void DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
139                              std::vector<AllocaInst*> &WorkList);
140     void DeleteDeadInstructions();
141
142     void RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
143                               SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
144     void RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
145                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
146     void RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
147                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
148     void RewriteLifetimeIntrinsic(IntrinsicInst *II, AllocaInst *AI,
149                                   uint64_t Offset,
150                                   SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
151     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
152                                       AllocaInst *AI,
153                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
154     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
155                                        SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
156     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
157                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
158
159     static MemTransferInst *isOnlyCopiedFromConstantGlobal(
160         AllocaInst *AI, SmallVector<Instruction*, 4> &ToDelete);
161   };
162   
163   // SROA_DT - SROA that uses DominatorTree.
164   struct SROA_DT : public SROA {
165     static char ID;
166   public:
167     SROA_DT(int T = -1) : SROA(T, true, ID) {
168       initializeSROA_DTPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
169     }
170     
171     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
172     // will not alter the CFG, so say so.
173     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
174       AU.addRequired<DominatorTree>();
175       AU.setPreservesCFG();
176     }
177   };
178   
179   // SROA_SSAUp - SROA that uses SSAUpdater.
180   struct SROA_SSAUp : public SROA {
181     static char ID;
182   public:
183     SROA_SSAUp(int T = -1) : SROA(T, false, ID) {
184       initializeSROA_SSAUpPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
185     }
186     
187     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
188     // will not alter the CFG, so say so.
189     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
190       AU.setPreservesCFG();
191     }
192   };
193   
194 }
195
196 char SROA_DT::ID = 0;
197 char SROA_SSAUp::ID = 0;
198
199 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_DT, "scalarrepl",
200                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
201 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
202 INITIALIZE_PASS_END(SROA_DT, "scalarrepl",
203                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
204
205 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
206                       "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
207 INITIALIZE_PASS_END(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
208                     "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
209
210 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
211 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(int Threshold,
212                                                    bool UseDomTree) {
213   if (UseDomTree)
214     return new SROA_DT(Threshold);
215   return new SROA_SSAUp(Threshold);
216 }
217
218
219 //===----------------------------------------------------------------------===//
220 // Convert To Scalar Optimization.
221 //===----------------------------------------------------------------------===//
222
223 namespace {
224 /// ConvertToScalarInfo - This class implements the "Convert To Scalar"
225 /// optimization, which scans the uses of an alloca and determines if it can
226 /// rewrite it in terms of a single new alloca that can be mem2reg'd.
227 class ConvertToScalarInfo {
228   /// AllocaSize - The size of the alloca being considered in bytes.
229   unsigned AllocaSize;
230   const TargetData &TD;
231
232   /// IsNotTrivial - This is set to true if there is some access to the object
233   /// which means that mem2reg can't promote it.
234   bool IsNotTrivial;
235
236   /// ScalarKind - Tracks the kind of alloca being considered for promotion,
237   /// computed based on the uses of the alloca rather than the LLVM type system.
238   enum {
239     Unknown,
240
241     // Accesses via GEPs that are consistent with element access of a vector
242     // type. This will not be converted into a vector unless there is a later
243     // access using an actual vector type.
244     ImplicitVector,
245
246     // Accesses via vector operations and GEPs that are consistent with the
247     // layout of a vector type.
248     Vector,
249
250     // An integer bag-of-bits with bitwise operations for insertion and
251     // extraction. Any combination of types can be converted into this kind
252     // of scalar.
253     Integer
254   } ScalarKind;
255
256   /// VectorTy - This tracks the type that we should promote the vector to if
257   /// it is possible to turn it into a vector.  This starts out null, and if it
258   /// isn't possible to turn into a vector type, it gets set to VoidTy.
259   VectorType *VectorTy;
260
261   /// HadNonMemTransferAccess - True if there is at least one access to the 
262   /// alloca that is not a MemTransferInst.  We don't want to turn structs into
263   /// large integers unless there is some potential for optimization.
264   bool HadNonMemTransferAccess;
265
266 public:
267   explicit ConvertToScalarInfo(unsigned Size, const TargetData &td)
268     : AllocaSize(Size), TD(td), IsNotTrivial(false), ScalarKind(Unknown),
269       VectorTy(0), HadNonMemTransferAccess(false) { }
270
271   AllocaInst *TryConvert(AllocaInst *AI);
272
273 private:
274   bool CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset);
275   void MergeInTypeForLoadOrStore(Type *In, uint64_t Offset);
276   bool MergeInVectorType(VectorType *VInTy, uint64_t Offset);
277   void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset);
278
279   Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, Type *ToType,
280                                     uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
281   Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
282                                    uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
283 };
284 } // end anonymous namespace.
285
286
287 /// TryConvert - Analyze the specified alloca, and if it is safe to do so,
288 /// rewrite it to be a new alloca which is mem2reg'able.  This returns the new
289 /// alloca if possible or null if not.
290 AllocaInst *ConvertToScalarInfo::TryConvert(AllocaInst *AI) {
291   // If we can't convert this scalar, or if mem2reg can trivially do it, bail
292   // out.
293   if (!CanConvertToScalar(AI, 0) || !IsNotTrivial)
294     return 0;
295
296   // If an alloca has only memset / memcpy uses, it may still have an Unknown
297   // ScalarKind. Treat it as an Integer below.
298   if (ScalarKind == Unknown)
299     ScalarKind = Integer;
300
301   // FIXME: It should be possible to promote the vector type up to the alloca's
302   // size.
303   if (ScalarKind == Vector && VectorTy->getBitWidth() != AllocaSize * 8)
304     ScalarKind = Integer;
305
306   // If we were able to find a vector type that can handle this with
307   // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
308   // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
309   // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
310   // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
311   // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
312   Type *NewTy;
313   if (ScalarKind == Vector) {
314     assert(VectorTy && "Missing type for vector scalar.");
315     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "\n  TYPE = "
316           << *VectorTy << '\n');
317     NewTy = VectorTy;  // Use the vector type.
318   } else {
319     unsigned BitWidth = AllocaSize * 8;
320     if ((ScalarKind == ImplicitVector || ScalarKind == Integer) &&
321         !HadNonMemTransferAccess && !TD.fitsInLegalInteger(BitWidth))
322       return 0;
323
324     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n");
325     // Create and insert the integer alloca.
326     NewTy = IntegerType::get(AI->getContext(), BitWidth);
327   }
328   AllocaInst *NewAI = new AllocaInst(NewTy, 0, "", AI->getParent()->begin());
329   ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
330   return NewAI;
331 }
332
333 /// MergeInTypeForLoadOrStore - Add the 'In' type to the accumulated vector type
334 /// (VectorTy) so far at the offset specified by Offset (which is specified in
335 /// bytes).
336 ///
337 /// There are three cases we handle here:
338 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
339 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
340 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
341 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
342 ///   2) A union of vector types with power-of-2 size differences, e.g. a float,
343 ///      <2 x float> and <4 x float>.  Here we turn element accesses into insert
344 ///      and extract element operations, and <2 x float> accesses into a cast to
345 ///      <2 x double>, an extract, and a cast back to <2 x float>.
346 ///   3) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
347 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
348 ///      and stores would mutate the memory.  We mark this by setting VectorTy
349 ///      to VoidTy.
350 void ConvertToScalarInfo::MergeInTypeForLoadOrStore(Type *In,
351                                                     uint64_t Offset) {
352   // If we already decided to turn this into a blob of integer memory, there is
353   // nothing to be done.
354   if (ScalarKind == Integer)
355     return;
356
357   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
358
359   // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
360   // matches the existing VecTy.
361   if (VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
362     if (MergeInVectorType(VInTy, Offset))
363       return;
364   } else if (In->isFloatTy() || In->isDoubleTy() ||
365              (In->isIntegerTy() && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
366               isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
367     // Full width accesses can be ignored, because they can always be turned
368     // into bitcasts.
369     unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
370     if (EltSize == AllocaSize)
371       return;
372
373     // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
374     // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
375     // compatible with it.
376     if (Offset % EltSize == 0 && AllocaSize % EltSize == 0 &&
377         (!VectorTy || Offset * 8 < VectorTy->getPrimitiveSizeInBits())) {
378       if (!VectorTy) {
379         ScalarKind = ImplicitVector;
380         VectorTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
381         return;
382       }
383
384       unsigned CurrentEltSize = VectorTy->getElementType()
385                                 ->getPrimitiveSizeInBits()/8;
386       if (EltSize == CurrentEltSize)
387         return;
388
389       if (In->isIntegerTy() && isPowerOf2_32(AllocaSize / EltSize))
390         return;
391     }
392   }
393
394   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
395   // form.  We can still turn this into a large integer.
396   ScalarKind = Integer;
397 }
398
399 /// MergeInVectorType - Handles the vector case of MergeInTypeForLoadOrStore,
400 /// returning true if the type was successfully merged and false otherwise.
401 bool ConvertToScalarInfo::MergeInVectorType(VectorType *VInTy,
402                                             uint64_t Offset) {
403   // TODO: Support nonzero offsets?
404   if (Offset != 0)
405     return false;
406
407   // Only allow vectors that are a power-of-2 away from the size of the alloca.
408   if (!isPowerOf2_64(AllocaSize / (VInTy->getBitWidth() / 8)))
409     return false;
410
411   // If this the first vector we see, remember the type so that we know the
412   // element size.
413   if (!VectorTy) {
414     ScalarKind = Vector;
415     VectorTy = VInTy;
416     return true;
417   }
418
419   unsigned BitWidth = VectorTy->getBitWidth();
420   unsigned InBitWidth = VInTy->getBitWidth();
421
422   // Vectors of the same size can be converted using a simple bitcast.
423   if (InBitWidth == BitWidth && AllocaSize == (InBitWidth / 8)) {
424     ScalarKind = Vector;
425     return true;
426   }
427
428   Type *ElementTy = VectorTy->getElementType();
429   Type *InElementTy = VInTy->getElementType();
430
431   // If they're the same alloc size, we'll be attempting to convert between
432   // them with a vector shuffle, which requires the element types to match.
