Use the new script to sort the includes of every file under lib.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / GlobalOpt.cpp
1 //===- GlobalOpt.cpp - Optimize Global Variables --------------------------===//
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 pass transforms simple global variables that never have their address
11 // taken.  If obviously true, it marks read/write globals as constant, deletes
12 // variables only stored to, etc.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #define DEBUG_TYPE "globalopt"
17 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
18 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
19 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
21 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
22 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
23 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
24 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
25 #include "llvm/CallingConv.h"
26 #include "llvm/Constants.h"
27 #include "llvm/DataLayout.h"
28 #include "llvm/DerivedTypes.h"
29 #include "llvm/Instructions.h"
30 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
31 #include "llvm/Module.h"
32 #include "llvm/Operator.h"
33 #include "llvm/Pass.h"
34 #include "llvm/Support/CallSite.h"
35 #include "llvm/Support/Debug.h"
36 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
37 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
38 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
39 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
40 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
41 #include <algorithm>
42 using namespace llvm;
43
44 STATISTIC(NumMarked    , "Number of globals marked constant");
45 STATISTIC(NumUnnamed   , "Number of globals marked unnamed_addr");
46 STATISTIC(NumSRA       , "Number of aggregate globals broken into scalars");
47 STATISTIC(NumHeapSRA   , "Number of heap objects SRA'd");
48 STATISTIC(NumSubstitute,"Number of globals with initializers stored into them");
49 STATISTIC(NumDeleted   , "Number of globals deleted");
50 STATISTIC(NumFnDeleted , "Number of functions deleted");
51 STATISTIC(NumGlobUses  , "Number of global uses devirtualized");
52 STATISTIC(NumLocalized , "Number of globals localized");
53 STATISTIC(NumShrunkToBool  , "Number of global vars shrunk to booleans");
54 STATISTIC(NumFastCallFns   , "Number of functions converted to fastcc");
55 STATISTIC(NumCtorsEvaluated, "Number of static ctors evaluated");
56 STATISTIC(NumNestRemoved   , "Number of nest attributes removed");
57 STATISTIC(NumAliasesResolved, "Number of global aliases resolved");
58 STATISTIC(NumAliasesRemoved, "Number of global aliases eliminated");
59 STATISTIC(NumCXXDtorsRemoved, "Number of global C++ destructors removed");
60
61 namespace {
62   struct GlobalStatus;
63   struct GlobalOpt : public ModulePass {
64     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
65       AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
66     }
67     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
68     GlobalOpt() : ModulePass(ID) {
69       initializeGlobalOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
70     }
71
72     bool runOnModule(Module &M);
73
74   private:
75     GlobalVariable *FindGlobalCtors(Module &M);
76     bool OptimizeFunctions(Module &M);
77     bool OptimizeGlobalVars(Module &M);
78     bool OptimizeGlobalAliases(Module &M);
79     bool OptimizeGlobalCtorsList(GlobalVariable *&GCL);
80     bool ProcessGlobal(GlobalVariable *GV,Module::global_iterator &GVI);
81     bool ProcessInternalGlobal(GlobalVariable *GV,Module::global_iterator &GVI,
82                                const SmallPtrSet<const PHINode*, 16> &PHIUsers,
83                                const GlobalStatus &GS);
84     bool OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(Function *CXAAtExitFn);
85
86     DataLayout *TD;
87     TargetLibraryInfo *TLI;
88   };
89 }
90
91 char GlobalOpt::ID = 0;
92 INITIALIZE_PASS_BEGIN(GlobalOpt, "globalopt",
93                 "Global Variable Optimizer", false, false)
94 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
95 INITIALIZE_PASS_END(GlobalOpt, "globalopt",
96                 "Global Variable Optimizer", false, false)
97
98 ModulePass *llvm::createGlobalOptimizerPass() { return new GlobalOpt(); }
99
100 namespace {
101
102 /// GlobalStatus - As we analyze each global, keep track of some information
103 /// about it.  If we find out that the address of the global is taken, none of
104 /// this info will be accurate.
105 struct GlobalStatus {
106   /// isCompared - True if the global's address is used in a comparison.
107   bool isCompared;
108
109   /// isLoaded - True if the global is ever loaded.  If the global isn't ever
110   /// loaded it can be deleted.
111   bool isLoaded;
112
113   /// StoredType - Keep track of what stores to the global look like.