433   if (TD.getTypeAllocSize(VectorTy) == TD.getTypeAllocSize(VInTy) &&
434       ElementTy != InElementTy)
435     return false;
436
437   // Do not allow mixed integer and floating-point accesses from vectors of
438   // different sizes.
439   if (ElementTy->isFloatingPointTy() != InElementTy->isFloatingPointTy())
440     return false;
441
442   if (ElementTy->isFloatingPointTy()) {
443     // Only allow floating-point vectors of different sizes if they have the
444     // same element type.
445     // TODO: This could be loosened a bit, but would anything benefit?
446     if (ElementTy != InElementTy)
447       return false;
448
449     // There are no arbitrary-precision floating-point types, which limits the
450     // number of legal vector types with larger element types that we can form
451     // to bitcast and extract a subvector.
452     // TODO: We could support some more cases with mixed fp128 and double here.
453     if (!(BitWidth == 64 || BitWidth == 128) ||
454         !(InBitWidth == 64 || InBitWidth == 128))
455       return false;
456   } else {
457     assert(ElementTy->isIntegerTy() && "Vector elements must be either integer "
458                                        "or floating-point.");
459     unsigned BitWidth = ElementTy->getPrimitiveSizeInBits();
460     unsigned InBitWidth = InElementTy->getPrimitiveSizeInBits();
461
462     // Do not allow integer types smaller than a byte or types whose widths are
463     // not a multiple of a byte.
464     if (BitWidth < 8 || InBitWidth < 8 ||
465         BitWidth % 8 != 0 || InBitWidth % 8 != 0)
466       return false;
467   }
468
469   // Pick the largest of the two vector types.
470   ScalarKind = Vector;
471   if (InBitWidth > BitWidth)
472     VectorTy = VInTy;
473
474   return true;
475 }
476
477 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
478 /// its accesses to a single vector type, return true and set VecTy to
479 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
480 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
481 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
482 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
483 ///
484 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
485 /// SawVec flag.
486 bool ConvertToScalarInfo::CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset) {
487   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
488     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
489
490     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
491       // Don't break volatile loads.
492       if (!LI->isSimple())
493         return false;
494       // Don't touch MMX operations.
495       if (LI->getType()->isX86_MMXTy())
496         return false;
497       HadNonMemTransferAccess = true;
498       MergeInTypeForLoadOrStore(LI->getType(), Offset);
499       continue;
500     }
501
502     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
503       // Storing the pointer, not into the value?
504       if (SI->getOperand(0) == V || !SI->isSimple()) return false;
505       // Don't touch MMX operations.
506       if (SI->getOperand(0)->getType()->isX86_MMXTy())
507         return false;
508       HadNonMemTransferAccess = true;
509       MergeInTypeForLoadOrStore(SI->getOperand(0)->getType(), Offset);
510       continue;
511     }
512
513     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
514       if (!onlyUsedByLifetimeMarkers(BCI))
515         IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
516       if (!CanConvertToScalar(BCI, Offset))
517         return false;
518       continue;
519     }
520
521     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
522       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
523       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
524         return false;
525
526       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
527       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
528       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
529                                                Indices);
530       // See if all uses can be converted.
531       if (!CanConvertToScalar(GEP, Offset+GEPOffset))
532         return false;
533       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
534       HadNonMemTransferAccess = true;
535       continue;
536     }
537
538     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
539     // handle it.
540     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
541       // Store of constant value.
542       if (!isa<ConstantInt>(MSI->getValue()))
543         return false;
544
545       // Store of constant size.
546       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MSI->getLength());
547       if (!Len)
548         return false;
549
550       // If the size differs from the alloca, we can only convert the alloca to
551       // an integer bag-of-bits.
552       // FIXME: This should handle all of the cases that are currently accepted
553       // as vector element insertions.
554       if (Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
555         ScalarKind = Integer;
556
557       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
558       HadNonMemTransferAccess = true;
559       continue;
560     }
561
562     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
563     // can handle it like a load or store of the scalar type.
564     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
565       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength());
566       if (Len == 0 || Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
567         return false;
568
569       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
570       continue;
571     }
572
573     // If this is a lifetime intrinsic, we can handle it.
574     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
575       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
576           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
577         continue;
578       }
579     }
580
581     // Otherwise, we cannot handle this!
582     return false;
583   }
584
585   return true;
586 }
587
588 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
589 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
590 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
591 /// vector with insert/extractelement instructions.
592 ///
593 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
594 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
595 void ConvertToScalarInfo::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI,
596                                               uint64_t Offset) {
597   while (!Ptr->use_empty()) {
598     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
599
600     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
601       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset);
602       CI->eraseFromParent();
603       continue;
604     }
605
606     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
607       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
608       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
609       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
610                                                Indices);
611       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8);
612       GEP->eraseFromParent();
613       continue;
614     }
615
616     IRBuilder<> Builder(User);
617
618     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
619       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
620       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "tmp");
621       Value *NewLoadVal
622         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset, Builder);
623       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
624       LI->eraseFromParent();
625       continue;
626     }
627
628     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
629       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
630       Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
631       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
632                                              Builder);
633       Builder.CreateStore(New, NewAI);
634       SI->eraseFromParent();
635
636       // If the load we just inserted is now dead, then the inserted store
637       // overwrote the entire thing.
638       if (Old->use_empty())
639         Old->eraseFromParent();
640       continue;
641     }
642
643     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
644     // transform it into a store of the expanded constant value.
645     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
646       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
647       unsigned NumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
648       if (NumBytes != 0) {
649         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
650
651         // Compute the value replicated the right number of times.
652         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
653
654         // Splat the value if non-zero.
655         if (Val)
656           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
657             APVal |= APVal << 8;
658
659         Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
660         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
661                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
662                                                Old, Offset, Builder);
663         Builder.CreateStore(New, NewAI);
664
665         // If the load we just inserted is now dead, then the memset overwrote
666         // the entire thing.
667         if (Old->use_empty())
668           Old->eraseFromParent();
669       }
670       MSI->eraseFromParent();
671       continue;
672     }
673
674     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
675     // can handle it like a load or store of the scalar type.
676     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
677       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
678
679       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
680       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
681       // as appropriate.
682       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Ptr, &TD, 0));
683
684       if (GetUnderlyingObject(MTI->getSource(), &TD, 0) != OrigAI) {
685         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
686         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
687         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
688         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
689         PointerType* SPTy = cast<PointerType>(SrcPtr->getType());
690         PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
691         if (SPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
692           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
693                                    SPTy->getAddressSpace());
694         }
695         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, AIPTy);
696
697         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
698         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
699         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
700       } else if (GetUnderlyingObject(MTI->getDest(), &TD, 0) != OrigAI) {
701         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
702         // through the original dest pointer (bitcasted).
703         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
704         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
705
706         PointerType* DPTy = cast<PointerType>(MTI->getDest()->getType());
707         PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
708         if (DPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
709           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
710                                    DPTy->getAddressSpace());
711         }
712         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), AIPTy);
713
714         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
715         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
716       } else {
717         // Noop transfer. Src == Dst
718       }
719
720       MTI->eraseFromParent();
721       continue;
722     }
723
724     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
725       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
726           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
727         // There's no need to preserve these, as the resulting alloca will be
728         // converted to a register anyways.
729         II->eraseFromParent();
730         continue;
731       }
732     }
733
734     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
735   }
736 }
737
738 /// getScaledElementType - Gets a scaled element type for a partial vector
739 /// access of an alloca. The input types must be integer or floating-point
740 /// scalar or vector types, and the resulting type is an integer, float or
741 /// double.
742 static Type *getScaledElementType(Type *Ty1, Type *Ty2,
743                                         unsigned NewBitWidth) {
744   bool IsFP1 = Ty1->isFloatingPointTy() ||
745                (Ty1->isVectorTy() &&
746                 cast<VectorType>(Ty1)->getElementType()->isFloatingPointTy());
747   bool IsFP2 = Ty2->isFloatingPointTy() ||
748                (Ty2->isVectorTy() &&
749                 cast<VectorType>(Ty2)->getElementType()->isFloatingPointTy());
750
751   LLVMContext &Context = Ty1->getContext();
752
753   // Prefer floating-point types over integer types, as integer types may have
754   // been created by earlier scalar replacement.
755   if (IsFP1 || IsFP2) {
756     if (NewBitWidth == 32)
757       return Type::getFloatTy(Context);
758     if (NewBitWidth == 64)
759       return Type::getDoubleTy(Context);
760   }
761
762   return Type::getIntNTy(Context, NewBitWidth);
763 }
764
765 /// CreateShuffleVectorCast - Creates a shuffle vector to convert one vector
766 /// to another vector of the same element type which has the same allocation
767 /// size but different primitive sizes (e.g. <3 x i32> and <4 x i32>).
768 static Value *CreateShuffleVectorCast(Value *FromVal, Type *ToType,
769                                       IRBuilder<> &Builder) {
770   Type *FromType = FromVal->getType();
771   VectorType *FromVTy = cast<VectorType>(FromType);
772   VectorType *ToVTy = cast<VectorType>(ToType);
773   assert((ToVTy->getElementType() == FromVTy->getElementType()) &&
774          "Vectors must have the same element type");
775    Value *UnV = UndefValue::get(FromType);
776    unsigned numEltsFrom = FromVTy->getNumElements();
777    unsigned numEltsTo = ToVTy->getNumElements();
778
779    SmallVector<Constant*, 3> Args;
780    Type* Int32Ty = Builder.getInt32Ty();
781    unsigned minNumElts = std::min(numEltsFrom, numEltsTo);
782    unsigned i;
783    for (i=0; i != minNumElts; ++i)
784      Args.push_back(ConstantInt::get(Int32Ty, i));
785
786    if (i < numEltsTo) {
787      Constant* UnC = UndefValue::get(Int32Ty);
788      for (; i != numEltsTo; ++i)
789        Args.push_back(UnC);
790    }
791    Constant *Mask = ConstantVector::get(Args);
792    return Builder.CreateShuffleVector(FromVal, UnV, Mask, "tmpV");
793 }
794
795 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
796 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
797 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
798 ///
799 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
800 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
801 /// insert/extractelement instructions.
802 ///
803 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
804 /// shifted to the right.