114   ///
115   enum StoredType {
116     /// NotStored - There is no store to this global.  It can thus be marked
117     /// constant.
118     NotStored,
119
120     /// isInitializerStored - This global is stored to, but the only thing
121     /// stored is the constant it was initialized with.  This is only tracked
122     /// for scalar globals.
123     isInitializerStored,
124
125     /// isStoredOnce - This global is stored to, but only its initializer and
126     /// one other value is ever stored to it.  If this global isStoredOnce, we
127     /// track the value stored to it in StoredOnceValue below.  This is only
128     /// tracked for scalar globals.
129     isStoredOnce,
130
131     /// isStored - This global is stored to by multiple values or something else
132     /// that we cannot track.
133     isStored
134   } StoredType;
135
136   /// StoredOnceValue - If only one value (besides the initializer constant) is
137   /// ever stored to this global, keep track of what value it is.
138   Value *StoredOnceValue;
139
140   /// AccessingFunction/HasMultipleAccessingFunctions - These start out
141   /// null/false.  When the first accessing function is noticed, it is recorded.
142   /// When a second different accessing function is noticed,
143   /// HasMultipleAccessingFunctions is set to true.
144   const Function *AccessingFunction;
145   bool HasMultipleAccessingFunctions;
146
147   /// HasNonInstructionUser - Set to true if this global has a user that is not
148   /// an instruction (e.g. a constant expr or GV initializer).
149   bool HasNonInstructionUser;
150
151   /// HasPHIUser - Set to true if this global has a user that is a PHI node.
152   bool HasPHIUser;
153
154   /// AtomicOrdering - Set to the strongest atomic ordering requirement.
155   AtomicOrdering Ordering;
156
157   GlobalStatus() : isCompared(false), isLoaded(false), StoredType(NotStored),
158                    StoredOnceValue(0), AccessingFunction(0),
159                    HasMultipleAccessingFunctions(false),
160                    HasNonInstructionUser(false), HasPHIUser(false),
161                    Ordering(NotAtomic) {}
162 };
163
164 }
165
166 /// StrongerOrdering - Return the stronger of the two ordering. If the two
167 /// orderings are acquire and release, then return AcquireRelease.
168 ///
169 static AtomicOrdering StrongerOrdering(AtomicOrdering X, AtomicOrdering Y) {
170   if (X == Acquire && Y == Release) return AcquireRelease;
171   if (Y == Acquire && X == Release) return AcquireRelease;
172   return (AtomicOrdering)std::max(X, Y);
173 }
174
175 /// SafeToDestroyConstant - It is safe to destroy a constant iff it is only used
176 /// by constants itself.  Note that constants cannot be cyclic, so this test is
177 /// pretty easy to implement recursively.
178 ///
179 static bool SafeToDestroyConstant(const Constant *C) {
180   if (isa<GlobalValue>(C)) return false;
181
182   for (Value::const_use_iterator UI = C->use_begin(), E = C->use_end(); UI != E;
183        ++UI)
184     if (const Constant *CU = dyn_cast<Constant>(*UI)) {
185       if (!SafeToDestroyConstant(CU)) return false;
186     } else
187       return false;
188   return true;
189 }
190
191
192 /// AnalyzeGlobal - Look at all uses of the global and fill in the GlobalStatus
193 /// structure.  If the global has its address taken, return true to indicate we
194 /// can't do anything with it.
195 ///
196 static bool AnalyzeGlobal(const Value *V, GlobalStatus &GS,
197                           SmallPtrSet<const PHINode*, 16> &PHIUsers) {
198   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;
199        ++UI) {
200     const User *U = *UI;
201     if (const ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
202       GS.HasNonInstructionUser = true;
203       
204       // If the result of the constantexpr isn't pointer type, then we won't
205       // know to expect it in various places.  Just reject early.
206       if (!isa<PointerType>(CE->getType())) return true;
207       
208       if (AnalyzeGlobal(CE, GS, PHIUsers)) return true;
209     } else if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U)) {
210       if (!GS.HasMultipleAccessingFunctions) {
211         const Function *F = I->getParent()->getParent();
212         if (GS.AccessingFunction == 0)
213           GS.AccessingFunction = F;
214         else if (GS.AccessingFunction != F)
215           GS.HasMultipleAccessingFunctions = true;
216       }
217       if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
218         GS.isLoaded = true;
219         // Don't hack on volatile loads.