805 Value *ConvertToScalarInfo::
806 ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, Type *ToType,
807                            uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
808   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
809   Type *FromType = FromVal->getType();
810   if (FromType == ToType && Offset == 0)
811     return FromVal;
812
813   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
814   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
815   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromType)) {
816     unsigned FromTypeSize = TD.getTypeAllocSize(FromType);
817     unsigned ToTypeSize = TD.getTypeAllocSize(ToType);
818     if (FromTypeSize == ToTypeSize) {
819       // If the two types have the same primitive size, use a bit cast.
820       // Otherwise, it is two vectors with the same element type that has
821       // the same allocation size but different number of elements so use
822       // a shuffle vector.
823       if (FromType->getPrimitiveSizeInBits() ==
824           ToType->getPrimitiveSizeInBits())
825         return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
826       else
827         return CreateShuffleVectorCast(FromVal, ToType, Builder);
828     }
829
830     if (isPowerOf2_64(FromTypeSize / ToTypeSize)) {
831       assert(!(ToType->isVectorTy() && Offset != 0) && "Can't extract a value "
832              "of a smaller vector type at a nonzero offset.");
833
834       Type *CastElementTy = getScaledElementType(FromType, ToType,
835                                                        ToTypeSize * 8);
836       unsigned NumCastVectorElements = FromTypeSize / ToTypeSize;
837
838       LLVMContext &Context = FromVal->getContext();
839       Type *CastTy = VectorType::get(CastElementTy,
840                                            NumCastVectorElements);
841       Value *Cast = Builder.CreateBitCast(FromVal, CastTy, "tmp");
842
843       unsigned EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(CastElementTy);
844       unsigned Elt = Offset/EltSize;
845       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
846       Value *Extract = Builder.CreateExtractElement(Cast, ConstantInt::get(
847                                         Type::getInt32Ty(Context), Elt), "tmp");
848       return Builder.CreateBitCast(Extract, ToType, "tmp");
849     }
850
851     // Otherwise it must be an element access.
852     unsigned Elt = 0;
853     if (Offset) {
854       unsigned EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
855       Elt = Offset/EltSize;
856       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
857     }
858     // Return the element extracted out of it.
859     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, ConstantInt::get(
860                     Type::getInt32Ty(FromVal->getContext()), Elt), "tmp");
861     if (V->getType() != ToType)
862       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType, "tmp");
863     return V;
864   }
865
866   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
867   // use insertvalue's to form the FCA.
868   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
869     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
870     Value *Res = UndefValue::get(ST);
871     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
872       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
873                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
874                                               Builder);
875       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
876     }
877     return Res;
878   }
879
880   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
881     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
882     Value *Res = UndefValue::get(AT);
883     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
884       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
885                                               Offset+i*EltSize, Builder);
886       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
887     }
888     return Res;
889   }
890
891   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
892   IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
893
894   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
895   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
896   int ShAmt = 0;
897   if (TD.isBigEndian()) {
898     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
899     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
900     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
901     ShAmt = TD.getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
902             TD.getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
903   } else {
904     ShAmt = Offset;
905   }
906
907   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
908   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
909   // only some bits are used.
910   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
911     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
912                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(),
913                                                            ShAmt), "tmp");
914   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
915     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal,
916                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(),
917                                                           -ShAmt), "tmp");
918
919   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
920   unsigned LIBitWidth = TD.getTypeSizeInBits(ToType);
921   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
922     FromVal =
923       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
924                                                     LIBitWidth), "tmp");
925   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
926     FromVal =
927        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
928                                                     LIBitWidth), "tmp");
929
930   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
931   if (ToType->isIntegerTy()) {
932     // Should be done.
933   } else if (ToType->isFloatingPointTy() || ToType->isVectorTy()) {
934     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
935     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
936   } else {
937     // Otherwise must be a pointer.
938     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType, "tmp");
939   }
940   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
941   return FromVal;
942 }
943
944 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
945 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
946 ///
947 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
948 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
949 /// vector with insert/extractelement instructions.
950 ///
951 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
952 /// shifted to the right.
953 Value *ConvertToScalarInfo::
954 ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
955                           uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
956   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
957   // then 'or' into place.
958   Type *AllocaType = Old->getType();
959   LLVMContext &Context = Old->getContext();
960
961   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
962     uint64_t VecSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy);
963     uint64_t ValSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
964
965     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
966     // vector type?
967     if (ValSize == VecSize) {
968       // If the two types have the same primitive size, use a bit cast.
969       // Otherwise, it is two vectors with the same element type that has
970       // the same allocation size but different number of elements so use
971       // a shuffle vector.
972       if (VTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
973           SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
974         return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType, "tmp");
975       else
976         return CreateShuffleVectorCast(SV, VTy, Builder);
977     }
978
979     if (isPowerOf2_64(VecSize / ValSize)) {
980       assert(!(SV->getType()->isVectorTy() && Offset != 0) && "Can't insert a "
981              "value of a smaller vector type at a nonzero offset.");
982
983       Type *CastElementTy = getScaledElementType(VTy, SV->getType(),
984                                                        ValSize);
985       unsigned NumCastVectorElements = VecSize / ValSize;
986
987       LLVMContext &Context = SV->getContext();
988       Type *OldCastTy = VectorType::get(CastElementTy,
989                                               NumCastVectorElements);
990       Value *OldCast = Builder.CreateBitCast(Old, OldCastTy, "tmp");
991
992       Value *SVCast = Builder.CreateBitCast(SV, CastElementTy, "tmp");
993
994       unsigned EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(CastElementTy);
995       unsigned Elt = Offset/EltSize;
996       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
997       Value *Insert =
998         Builder.CreateInsertElement(OldCast, SVCast, ConstantInt::get(
999                                         Type::getInt32Ty(Context), Elt), "tmp");
1000       return Builder.CreateBitCast(Insert, AllocaType, "tmp");
1001     }
1002
1003     // Must be an element insertion.
1004     assert(SV->getType() == VTy->getElementType());
1005     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
1006     unsigned Elt = Offset/EltSize;
1007     return Builder.CreateInsertElement(Old, SV,
1008                      ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(SV->getContext()), Elt),
1009                                      "tmp");
1010   }
1011
1012   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
1013   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
1014     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
1015     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
1016       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
1017       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old,
1018                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
1019                                       Builder);
1020     }
1021     return Old;
1022   }
1023
1024   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
1025     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
1026     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1027       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
1028       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, Builder);
1029     }
1030     return Old;
1031   }
1032
1033   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
1034   // If it is a pointer, do the same.
1035   unsigned SrcWidth = TD.getTypeSizeInBits(SV->getType());
1036   unsigned DestWidth = TD.getTypeSizeInBits(AllocaType);
1037   unsigned SrcStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
1038   unsigned DestStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
1039   if (SV->getType()->isFloatingPointTy() || SV->getType()->isVectorTy())
1040     SV = Builder.CreateBitCast(SV,
1041                             IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth), "tmp");
1042   else if (SV->getType()->isPointerTy())
1043     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, TD.getIntPtrType(SV->getContext()), "tmp");
1044
1045   // Zero extend or truncate the value if needed.
1046   if (SV->getType() != AllocaType) {
1047     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1048              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
1049       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType, "tmp");
1050     else {
1051       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
1052       // (undefined behavior).
1053       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType, "tmp");
1054       SrcWidth = DestWidth;
1055       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
1056     }
1057   }
1058
1059   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
1060   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1061   int ShAmt = 0;
1062   if (TD.isBigEndian()) {
1063     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1064     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1065     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1066     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
1067   } else {
1068     ShAmt = Offset;
1069   }
1070
1071   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
1072   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
1073   // only some bits in the structure are set.
1074   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
1075   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
1076     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1077                            ShAmt), "tmp");
1078     Mask <<= ShAmt;
1079   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
1080     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1081                             -ShAmt), "tmp");
1082     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
1083   }
1084
1085   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
1086   // in the new bits.
1087   if (SrcWidth != DestWidth) {
1088     assert(DestWidth > SrcWidth);
1089     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
1090     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
1091   }
1092   return SV;
1093 }
1094
1095
1096 //===----------------------------------------------------------------------===//
1097 // SRoA Driver
1098 //===----------------------------------------------------------------------===//
1099
1100
1101 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
1102   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1103
1104   bool Changed = performPromotion(F);
1105
1106   // FIXME: ScalarRepl currently depends on TargetData more than it
1107   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
1108   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
1109   // scalar-replacement portion of this pass.
1110   if (!TD) return Changed;
1111
1112   while (1) {
1113     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
1114     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
1115     Changed = true;
1116     LocalChange = performPromotion(F);
1117     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
1118   }
1119
1120   return Changed;
1121 }
1122
1123 namespace {
1124 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1125   AllocaInst *AI;
1126   DIBuilder *DIB;
1127   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
1128   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
1129 public:
1130   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
1131                  DIBuilder *DB)
1132     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(0), DIB(DB) {}
1133   
1134   void run(AllocaInst *AI, const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
1135     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
1136     this->AI = AI;
1137     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI->getContext(), AI))
1138       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
1139              E = DebugNode->use_end(); UI != E; ++UI)
1140         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
1141           DDIs.push_back(DDI);
1142         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
1143           DVIs.push_back(DVI);
1144
1145     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1146     AI->eraseFromParent();
1147     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::iterator I = DDIs.begin(), 
1148            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1149       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1150       DDI->eraseFromParent();
1151     }
1152     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::iterator I = DVIs.begin(), 
1153            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1154       DbgValueInst *DVI = *I;
1155       DVI->eraseFromParent();
1156     }
1157   }
1158   
1159   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
1160                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
1161     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1162       return LI->getOperand(0) == AI;
1163     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == AI;
1164   }
1165
1166   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
1167     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::const_iterator I = DDIs.begin(), 
1168            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1169       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1170       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1171         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, *DIB);
1172       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
1173         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, *DIB);
1174     }
1175     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::const_iterator I = DVIs.begin(), 
1176            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1177       DbgValueInst *DVI = *I;
1178       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1179         Instruction *DbgVal = NULL;
1180         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
1181         // may be zapped by an optimization pass in future.
1182         Argument *ExtendedArg = NULL;
1183         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
1184           ExtendedArg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
1185         if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
1186           ExtendedArg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
1187         if (ExtendedArg)
1188           DbgVal = DIB->insertDbgValueIntrinsic(ExtendedArg, 0, 
1189                                                 DIVariable(DVI->getVariable()),
1190                                                 SI);
1191         else
1192           DbgVal = DIB->insertDbgValueIntrinsic(SI->getOperand(0), 0, 
1193                                                 DIVariable(DVI->getVariable()),
1194                                                 SI);
1195         DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1196       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
1197         Instruction *DbgVal = 
1198           DIB->insertDbgValueIntrinsic(LI->getOperand(0), 0, 
1199                                        DIVariable(DVI->getVariable()), LI);
1200         DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1201       }
1202     }
1203   }
1204 };
1205 } // end anon namespace
1206
1207 /// isSafeSelectToSpeculate - Select instructions that use an alloca and are
1208 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers and then
1209 /// select between the result, allowing the load of the alloca to be promoted.
1210 /// From this:
1211 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1212 ///   %V = load i32* %P2
1213 /// to:
1214 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1215 ///   %V2 = load i32* %Other
1216 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1217 ///
1218 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1219 /// the select can be loaded unconditionally.
1220 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst *SI, const TargetData *TD) {
1221   bool TDerefable = SI->getTrueValue()->isDereferenceablePointer();
1222   bool FDerefable = SI->getFalseValue()->isDereferenceablePointer();
1223   
1224   for (Value::use_iterator UI = SI->use_begin(), UE = SI->use_end();
1225        UI != UE; ++UI) {
1226     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1227     if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1228     
1229     // Both operands to the select need to be dereferencable, either absolutely
1230     // (e.g. allocas) or at this point because we can see other accesses to it.
1231     if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getTrueValue(), LI,
1232                                                     LI->getAlignment(), TD))
1233       return false;
1234     if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getFalseValue(), LI,
1235                                                     LI->getAlignment(), TD))
1236       return false;
1237   }
1238   
1239   return true;
1240 }
1241
1242 /// isSafePHIToSpeculate - PHI instructions that use an alloca and are
1243 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers in the pred
1244 /// blocks and then PHI the results, allowing the load of the alloca to be
1245 /// promoted.
1246 /// From this:
1247 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1248 ///   %V = load i32* %P2
1249 /// to:
1250 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1251 ///   ...
1252 ///   %V2 = load i32* %Other
1253 ///   ...
1254 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1255 ///
1256 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1257 /// the select can be loaded unconditionally.
1258 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode *PN, const TargetData *TD) {
1259   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block as
1260   // the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1261   // TODO: Allow recursive phi users.
1262   // TODO: Allow stores.
1263   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1264   unsigned MaxAlign = 0;
1265   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), UE = PN->use_end();
1266        UI != UE; ++UI) {
1267     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1268     if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1269     
1270     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is a
1271     // common case that happens when instcombine merges two loads through a PHI.
1272     if (LI->getParent() != BB) return false;
1273     
1274     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1275     // could store.
1276     for (BasicBlock::iterator BBI = PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1277       if (BBI->mayWriteToMemory())
1278         return false;
1279     
1280     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1281   }
1282   
1283   // Okay, we know that we have one or more loads in the same block as the PHI.
1284   // We can transform this if it is safe to push the loads into the predecessor
1285   // blocks.  The only thing to watch out for is that we can't put a possibly
1286   // trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1287   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1288     BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1289     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1290
1291     // If the terminator of the predecessor has side-effects (an invoke),
1292     // there is no safe place to put a load in the predecessor.
1293     if (Pred->getTerminator()->mayHaveSideEffects())
1294       return false;
1295
1296     // If the value is produced by the terminator of the predecessor
1297     // (an invoke), there is no valid place to put a load in the predecessor.
1298     if (Pred->getTerminator() == InVal)
1299       return false;
1300
1301     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't critical.
1302     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1)
1303       continue;
1304
1305     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there is
1306     // already a load in the block, then we can move the load to the pred block.
1307     if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1308         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, Pred->getTerminator(), MaxAlign, TD))
1309       continue;
1310     
1311     return false;
1312   }
1313     
1314   return true;
1315 }
1316
1317
1318 /// tryToMakeAllocaBePromotable - This returns true if the alloca only has
1319 /// direct (non-volatile) loads and stores to it.  If the alloca is close but
1320 /// not quite there, this will transform the code to allow promotion.  As such,
1321 /// it is a non-pure predicate.
1322 static bool tryToMakeAllocaBePromotable(AllocaInst *AI, const TargetData *TD) {
1323   SetVector<Instruction*, SmallVector<Instruction*, 4>,
1324             SmallPtrSet<Instruction*, 4> > InstsToRewrite;
1325   
1326   for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
1327        UI != UE; ++UI) {
1328     User *U = *UI;
1329     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
1330       if (!LI->isSimple())
1331         return false;
1332       continue;
1333     }
1334     
1335     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1336       if (SI->getOperand(0) == AI || !SI->isSimple())
1337         return false;   // Don't allow a store OF the AI, only INTO the AI.
1338       continue;
1339     }
1340
1341     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(U)) {
1342       // If the condition being selected on is a constant, fold the select, yes
1343       // this does (rarely) happen early on.
1344       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
1345         Value *Result = SI->getOperand(1+CI->isZero());
1346         SI->replaceAllUsesWith(Result);
1347         SI->eraseFromParent();
1348         
1349         // This is very rare and we just scrambled the use list of AI, start
1350         // over completely.
1351         return tryToMakeAllocaBePromotable(AI, TD);
1352       }
1353
1354       // If it is safe to turn "load (select c, AI, ptr)" into a select of two
1355       // loads, then we can transform this by rewriting the select.
1356       if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, TD))
1357         return false;
1358       
1359       InstsToRewrite.insert(SI);
1360       continue;
1361     }
1362     
1363     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1364       if (PN->use_empty()) {  // Dead PHIs can be stripped.
1365         InstsToRewrite.insert(PN);
1366         continue;
1367       }
1368       
1369       // If it is safe to turn "load (phi [AI, ptr, ...])" into a PHI of loads
1370       // in the pred blocks, then we can transform this by rewriting the PHI.
1371       if (!isSafePHIToSpeculate(PN, TD))
1372         return false;
1373       
1374       InstsToRewrite.insert(PN);
1375       continue;
1376     }
1377     
1378     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
1379       if (onlyUsedByLifetimeMarkers(BCI)) {
1380         InstsToRewrite.insert(BCI);
1381         continue;
1382       }
1383     }
1384     
1385     return false;
1386   }
1387
1388   // If there are no instructions to rewrite, then all uses are load/stores and
1389   // we're done!
1390   if (InstsToRewrite.empty())
1391     return true;
1392   
1393   // If we have instructions that need to be rewritten for this to be promotable
1394   // take care of it now.
1395   for (unsigned i = 0, e = InstsToRewrite.size(); i != e; ++i) {
1396     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(InstsToRewrite[i])) {
1397       // This could only be a bitcast used by nothing but lifetime intrinsics.
1398       for (BitCastInst::use_iterator I = BCI->use_begin(), E = BCI->use_end();
1399            I != E;) {
1400         Use &U = I.getUse();
1401         ++I;
1402         cast<Instruction>(U.getUser())->eraseFromParent();
1403       }
1404       BCI->eraseFromParent();
1405       continue;
1406     }
1407
1408     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(InstsToRewrite[i])) {
1409       // Selects in InstsToRewrite only have load uses.  Rewrite each as two
1410       // loads with a new select.
1411       while (!SI->use_empty()) {
1412         LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI->use_back());
1413       
1414         IRBuilder<> Builder(LI);
1415         LoadInst *TrueLoad = 
1416           Builder.CreateLoad(SI->getTrueValue(), LI->getName()+".t");
1417         LoadInst *FalseLoad = 
1418           Builder.CreateLoad(SI->getFalseValue(), LI->getName()+".f");
1419         
1420         // Transfer alignment and TBAA info if present.
1421         TrueLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1422         FalseLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1423         if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1424           TrueLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1425           FalseLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1426         }
1427         
1428         Value *V = Builder.CreateSelect(SI->getCondition(), TrueLoad, FalseLoad);
1429         V->takeName(LI);
1430         LI->replaceAllUsesWith(V);
1431         LI->eraseFromParent();
1432       }
1433     
1434       // Now that all the loads are gone, the select is gone too.
1435       SI->eraseFromParent();
1436       continue;
1437     }
1438     
1439     // Otherwise, we have a PHI node which allows us to push the loads into the
1440     // predecessors.
1441     PHINode *PN = cast<PHINode>(InstsToRewrite[i]);
1442     if (PN->use_empty()) {
1443       PN->eraseFromParent();
1444       continue;
1445     }
1446     
1447     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN->getType())->getElementType();
1448     PHINode *NewPN = PHINode::Create(LoadTy, PN->getNumIncomingValues(),
1449                                      PN->getName()+".ld", PN);
1450
1451     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1452     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1453     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN->use_back());
1454     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1455     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1456     
1457     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1458     while (!PN->use_empty()) {
1459       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN->use_back());
1460       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1461       LI->eraseFromParent();
1462     }
1463     
1464     // Inject loads into all of the pred blocks.  Keep track of which blocks we
1465     // insert them into in case we have multiple edges from the same block.
1466     DenseMap<BasicBlock*, LoadInst*> InsertedLoads;
1467     
1468     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1469       BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1470       LoadInst *&Load = InsertedLoads[Pred];
1471       if (Load == 0) {
1472         Load = new LoadInst(PN->getIncomingValue(i),
1473                             PN->getName() + "." + Pred->getName(),
1474                             Pred->getTerminator());
1475         Load->setAlignment(Align);
1476         if (TBAATag) Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1477       }
1478       
1479       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1480     }
1481     
1482     PN->eraseFromParent();
1483   }
1484     
1485   ++NumAdjusted;
1486   return true;
1487 }
1488
1489 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
1490   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
1491   DominatorTree *DT = 0;
1492   if (HasDomTree)
1493     DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1494
1495   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
1496   DIBuilder DIB(*F.getParent());
1497   bool Changed = false;
1498   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
1499   while (1) {
1500     Allocas.clear();
1501
1502     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
1503     // the entry node
1504     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
1505       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
1506         if (tryToMakeAllocaBePromotable(AI, TD))
1507           Allocas.push_back(AI);
1508
1509     if (Allocas.empty()) break;
1510
1511     if (HasDomTree)
1512       PromoteMemToReg(Allocas, *DT);
1513     else {
1514       SSAUpdater SSA;
1515       for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i) {
1516         AllocaInst *AI = Allocas[i];
1517         
1518         // Build list of instructions to promote.