220         if (LI->isVolatile()) return true;
221         GS.Ordering = StrongerOrdering(GS.Ordering, LI->getOrdering());
222       } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
223         // Don't allow a store OF the address, only stores TO the address.
224         if (SI->getOperand(0) == V) return true;
225
226         // Don't hack on volatile stores.
227         if (SI->isVolatile()) return true;
228
229         GS.Ordering = StrongerOrdering(GS.Ordering, SI->getOrdering());
230
231         // If this is a direct store to the global (i.e., the global is a scalar
232         // value, not an aggregate), keep more specific information about
233         // stores.
234         if (GS.StoredType != GlobalStatus::isStored) {
235           if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(
236                                                            SI->getOperand(1))) {
237             Value *StoredVal = SI->getOperand(0);
238
239             if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(StoredVal)) {
240               if (C->isThreadDependent()) {
241                 // The stored value changes between threads; don't track it.
242                 return true;
243               }
244             }
245
246             if (StoredVal == GV->getInitializer()) {
247               if (GS.StoredType < GlobalStatus::isInitializerStored)
248                 GS.StoredType = GlobalStatus::isInitializerStored;
249             } else if (isa<LoadInst>(StoredVal) &&
250                        cast<LoadInst>(StoredVal)->getOperand(0) == GV) {
251               if (GS.StoredType < GlobalStatus::isInitializerStored)
252                 GS.StoredType = GlobalStatus::isInitializerStored;
253             } else if (GS.StoredType < GlobalStatus::isStoredOnce) {
254               GS.StoredType = GlobalStatus::isStoredOnce;
255               GS.StoredOnceValue = StoredVal;
256             } else if (GS.StoredType == GlobalStatus::isStoredOnce &&
257                        GS.StoredOnceValue == StoredVal) {
258               // noop.
259             } else {
260               GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
261             }
262           } else {
263             GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
264           }
265         }
266       } else if (isa<BitCastInst>(I)) {
267         if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
268       } else if (isa<GetElementPtrInst>(I)) {
269         if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
270       } else if (isa<SelectInst>(I)) {
271         if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
272       } else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
273         // PHI nodes we can check just like select or GEP instructions, but we
274         // have to be careful about infinite recursion.
275         if (PHIUsers.insert(PN))  // Not already visited.
276           if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
277         GS.HasPHIUser = true;
278       } else if (isa<CmpInst>(I)) {
279         GS.isCompared = true;
280       } else if (const MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I)) {
281         if (MTI->isVolatile()) return true;
282         if (MTI->getArgOperand(0) == V)
283           GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
284         if (MTI->getArgOperand(1) == V)
285           GS.isLoaded = true;
286       } else if (const MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(I)) {
287         assert(MSI->getArgOperand(0) == V && "Memset only takes one pointer!");
288         if (MSI->isVolatile()) return true;
289         GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
290       } else {
291         return true;  // Any other non-load instruction might take address!
292       }
293     } else if (const Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
294       GS.HasNonInstructionUser = true;
295       // We might have a dead and dangling constant hanging off of here.
296       if (!SafeToDestroyConstant(C))
297         return true;
298     } else {
299       GS.HasNonInstructionUser = true;
300       // Otherwise must be some other user.
301       return true;
302     }
303   }
304
305   return false;
306 }
307
308 /// isLeakCheckerRoot - Is this global variable possibly used by a leak checker
309 /// as a root?  If so, we might not really want to eliminate the stores to it.
310 static bool isLeakCheckerRoot(GlobalVariable *GV) {
311   // A global variable is a root if it is a pointer, or could plausibly contain
312   // a pointer.  There are two challenges; one is that we could have a struct
313   // the has an inner member which is a pointer.  We recurse through the type to
314   // detect these (up to a point).  The other is that we may actually be a union
315   // of a pointer and another type, and so our LLVM type is an integer which
316   // gets converted into a pointer, or our type is an [i8 x #] with a pointer
317   // potentially contained here.