1519         for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), E = AI->use_end();
1520              UI != E; ++UI)
1521           Insts.push_back(cast<Instruction>(*UI));
1522         AllocaPromoter(Insts, SSA, &DIB).run(AI, Insts);
1523         Insts.clear();
1524       }
1525     }
1526     NumPromoted += Allocas.size();
1527     Changed = true;
1528   }
1529
1530   return Changed;
1531 }
1532
1533
1534 /// ShouldAttemptScalarRepl - Decide if an alloca is a good candidate for
1535 /// SROA.  It must be a struct or array type with a small number of elements.
1536 static bool ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI) {
1537   Type *T = AI->getAllocatedType();
1538   // Do not promote any struct into more than 32 separate vars.
1539   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
1540     return ST->getNumElements() <= 32;
1541   // Arrays are much less likely to be safe for SROA; only consider
1542   // them if they are very small.
1543   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T))
1544     return AT->getNumElements() <= 8;
1545   return false;
1546 }
1547
1548
1549 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
1550 // which runs on all of the alloca instructions in the function, removing them
1551 // if they are only used by getelementptr instructions.
1552 //
1553 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
1554   std::vector<AllocaInst*> WorkList;
1555
1556   // Scan the entry basic block, adding allocas to the worklist.
1557   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
1558   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
1559     if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(I))
1560       WorkList.push_back(A);
1561
1562   // Process the worklist
1563   bool Changed = false;
1564   while (!WorkList.empty()) {
1565     AllocaInst *AI = WorkList.back();
1566     WorkList.pop_back();
1567
1568     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
1569     // with unused elements.
1570     if (AI->use_empty()) {
1571       AI->eraseFromParent();
1572       Changed = true;
1573       continue;
1574     }
1575
1576     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
1577     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
1578       continue;
1579
1580     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
1581     // a constant global.  If this is the case, we can change all users to use
1582     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
1583     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
1584     // is only subsequently read.
1585     SmallVector<Instruction *, 4> ToDelete;
1586     if (MemTransferInst *Copy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, ToDelete)) {
1587       DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << *AI << '\n');
1588       DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *Copy << '\n');
1589       for (unsigned i = 0, e = ToDelete.size(); i != e; ++i)
1590         ToDelete[i]->eraseFromParent();
1591       Constant *TheSrc = cast<Constant>(Copy->getSource());
1592       AI->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(TheSrc, AI->getType()));
1593       Copy->eraseFromParent();  // Don't mutate the global.
1594       AI->eraseFromParent();
1595       ++NumGlobals;
1596       Changed = true;
1597       continue;
1598     }
1599
1600     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
1601     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
1602     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
1603     // value cannot be decomposed at all.
1604     uint64_t AllocaSize = TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
1605
1606     // Do not promote [0 x %struct].
1607     if (AllocaSize == 0) continue;
1608
1609     // Do not promote any struct whose size is too big.
1610     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
1611
1612     // If the alloca looks like a good candidate for scalar replacement, and if
1613     // all its users can be transformed, then split up the aggregate into its
1614     // separate elements.
1615     if (ShouldAttemptScalarRepl(AI) && isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
1616       DoScalarReplacement(AI, WorkList);
1617       Changed = true;
1618       continue;
1619     }
1620
1621     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
1622     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
1623     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
1624     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
1625     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
1626     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
1627     if (AllocaInst *NewAI =
1628           ConvertToScalarInfo((unsigned)AllocaSize, *TD).TryConvert(AI)) {
1629       NewAI->takeName(AI);
1630       AI->eraseFromParent();
1631       ++NumConverted;
1632       Changed = true;
1633       continue;
1634     }
1635
1636     // Otherwise, couldn't process this alloca.
1637   }
1638
1639   return Changed;
1640 }
1641
1642 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
1643 /// predicate, do SROA now.
1644 void SROA::DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
1645                                std::vector<AllocaInst*> &WorkList) {
1646   DEBUG(dbgs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
1647   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
1648   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
1649     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
1650     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
1651       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0,
1652                                       AI->getAlignment(),
1653                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1654       ElementAllocas.push_back(NA);
1655       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1656     }
1657   } else {
1658     ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
1659     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
1660     Type *ElTy = AT->getElementType();
1661     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1662       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, AI->getAlignment(),
1663                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1664       ElementAllocas.push_back(NA);
1665       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1666     }
1667   }
1668
1669   // Now that we have created the new alloca instructions, rewrite all the
1670   // uses of the old alloca.
1671   RewriteForScalarRepl(AI, AI, 0, ElementAllocas);
1672
1673   // Now erase any instructions that were made dead while rewriting the alloca.
1674   DeleteDeadInstructions();
1675   AI->eraseFromParent();
1676
1677   ++NumReplaced;
1678 }
1679
1680 /// DeleteDeadInstructions - Erase instructions on the DeadInstrs list,
1681 /// recursively including all their operands that become trivially dead.
1682 void SROA::DeleteDeadInstructions() {
1683   while (!DeadInsts.empty()) {
1684     Instruction *I = cast<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
1685
1686     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
1687       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
1688         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
1689         // (But, don't add allocas to the dead instruction list -- they are
1690         // already on the worklist and will be deleted separately.)
1691         *OI = 0;
1692         if (isInstructionTriviallyDead(U) && !isa<AllocaInst>(U))
1693           DeadInsts.push_back(U);
1694       }
1695
1696     I->eraseFromParent();
1697   }
1698 }
1699
1700 /// isSafeForScalarRepl - Check if instruction I is a safe use with regard to
1701 /// performing scalar replacement of alloca AI.  The results are flagged in
1702 /// the Info parameter.  Offset indicates the position within AI that is
1703 /// referenced by this instruction.
1704 void SROA::isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1705                                AllocaInfo &Info) {
1706   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1707     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1708
1709     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1710       isSafeForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1711     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1712       uint64_t GEPOffset = Offset;
1713       isSafeGEP(GEPI, GEPOffset, Info);
1714       if (!Info.isUnsafe)
1715         isSafeForScalarRepl(GEPI, GEPOffset, Info);
1716     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1717       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1718       if (Length == 0)
1719         return MarkUnsafe(Info, User);
1720       isSafeMemAccess(Offset, Length->getZExtValue(), 0,
1721                       UI.getOperandNo() == 0, Info, MI,
1722                       true /*AllowWholeAccess*/);
1723     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1724       if (!LI->isSimple())
1725         return MarkUnsafe(Info, User);
1726       Type *LIType = LI->getType();
1727       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1728                       LIType, false, Info, LI, true /*AllowWholeAccess*/);
1729       Info.hasALoadOrStore = true;
1730         
1731     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1732       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1733       if (!SI->isSimple() || SI->getOperand(0) == I)
1734         return MarkUnsafe(Info, User);
1735         
1736       Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1737       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1738                       SIType, true, Info, SI, true /*AllowWholeAccess*/);
1739       Info.hasALoadOrStore = true;
1740     } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
1741       if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1742           II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1743         return MarkUnsafe(Info, User);
1744     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1745       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1746     } else {
1747       return MarkUnsafe(Info, User);
1748     }
1749     if (Info.isUnsafe) return;
1750   }
1751 }
1752  
1753
1754 /// isSafePHIUseForScalarRepl - If we see a PHI node or select using a pointer
1755 /// derived from the alloca, we can often still split the alloca into elements.
1756 /// This is useful if we have a large alloca where one element is phi'd
1757 /// together somewhere: we can SRoA and promote all the other elements even if
1758 /// we end up not being able to promote this one.
1759 ///
1760 /// All we require is that the uses of the PHI do not index into other parts of
1761 /// the alloca.  The most important use case for this is single load and stores
1762 /// that are PHI'd together, which can happen due to code sinking.
1763 void SROA::isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1764                                            AllocaInfo &Info) {
1765   // If we've already checked this PHI, don't do it again.
1766   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1767     if (!Info.CheckedPHIs.insert(PN))
1768       return;
1769   
1770   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1771     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1772     
1773     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1774       isSafePHISelectUseForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1775     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1776       // Only allow "bitcast" GEPs for simplicity.  We could generalize this,
1777       // but would have to prove that we're staying inside of an element being
1778       // promoted.
1779       if (!GEPI->hasAllZeroIndices())
1780         return MarkUnsafe(Info, User);
1781       isSafePHISelectUseForScalarRepl(GEPI, Offset, Info);
1782     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1783       if (!LI->isSimple())
1784         return MarkUnsafe(Info, User);
1785       Type *LIType = LI->getType();
1786       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1787                       LIType, false, Info, LI, false /*AllowWholeAccess*/);
1788       Info.hasALoadOrStore = true;
1789       
1790     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1791       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1792       if (!SI->isSimple() || SI->getOperand(0) == I)
1793         return MarkUnsafe(Info, User);
1794       
1795       Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1796       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1797                       SIType, true, Info, SI, false /*AllowWholeAccess*/);
1798       Info.hasALoadOrStore = true;
1799     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1800       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1801     } else {
1802       return MarkUnsafe(Info, User);
1803     }
1804     if (Info.isUnsafe) return;
1805   }
1806 }
1807
1808 /// isSafeGEP - Check if a GEP instruction can be handled for scalar
1809 /// replacement.  It is safe when all the indices are constant, in-bounds
1810 /// references, and when the resulting offset corresponds to an element within
1811 /// the alloca type.  The results are flagged in the Info parameter.  Upon
1812 /// return, Offset is adjusted as specified by the GEP indices.