318
319   if (GV->hasPrivateLinkage())
320     return false;
321
322   SmallVector<Type *, 4> Types;
323   Types.push_back(cast<PointerType>(GV->getType())->getElementType());
324
325   unsigned Limit = 20;
326   do {
327     Type *Ty = Types.pop_back_val();
328     switch (Ty->getTypeID()) {
329       default: break;
330       case Type::PointerTyID: return true;
331       case Type::ArrayTyID:
332       case Type::VectorTyID: {
333         SequentialType *STy = cast<SequentialType>(Ty);
334         Types.push_back(STy->getElementType());
335         break;
336       }
337       case Type::StructTyID: {
338         StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
339         if (STy->isOpaque()) return true;
340         for (StructType::element_iterator I = STy->element_begin(),
341                  E = STy->element_end(); I != E; ++I) {
342           Type *InnerTy = *I;
343           if (isa<PointerType>(InnerTy)) return true;
344           if (isa<CompositeType>(InnerTy))
345             Types.push_back(InnerTy);
346         }
347         break;
348       }
349     }
350     if (--Limit == 0) return true;
351   } while (!Types.empty());
352   return false;
353 }
354
355 /// Given a value that is stored to a global but never read, determine whether
356 /// it's safe to remove the store and the chain of computation that feeds the
357 /// store.
358 static bool IsSafeComputationToRemove(Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
359   do {
360     if (isa<Constant>(V))
361       return true;
362     if (!V->hasOneUse())
363       return false;
364     if (isa<LoadInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) || isa<Argument>(V) ||
365         isa<GlobalValue>(V))
366       return false;
367     if (isAllocationFn(V, TLI))
368       return true;
369
370     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
371     if (I->mayHaveSideEffects())
372       return false;
373     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
374       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
375         return false;
376     } else if (I->getNumOperands() != 1) {
377       return false;
378     }
379
380     V = I->getOperand(0);
381   } while (1);
382 }
383
384 /// CleanupPointerRootUsers - This GV is a pointer root.  Loop over all users
385 /// of the global and clean up any that obviously don't assign the global a
386 /// value that isn't dynamically allocated.
387 ///
388 static bool CleanupPointerRootUsers(GlobalVariable *GV,
389                                     const TargetLibraryInfo *TLI) {
390   // A brief explanation of leak checkers.  The goal is to find bugs where
391   // pointers are forgotten, causing an accumulating growth in memory
392   // usage over time.  The common strategy for leak checkers is to whitelist the
393   // memory pointed to by globals at exit.  This is popular because it also
394   // solves another problem where the main thread of a C++ program may shut down
395   // before other threads that are still expecting to use those globals.  To
396   // handle that case, we expect the program may create a singleton and never
397   // destroy it.
398
399   bool Changed = false;
400
401   // If Dead[n].first is the only use of a malloc result, we can delete its
402   // chain of computation and the store to the global in Dead[n].second.
403   SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 32> Dead;
404
405   // Constants can't be pointers to dynamically allocated memory.
406   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
407        UI != E;) {
408     User *U = *UI++;
409     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
410       Value *V = SI->getValueOperand();
411       if (isa<Constant>(V)) {
412         Changed = true;
413         SI->eraseFromParent();
414       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
415         if (I->hasOneUse())
416           Dead.push_back(std::make_pair(I, SI));
417       }
418     } else if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(U)) {
419       if (isa<Constant>(MSI->getValue())) {
420         Changed = true;
421         MSI->eraseFromParent();
422       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(MSI->getValue())) {
423         if (I->hasOneUse())
424           Dead.push_back(std::make_pair(I, MSI));
425       }
426     } else if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(U)) {
427       GlobalVariable *MemSrc = dyn_cast<GlobalVariable>(MTI->getSource());
428       if (MemSrc && MemSrc->isConstant()) {
429         Changed = true;
430         MTI->eraseFromParent();
431       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(MemSrc)) {
432         if (I->hasOneUse())
433           Dead.push_back(std::make_pair(I, MTI));
434       }
435     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
436       if (CE->use_empty()) {
437         CE->destroyConstant();
438         Changed = true;
439       }
440     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
441       if (SafeToDestroyConstant(C)) {
442         C->destroyConstant();
443         // This could have invalidated UI, start over from scratch.
444         Dead.clear();
445         CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
446         return true;
447       }
448     }
449   }
450
451   for (int i = 0, e = Dead.size(); i != e; ++i) {
452     if (IsSafeComputationToRemove(Dead[i].first, TLI)) {
453       Dead[i].second->eraseFromParent();
454       Instruction *I = Dead[i].first;
455       do {
456         if (isAllocationFn(I, TLI))
457           break;
458         Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
459         if (!J)
460           break;
461         I->eraseFromParent();
462         I = J;
463       } while (1);
464       I->eraseFromParent();
465     }
466   }
467
468   return Changed;
469 }
470
471 /// CleanupConstantGlobalUsers - We just marked GV constant.  Loop over all
472 /// users of the global, cleaning up the obvious ones.  This is largely just a
473 /// quick scan over the use list to clean up the easy and obvious cruft.  This
474 /// returns true if it made a change.