1813 void SROA::isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI,
1814                      uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info) {
1815   gep_type_iterator GEPIt = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
1816   if (GEPIt == E)
1817     return;
1818
1819   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
1820   // into.
1821   for (; GEPIt != E; ++GEPIt) {
1822     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
1823     if ((*GEPIt)->isStructTy())
1824       continue;
1825
1826     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand());
1827     if (!IdxVal)
1828       return MarkUnsafe(Info, GEPI);
1829   }
1830
1831   // Compute the offset due to this GEP and check if the alloca has a
1832   // component element at that offset.
1833   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1834   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(), Indices);
1835   if (!TypeHasComponent(Info.AI->getAllocatedType(), Offset, 0))
1836     MarkUnsafe(Info, GEPI);
1837 }
1838
1839 /// isHomogeneousAggregate - Check if type T is a struct or array containing
1840 /// elements of the same type (which is always true for arrays).  If so,
1841 /// return true with NumElts and EltTy set to the number of elements and the
1842 /// element type, respectively.
1843 static bool isHomogeneousAggregate(Type *T, unsigned &NumElts,
1844                                    Type *&EltTy) {
1845   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1846     NumElts = AT->getNumElements();
1847     EltTy = (NumElts == 0 ? 0 : AT->getElementType());
1848     return true;
1849   }
1850   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1851     NumElts = ST->getNumContainedTypes();
1852     EltTy = (NumElts == 0 ? 0 : ST->getContainedType(0));
1853     for (unsigned n = 1; n < NumElts; ++n) {
1854       if (ST->getContainedType(n) != EltTy)
1855         return false;
1856     }
1857     return true;
1858   }
1859   return false;
1860 }
1861
1862 /// isCompatibleAggregate - Check if T1 and T2 are either the same type or are
1863 /// "homogeneous" aggregates with the same element type and number of elements.
1864 static bool isCompatibleAggregate(Type *T1, Type *T2) {
1865   if (T1 == T2)
1866     return true;
1867
1868   unsigned NumElts1, NumElts2;
1869   Type *EltTy1, *EltTy2;
1870   if (isHomogeneousAggregate(T1, NumElts1, EltTy1) &&
1871       isHomogeneousAggregate(T2, NumElts2, EltTy2) &&
1872       NumElts1 == NumElts2 &&
1873       EltTy1 == EltTy2)
1874     return true;
1875
1876   return false;
1877 }
1878
1879 /// isSafeMemAccess - Check if a load/store/memcpy operates on the entire AI
1880 /// alloca or has an offset and size that corresponds to a component element
1881 /// within it.  The offset checked here may have been formed from a GEP with a
1882 /// pointer bitcasted to a different type.
1883 ///
1884 /// If AllowWholeAccess is true, then this allows uses of the entire alloca as a
1885 /// unit.  If false, it only allows accesses known to be in a single element.
1886 void SROA::isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
1887                            Type *MemOpType, bool isStore,
1888                            AllocaInfo &Info, Instruction *TheAccess,
1889                            bool AllowWholeAccess) {
1890   // Check if this is a load/store of the entire alloca.
1891   if (Offset == 0 && AllowWholeAccess &&
1892       MemSize == TD->getTypeAllocSize(Info.AI->getAllocatedType())) {
1893     // This can be safe for MemIntrinsics (where MemOpType is 0) and integer
1894     // loads/stores (which are essentially the same as the MemIntrinsics with
1895     // regard to copying padding between elements).  But, if an alloca is
1896     // flagged as both a source and destination of such operations, we'll need
1897     // to check later for padding between elements.
1898     if (!MemOpType || MemOpType->isIntegerTy()) {
1899       if (isStore)
1900         Info.isMemCpyDst = true;
1901       else
1902         Info.isMemCpySrc = true;
1903       return;
1904     }
1905     // This is also safe for references using a type that is compatible with
1906     // the type of the alloca, so that loads/stores can be rewritten using
1907     // insertvalue/extractvalue.
1908     if (isCompatibleAggregate(MemOpType, Info.AI->getAllocatedType())) {
1909       Info.hasSubelementAccess = true;
1910       return;
1911     }
1912   }
1913   // Check if the offset/size correspond to a component within the alloca type.
1914   Type *T = Info.AI->getAllocatedType();
1915   if (TypeHasComponent(T, Offset, MemSize)) {
1916     Info.hasSubelementAccess = true;
1917     return;
1918   }
1919
1920   return MarkUnsafe(Info, TheAccess);
1921 }
1922
1923 /// TypeHasComponent - Return true if T has a component type with the
1924 /// specified offset and size.  If Size is zero, do not check the size.
1925 bool SROA::TypeHasComponent(Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
1926   Type *EltTy;
1927   uint64_t EltSize;
1928   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1929     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1930     unsigned EltIdx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1931     EltTy = ST->getContainedType(EltIdx);
1932     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1933     Offset -= Layout->getElementOffset(EltIdx);
1934   } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1935     EltTy = AT->getElementType();
1936     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1937     if (Offset >= AT->getNumElements() * EltSize)
1938       return false;
1939     Offset %= EltSize;
1940   } else {
1941     return false;
1942   }
1943   if (Offset == 0 && (Size == 0 || EltSize == Size))
1944     return true;
1945   // Check if the component spans multiple elements.
1946   if (Offset + Size > EltSize)
1947     return false;
1948   return TypeHasComponent(EltTy, Offset, Size);
1949 }
1950
1951 /// RewriteForScalarRepl - Alloca AI is being split into NewElts, so rewrite
1952 /// the instruction I, which references it, to use the separate elements.
1953 /// Offset indicates the position within AI that is referenced by this
1954 /// instruction.
1955 void SROA::RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1956                                 SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1957   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E;) {
1958     Use &TheUse = UI.getUse();
1959     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1960
1961     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1962       RewriteBitCast(BC, AI, Offset, NewElts);
1963       continue;
1964     }
1965     
1966     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1967       RewriteGEP(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1968       continue;
1969     }
1970     
1971     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1972       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1973       uint64_t MemSize = Length->getZExtValue();
1974       if (Offset == 0 &&
1975           MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()))
1976         RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, I, AI, NewElts);
1977       // Otherwise the intrinsic can only touch a single element and the
1978       // address operand will be updated, so nothing else needs to be done.
1979       continue;
1980     }
1981
1982     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
1983       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
1984           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
1985         RewriteLifetimeIntrinsic(II, AI, Offset, NewElts);
1986       }
1987       continue;
1988     }
1989     
1990     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1991       Type *LIType = LI->getType();
1992       
1993       if (isCompatibleAggregate(LIType, AI->getAllocatedType())) {
1994         // Replace:
1995         //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
1996         // with:
1997         //   %load.0 = load i32* %alloc.0
1998         //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
1999         //   %load.1 = load i32* %alloc.1
2000         //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
2001         // (Also works for arrays instead of structs)
2002         Value *Insert = UndefValue::get(LIType);
2003         IRBuilder<> Builder(LI);
2004         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2005           Value *Load = Builder.CreateLoad(NewElts[i], "load");
2006           Insert = Builder.CreateInsertValue(Insert, Load, i, "insert");
2007         }
2008         LI->replaceAllUsesWith(Insert);
2009         DeadInsts.push_back(LI);
2010       } else if (LIType->isIntegerTy() &&
2011                  TD->getTypeAllocSize(LIType) ==
2012                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
2013         // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
2014         RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
2015       }
2016       continue;
2017     }
2018     
2019     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
2020       Value *Val = SI->getOperand(0);
2021       Type *SIType = Val->getType();
2022       if (isCompatibleAggregate(SIType, AI->getAllocatedType())) {
2023         // Replace:
2024         //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
2025         // with:
2026         //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
2027         //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
2028         //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
2029         //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
2030         // (Also works for arrays instead of structs)
2031         IRBuilder<> Builder(SI);
2032         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2033           Value *Extract = Builder.CreateExtractValue(Val, i, Val->getName());
2034           Builder.CreateStore(Extract, NewElts[i]);
2035         }
2036         DeadInsts.push_back(SI);
2037       } else if (SIType->isIntegerTy() &&
2038                  TD->getTypeAllocSize(SIType) ==
2039                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
2040         // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
2041         RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
2042       }
2043       continue;
2044     }
2045     
2046     if (isa<SelectInst>(User) || isa<PHINode>(User)) {
2047       // If we have a PHI user of the alloca itself (as opposed to a GEP or 
2048       // bitcast) we have to rewrite it.  GEP and bitcast uses will be RAUW'd to
2049       // the new pointer.
2050       if (!isa<AllocaInst>(I)) continue;
2051       
2052       assert(Offset == 0 && NewElts[0] &&
2053              "Direct alloca use should have a zero offset");
2054       
2055       // If we have a use of the alloca, we know the derived uses will be
2056       // utilizing just the first element of the scalarized result.  Insert a
2057       // bitcast of the first alloca before the user as required.
2058       AllocaInst *NewAI = NewElts[0];
2059       BitCastInst *BCI = new BitCastInst(NewAI, AI->getType(), "", NewAI);
2060       NewAI->moveBefore(BCI);
2061       TheUse = BCI;
2062       continue;
2063     }
2064   }
2065 }
2066
2067 /// RewriteBitCast - Update a bitcast reference to the alloca being replaced
2068 /// and recursively continue updating all of its uses.
2069 void SROA::RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
2070                           SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2071   RewriteForScalarRepl(BC, AI, Offset, NewElts);
2072   if (BC->getOperand(0) != AI)
2073     return;
2074
2075   // The bitcast references the original alloca.  Replace its uses with
2076   // references to the first new element alloca.
2077   Instruction *Val = NewElts[0];
2078   if (Val->getType() != BC->getDestTy()) {
2079     Val = new BitCastInst(Val, BC->getDestTy(), "", BC);
2080     Val->takeName(BC);
2081   }
2082   BC->replaceAllUsesWith(Val);
2083   DeadInsts.push_back(BC);
2084 }
2085
2086 /// FindElementAndOffset - Return the index of the element containing Offset
2087 /// within the specified type, which must be either a struct or an array.
2088 /// Sets T to the type of the element and Offset to the offset within that
2089 /// element.  IdxTy is set to the type of the index result to be used in a
2090 /// GEP instruction.