475 static bool CleanupConstantGlobalUsers(Value *V, Constant *Init,
476                                        DataLayout *TD, TargetLibraryInfo *TLI) {
477   bool Changed = false;
478   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;) {
479     User *U = *UI++;
480
481     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
482       if (Init) {
483         // Replace the load with the initializer.
484         LI->replaceAllUsesWith(Init);
485         LI->eraseFromParent();
486         Changed = true;
487       }
488     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
489       // Store must be unreachable or storing Init into the global.
490       SI->eraseFromParent();
491       Changed = true;
492     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
493       if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
494         Constant *SubInit = 0;
495         if (Init)
496           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE);
497         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, SubInit, TD, TLI);
498       } else if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast &&
499                  CE->getType()->isPointerTy()) {
500         // Pointer cast, delete any stores and memsets to the global.
501         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, 0, TD, TLI);
502       }
503
504       if (CE->use_empty()) {
505         CE->destroyConstant();
506         Changed = true;
507       }
508     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
509       // Do not transform "gepinst (gep constexpr (GV))" here, because forming
510       // "gepconstexpr (gep constexpr (GV))" will cause the two gep's to fold
511       // and will invalidate our notion of what Init is.
512       Constant *SubInit = 0;
513       if (!isa<ConstantExpr>(GEP->getOperand(0))) {
514         ConstantExpr *CE =
515           dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(ConstantFoldInstruction(GEP, TD, TLI));
516         if (Init && CE && CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
517           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE);
518
519         // If the initializer is an all-null value and we have an inbounds GEP,
520         // we already know what the result of any load from that GEP is.
521         // TODO: Handle splats.
522         if (Init && isa<ConstantAggregateZero>(Init) && GEP->isInBounds())
523           SubInit = Constant::getNullValue(GEP->getType()->getElementType());
524       }
525       Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(GEP, SubInit, TD, TLI);
526
527       if (GEP->use_empty()) {
528         GEP->eraseFromParent();
529         Changed = true;
530       }
531     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U)) { // memset/cpy/mv
532       if (MI->getRawDest() == V) {
533         MI->eraseFromParent();
534         Changed = true;
535       }
536
537     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
538       // If we have a chain of dead constantexprs or other things dangling from
539       // us, and if they are all dead, nuke them without remorse.
540       if (SafeToDestroyConstant(C)) {
541         C->destroyConstant();
542         // This could have invalidated UI, start over from scratch.
543         CleanupConstantGlobalUsers(V, Init, TD, TLI);
544         return true;
545       }
546     }
547   }
548   return Changed;
549 }
550
551 /// isSafeSROAElementUse - Return true if the specified instruction is a safe
552 /// user of a derived expression from a global that we want to SROA.
553 static bool isSafeSROAElementUse(Value *V) {
554   // We might have a dead and dangling constant hanging off of here.
555   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
556     return SafeToDestroyConstant(C);
557
558   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
559   if (!I) return false;
560
561   // Loads are ok.
562   if (isa<LoadInst>(I)) return true;
563
564   // Stores *to* the pointer are ok.
565   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
566     return SI->getOperand(0) != V;
567
568   // Otherwise, it must be a GEP.
569   GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I);
570   if (GEPI == 0) return false;
571
572   if (GEPI->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEPI->getOperand(1)) ||
573       !cast<Constant>(GEPI->getOperand(1))->isNullValue())
574     return false;
575
576   for (Value::use_iterator I = GEPI->use_begin(), E = GEPI->use_end();
577        I != E; ++I)
578     if (!isSafeSROAElementUse(*I))
579       return false;
580   return true;
581 }
582
583
584 /// IsUserOfGlobalSafeForSRA - U is a direct user of the specified global value.
585 /// Look at it and its uses and decide whether it is safe to SROA this global.
586 ///
587 static bool IsUserOfGlobalSafeForSRA(User *U, GlobalValue *GV) {
588   // The user of the global must be a GEP Inst or a ConstantExpr GEP.