2091 uint64_t SROA::FindElementAndOffset(Type *&T, uint64_t &Offset,
2092                                     Type *&IdxTy) {
2093   uint64_t Idx = 0;
2094   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
2095     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
2096     Idx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
2097     T = ST->getContainedType(Idx);
2098     Offset -= Layout->getElementOffset(Idx);
2099     IdxTy = Type::getInt32Ty(T->getContext());
2100     return Idx;
2101   }
2102   ArrayType *AT = cast<ArrayType>(T);
2103   T = AT->getElementType();
2104   uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(T);
2105   Idx = Offset / EltSize;
2106   Offset -= Idx * EltSize;
2107   IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
2108   return Idx;
2109 }
2110
2111 /// RewriteGEP - Check if this GEP instruction moves the pointer across
2112 /// elements of the alloca that are being split apart, and if so, rewrite
2113 /// the GEP to be relative to the new element.
2114 void SROA::RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
2115                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2116   uint64_t OldOffset = Offset;
2117   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
2118   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(), Indices);
2119
2120   RewriteForScalarRepl(GEPI, AI, Offset, NewElts);
2121
2122   Type *T = AI->getAllocatedType();
2123   Type *IdxTy;
2124   uint64_t OldIdx = FindElementAndOffset(T, OldOffset, IdxTy);
2125   if (GEPI->getOperand(0) == AI)
2126     OldIdx = ~0ULL; // Force the GEP to be rewritten.
2127
2128   T = AI->getAllocatedType();
2129   uint64_t EltOffset = Offset;
2130   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
2131
2132   // If this GEP does not move the pointer across elements of the alloca
2133   // being split, then it does not needs to be rewritten.
2134   if (Idx == OldIdx)
2135     return;
2136
2137   Type *i32Ty = Type::getInt32Ty(AI->getContext());
2138   SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
2139   NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
2140   while (EltOffset != 0) {
2141     uint64_t EltIdx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
2142     NewArgs.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, EltIdx));
2143   }
2144   Instruction *Val = NewElts[Idx];
2145   if (NewArgs.size() > 1) {
2146     Val = GetElementPtrInst::CreateInBounds(Val, NewArgs, "", GEPI);
2147     Val->takeName(GEPI);
2148   }
2149   if (Val->getType() != GEPI->getType())
2150     Val = new BitCastInst(Val, GEPI->getType(), Val->getName(), GEPI);
2151   GEPI->replaceAllUsesWith(Val);
2152   DeadInsts.push_back(GEPI);
2153 }
2154
2155 /// RewriteLifetimeIntrinsic - II is a lifetime.start/lifetime.end. Rewrite it
2156 /// to mark the lifetime of the scalarized memory.
2157 void SROA::RewriteLifetimeIntrinsic(IntrinsicInst *II, AllocaInst *AI,
2158                                     uint64_t Offset,
2159                                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2160   ConstantInt *OldSize = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0));
2161   // Put matching lifetime markers on everything from Offset up to
2162   // Offset+OldSize.
2163   Type *AIType = AI->getAllocatedType();
2164   uint64_t NewOffset = Offset;
2165   Type *IdxTy;
2166   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(AIType, NewOffset, IdxTy);
2167
2168   IRBuilder<> Builder(II);
2169   uint64_t Size = OldSize->getLimitedValue();
2170
2171   if (NewOffset) {
2172     // Splice the first element and index 'NewOffset' bytes in.  SROA will
2173     // split the alloca again later.
2174     Value *V = Builder.CreateBitCast(NewElts[Idx], Builder.getInt8PtrTy());
2175     V = Builder.CreateGEP(V, Builder.getInt64(NewOffset));
2176
2177     IdxTy = NewElts[Idx]->getAllocatedType();
2178     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(IdxTy) - NewOffset;
2179     if (EltSize > Size) {
2180       EltSize = Size;
2181       Size = 0;
2182     } else {
2183       Size -= EltSize;
2184     }
2185     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2186       Builder.CreateLifetimeStart(V, Builder.getInt64(EltSize));
2187     else
2188       Builder.CreateLifetimeEnd(V, Builder.getInt64(EltSize));
2189     ++Idx;
2190   }
2191
2192   for (; Idx != NewElts.size() && Size; ++Idx) {
2193     IdxTy = NewElts[Idx]->getAllocatedType();
2194     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(IdxTy);
2195     if (EltSize > Size) {
2196       EltSize = Size;
2197       Size = 0;
2198     } else {
2199       Size -= EltSize;
2200     }
2201     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2202       Builder.CreateLifetimeStart(NewElts[Idx],
2203                                   Builder.getInt64(EltSize));
2204     else
2205       Builder.CreateLifetimeEnd(NewElts[Idx],
2206                                 Builder.getInt64(EltSize));
2207   }
2208   DeadInsts.push_back(II);
2209 }
2210
2211 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
2212 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
2213 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
2214                                         AllocaInst *AI,
2215                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2216   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
2217   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
2218   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
2219   // memset, this Value* stays null.
2220   Value *OtherPtr = 0;
2221   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
2222   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
2223     if (Inst == MTI->getRawDest())
2224       OtherPtr = MTI->getRawSource();
2225     else {
2226       assert(Inst == MTI->getRawSource());
2227       OtherPtr = MTI->getRawDest();
2228     }
2229   }
2230
2231   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
2232   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
2233   if (OtherPtr) {
2234     unsigned AddrSpace =
2235       cast<PointerType>(OtherPtr->getType())->getAddressSpace();
2236
2237     // Remove bitcasts and all-zero GEPs from OtherPtr.  This is an
2238     // optimization, but it's also required to detect the corner case where
2239     // both pointer operands are referencing the same memory, and where
2240     // OtherPtr may be a bitcast or GEP that currently being rewritten.  (This
2241     // function is only called for mem intrinsics that access the whole
2242     // aggregate, so non-zero GEPs are not an issue here.)
2243     OtherPtr = OtherPtr->stripPointerCasts();
2244
2245     // Copying the alloca to itself is a no-op: just delete it.
2246     if (OtherPtr == AI || OtherPtr == NewElts[0]) {
2247       // This code will run twice for a no-op memcpy -- once for each operand.
2248       // Put only one reference to MI on the DeadInsts list.
2249       for (SmallVector<Value*, 32>::const_iterator I = DeadInsts.begin(),
2250              E = DeadInsts.end(); I != E; ++I)
2251         if (*I == MI) return;
2252       DeadInsts.push_back(MI);
2253       return;
2254     }
2255
2256     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
2257     // type.
2258     Type *NewTy =
2259       PointerType::get(AI->getType()->getElementType(), AddrSpace);
2260
2261     if (OtherPtr->getType() != NewTy)
2262       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, NewTy, OtherPtr->getName(), MI);
2263   }
2264
2265   // Process each element of the aggregate.
2266   bool SROADest = MI->getRawDest() == Inst;
2267
2268   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(MI->getContext()));
2269
2270   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2271     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
2272     Value *OtherElt = 0;
2273     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
2274
2275     if (OtherPtr) {
2276       Value *Idx[2] = { Zero,
2277                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), i) };
2278       OtherElt = GetElementPtrInst::CreateInBounds(OtherPtr, Idx,
2279                                               OtherPtr->getName()+"."+Twine(i),
2280                                                    MI);
2281       uint64_t EltOffset;
2282       PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
2283       Type *OtherTy = OtherPtrTy->getElementType();
2284       if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(OtherTy)) {
2285         EltOffset = TD->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
2286       } else {
2287         Type *EltTy = cast<SequentialType>(OtherTy)->getElementType();
2288         EltOffset = TD->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
2289       }
2290
2291       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
2292       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
2293       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
2294       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
2295       // known alignment is just 4 bytes.
2296       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
2297     }
2298
2299     Value *EltPtr = NewElts[i];
2300     Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
2301
2302     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
2303     if (EltTy->isSingleValueType()) {
2304       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
2305         if (SROADest) {
2306           // From Other to Alloca.
2307           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
2308           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
2309         } else {
2310           // From Alloca to Other.
2311           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
2312           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
2313         }
2314         continue;
2315       }
2316       assert(isa<MemSetInst>(MI));
2317
2318       // If the stored element is zero (common case), just store a null
2319       // constant.
2320       Constant *StoreVal;
2321       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getArgOperand(1))) {
2322         if (CI->isZero()) {
2323           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
2324         } else {
2325           // If EltTy is a vector type, get the element type.
2326           Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
2327
2328           // Construct an integer with the right value.
2329           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
2330           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
2331           APInt TotalVal(OneVal);
2332           // Set each byte.
2333           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
2334             TotalVal = TotalVal.shl(8);
2335             TotalVal |= OneVal;
2336           }
2337
2338           // Convert the integer value to the appropriate type.
2339           StoreVal = ConstantInt::get(CI->getContext(), TotalVal);
2340           if (ValTy->isPointerTy())
2341             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
2342           else if (ValTy->isFloatingPointTy())
2343             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
2344           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
2345
2346           // If the requested value was a vector constant, create it.
2347           if (EltTy != ValTy) {
2348             unsigned NumElts = cast<VectorType>(ValTy)->getNumElements();
2349             SmallVector<Constant*, 16> Elts(NumElts, StoreVal);
2350             StoreVal = ConstantVector::get(Elts);
2351           }
2352         }
2353         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
2354         continue;
2355       }
2356       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
2357       // this element.
2358     }
2359
2360     unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
2361
2362     IRBuilder<> Builder(MI);
2363
2364     // Finally, insert the meminst for this element.
2365     if (isa<MemSetInst>(MI)) {
2366       Builder.CreateMemSet(EltPtr, MI->getArgOperand(1), EltSize,
2367                            MI->isVolatile());
2368     } else {
2369       assert(isa<MemTransferInst>(MI));
2370       Value *Dst = SROADest ? EltPtr : OtherElt;  // Dest ptr
2371       Value *Src = SROADest ? OtherElt : EltPtr;  // Src ptr
2372
2373       if (isa<MemCpyInst>(MI))
2374         Builder.CreateMemCpy(Dst, Src, EltSize, OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2375       else
2376         Builder.CreateMemMove(Dst, Src, EltSize,OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2377     }
2378   }
2379   DeadInsts.push_back(MI);
2380 }
2381
2382 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found a store of an integer that
2383 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
2384 /// integer and store them individually.
2385 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
2386                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
2387   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
2388   // and store the element value to the individual alloca.
2389   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
2390   Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2391   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2392
2393   IRBuilder<> Builder(SI);
2394   
2395   // Handle tail padding by extending the operand
2396   if (TD->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
2397     SrcVal = Builder.CreateZExt(SrcVal,
2398                             IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits));
2399
2400   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
2401                << '\n');
2402
2403   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2404   // have different ways to compute the element offset.
2405   if (StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2406     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
2407
2408     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2409       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
2410       Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
2411       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2412
2413       if (TD->isBigEndian())
2414         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
2415
2416       Value *EltVal = SrcVal;
2417       if (Shift) {
2418         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2419         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2420       }
2421
2422       // Truncate down to an integer of the right size.
2423       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2424
2425       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2426       if (FieldSizeBits == 0) continue;
2427
2428       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
2429         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2430                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits));
2431       Value *DestField = NewElts[i];
2432       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
2433         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2434       } else if (FieldTy->isFloatingPointTy() || FieldTy->isVectorTy()) {
2435         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2436         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, FieldTy);
2437       } else {
2438         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2439         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2440                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2441       }
2442       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2443     }
2444
2445   } else {
2446     ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
2447     Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
2448     uint64_t ElementOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2449     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
2450
2451     uint64_t Shift;
2452
2453     if (TD->isBigEndian())
2454       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
2455     else
2456       Shift = 0;
2457
2458     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2459       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2460       if (ElementSizeBits == 0) continue;
2461
2462       Value *EltVal = SrcVal;
2463       if (Shift) {
2464         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2465         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2466       }
2467
2468       // Truncate down to an integer of the right size.
2469       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
2470         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2471                                      IntegerType::get(SI->getContext(),
2472                                                       ElementSizeBits));
2473       Value *DestField = NewElts[i];
2474       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
2475         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2476       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPointTy() ||
2477                  ArrayEltTy->isVectorTy()) {
2478         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2479         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, ArrayEltTy);
2480       } else {
2481         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2482         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2483                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2484       }
2485       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2486
2487       if (TD->isBigEndian())
2488         Shift -= ElementOffset;
2489       else
2490         Shift += ElementOffset;
2491     }
2492   }
2493
2494   DeadInsts.push_back(SI);
2495 }
2496
2497 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found a load of the entire allocation to
2498 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
2499 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
2500                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2501   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
2502   // and form the result value.
2503   Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2504   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2505
2506   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
2507                << '\n');
2508
2509   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2510   // have different ways to compute the element offset.
2511   const StructLayout *Layout = 0;
2512   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
2513   if (StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2514     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
2515   } else {
2516     Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
2517     ArrayEltBitOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2518   }
2519
2520   Value *ResultVal =
2521     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
2522
2523   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2524     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
2525     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
2526     Value *SrcField = NewElts[i];
2527     Type *FieldTy =
2528       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
2529     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2530
2531     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2532     if (FieldSizeBits == 0) continue;
2533
2534     IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(),
2535                                                      FieldSizeBits);
2536     if (!FieldTy->isIntegerTy() && !FieldTy->isFloatingPointTy() &&
2537         !FieldTy->isVectorTy())
2538       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
2539                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
2540                                  "", LI);
2541     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
2542
2543     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
2544     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
2545     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
2546       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
2547
2548     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
2549     // we can shift and insert it.
2550     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
2551       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
2552
2553     // Determine the number of bits to shift SrcField.
2554     uint64_t Shift;
2555     if (Layout) // Struct case.
2556       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2557     else  // Array case.
2558       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
2559
2560     if (TD->isBigEndian())
2561       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
2562
2563     if (Shift) {
2564       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
2565       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
2566     }
2567
2568     // Don't create an 'or x, 0' on the first iteration.
2569     if (!isa<Constant>(ResultVal) ||
2570         !cast<Constant>(ResultVal)->isNullValue())
2571       ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
2572     else
2573       ResultVal = SrcField;
2574   }
2575
2576   // Handle tail padding by truncating the result
2577   if (TD->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
2578     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
2579
2580   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
2581   DeadInsts.push_back(LI);
2582 }
2583
2584 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
2585 /// alignment padding in between the elements that would be split apart
2586 /// by SROA; return false otherwise.
2587 static bool HasPadding(Type *Ty, const TargetData &TD) {
2588   if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2589     Ty = ATy->getElementType();
2590     return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
2591   }
2592
2593   // SROA currently handles only Arrays and Structs.
2594   StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
2595   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
2596   unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
2597   for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2598     unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
2599
2600     // Check to see if there is any padding between this element and the
2601     // previous one.
2602     if (i) {
2603       unsigned PrevFieldEnd =
2604         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
2605       if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
2606         return true;
2607     }
2608     PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
2609   }
2610   // Check for tail padding.
2611   if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
2612     unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
2613       TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
2614     if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
2615       return true;
2616   }
2617   return false;
2618 }
2619
2620 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
2621 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
2622 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
2623 bool SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI) {
2624   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
2625   // the users are safe to transform.
2626   AllocaInfo Info(AI);
2627
2628   isSafeForScalarRepl(AI, 0, Info);
2629   if (Info.isUnsafe) {
2630     DEBUG(dbgs() << "Cannot transform: " << *AI << '\n');
2631     return false;
2632   }
2633
2634   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
2635   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
2636   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
2637   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
2638   // struct.
2639   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
2640       HasPadding(AI->getAllocatedType(), *TD))
2641     return false;
2642
2643   // If the alloca never has an access to just *part* of it, but is accessed
2644   // via loads and stores, then we should use ConvertToScalarInfo to promote
2645   // the alloca instead of promoting each piece at a time and inserting fission
2646   // and fusion code.
2647   if (!Info.hasSubelementAccess && Info.hasALoadOrStore) {
2648     // If the struct/array just has one element, use basic SRoA.
2649     if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
2650       if (ST->getNumElements() > 1) return false;
2651     } else {
2652       if (cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType())->getNumElements() > 1)
2653         return false;
2654     }
2655   }
2656   
2657   return true;
2658 }
2659
2660
2661
2662 /// PointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
2663 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
2664 /// constant expressions because we don't can't rewrite arbitrary instructions.
2665 static bool PointsToConstantGlobal(Value *V) {
2666   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
2667     return GV->isConstant();
2668   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
2669     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
2670         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
2671       return PointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
2672   return false;
2673 }
2674
2675 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
2676 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
2677 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
2678 /// track of whether it moves the pointer (with isOffset) but otherwise traverse
2679 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
2680 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant global, we
2681 /// can optimize this.
2682 static bool
2683 isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, MemTransferInst *&TheCopy,
2684                                bool isOffset,
2685                                SmallVector<Instruction *, 4> &LifetimeMarkers) {
2686   // We track lifetime intrinsics as we encounter them.  If we decide to go
2687   // ahead and replace the value with the global, this lets the caller quickly
2688   // eliminate the markers.
2689
2690   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
2691     User *U = cast<Instruction>(*UI);
2692
2693     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
2694       // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
2695       if (!LI->isSimple()) return false;
2696       continue;
2697     }
2698
2699     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
2700       // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
2701       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(BCI, TheCopy, isOffset,
2702                                           LifetimeMarkers))
2703         return false;
2704       continue;
2705     }
2706     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
2707       // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer.  If it
2708       // doesn't, it does.
2709       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(GEP, TheCopy,
2710                                           isOffset || !GEP->hasAllZeroIndices(),
2711                                           LifetimeMarkers))
2712         return false;
2713       continue;
2714     }
2715
2716     if (CallSite CS = U) {
2717       // If this is the function being called then we treat it like a load and
2718       // ignore it.
2719       if (CS.isCallee(UI))
2720         continue;
2721
2722       // If this is a readonly/readnone call site, then we know it is just a
2723       // load (but one that potentially returns the value itself), so we can
2724       // ignore it if we know that the value isn't captured.
2725       unsigned ArgNo = CS.getArgumentNo(UI);
2726       if (CS.onlyReadsMemory() &&
2727           (CS.getInstruction()->use_empty() ||
2728            CS.paramHasAttr(ArgNo+1, Attribute::NoCapture)))
2729         continue;
2730
2731       // If this is being passed as a byval argument, the caller is making a
2732       // copy, so it is only a read of the alloca.
2733       if (CS.paramHasAttr(ArgNo+1, Attribute::ByVal))
2734         continue;
2735     }
2736
2737     // Lifetime intrinsics can be handled by the caller.
2738     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U)) {
2739       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2740           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
2741         assert(II->use_empty() && "Lifetime markers have no result to use!");
2742         LifetimeMarkers.push_back(II);
2743         continue;
2744       }
2745     }
2746
2747     // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
2748     // handle.
2749     MemTransferInst *MI = dyn_cast<MemTransferInst>(U);
2750     if (MI == 0)
2751       return false;
2752
2753     // If the transfer is using the alloca as a source of the transfer, then
2754     // ignore it since it is a load (unless the transfer is volatile).
2755     if (UI.getOperandNo() == 1) {
2756       if (MI->isVolatile()) return false;
2757       continue;
2758     }
2759
2760     // If we already have seen a copy, reject the second one.
2761     if (TheCopy) return false;
2762
2763     // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
2764     // safely handle this.
2765     if (isOffset) return false;
2766
2767     // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
2768     if (UI.getOperandNo() != 0) return false;
2769
2770     // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
2771     if (!PointsToConstantGlobal(MI->getSource()))
2772       return false;
2773
2774     // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
2775     TheCopy = MI;
2776   }
2777   return true;
2778 }
2779
2780 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
2781 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
2782 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
2783 MemTransferInst *
2784 SROA::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI,
2785                                      SmallVector<Instruction*, 4> &ToDelete) {
2786   MemTransferInst *TheCopy = 0;
2787   if (::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, false, ToDelete))
2788     return TheCopy;
2789   return 0;
2790 }