589   if (!isa<GetElementPtrInst>(U) &&
590       (!isa<ConstantExpr>(U) ||
591        cast<ConstantExpr>(U)->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr))
592     return false;
593
594   // Check to see if this ConstantExpr GEP is SRA'able.  In particular, we
595   // don't like < 3 operand CE's, and we don't like non-constant integer
596   // indices.  This enforces that all uses are 'gep GV, 0, C, ...' for some
597   // value of C.
598   if (U->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(U->getOperand(1)) ||
599       !cast<Constant>(U->getOperand(1))->isNullValue() ||
600       !isa<ConstantInt>(U->getOperand(2)))
601     return false;
602
603   gep_type_iterator GEPI = gep_type_begin(U), E = gep_type_end(U);
604   ++GEPI;  // Skip over the pointer index.
605
606   // If this is a use of an array allocation, do a bit more checking for sanity.
607   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*GEPI)) {
608     uint64_t NumElements = AT->getNumElements();
609     ConstantInt *Idx = cast<ConstantInt>(U->getOperand(2));
610
611     // Check to make sure that index falls within the array.  If not,
612     // something funny is going on, so we won't do the optimization.
613     //
614     if (Idx->getZExtValue() >= NumElements)
615       return false;
616
617     // We cannot scalar repl this level of the array unless any array
618     // sub-indices are in-range constants.  In particular, consider:
619     // A[0][i].  We cannot know that the user isn't doing invalid things like
620     // allowing i to index an out-of-range subscript that accesses A[1].
621     //
622     // Scalar replacing *just* the outer index of the array is probably not
623     // going to be a win anyway, so just give up.
624     for (++GEPI; // Skip array index.
625          GEPI != E;
626          ++GEPI) {
627       uint64_t NumElements;
628       if (ArrayType *SubArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(*GEPI))
629         NumElements = SubArrayTy->getNumElements();
630       else if (VectorType *SubVectorTy = dyn_cast<VectorType>(*GEPI))
631         NumElements = SubVectorTy->getNumElements();
632       else {
633         assert((*GEPI)->isStructTy() &&
634                "Indexed GEP type is not array, vector, or struct!");
635         continue;
636       }
637
638       ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPI.getOperand());
639       if (!IdxVal || IdxVal->getZExtValue() >= NumElements)
640         return false;
641     }
642   }
643
644   for (Value::use_iterator I = U->use_begin(), E = U->use_end(); I != E; ++I)
645     if (!isSafeSROAElementUse(*I))
646       return false;
647   return true;
648 }
649
650 /// GlobalUsersSafeToSRA - Look at all uses of the global and decide whether it
651 /// is safe for us to perform this transformation.
652 ///
653 static bool GlobalUsersSafeToSRA(GlobalValue *GV) {
654   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
655        UI != E; ++UI) {
656     if (!IsUserOfGlobalSafeForSRA(*UI, GV))
657       return false;
658   }
659   return true;
660 }
661
662
663 /// SRAGlobal - Perform scalar replacement of aggregates on the specified global
664 /// variable.  This opens the door for other optimizations by exposing the
665 /// behavior of the program in a more fine-grained way.  We have determined that
666 /// this transformation is safe already.  We return the first global variable we
667 /// insert so that the caller can reprocess it.
668 static GlobalVariable *SRAGlobal(GlobalVariable *GV, const DataLayout &TD) {
669   // Make sure this global only has simple uses that we can SRA.
670   if (!GlobalUsersSafeToSRA(GV))
671     return 0;
672
673   assert(GV->hasLocalLinkage() && !GV->isConstant());
674   Constant *Init = GV->getInitializer();
675   Type *Ty = Init->getType();
676
677   std::vector<GlobalVariable*> NewGlobals;
678   Module::GlobalListType &Globals = GV->getParent()->getGlobalList();
679
680   // Get the alignment of the global, either explicit or target-specific.
681   unsigned StartAlignment = GV->getAlignment();
682   if (StartAlignment == 0)
683     StartAlignment = TD.getABITypeAlignment(GV->getType());
684
685   if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
686     NewGlobals.reserve(STy->getNumElements());
687     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(STy);
688     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
689       Constant *In = Init->getAggregateElement(i);
690       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
691       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(STy->getElementType(i), false,
692                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
693                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
694                                                GV->getThreadLocalMode(),
695                                               GV->getType()->getAddressSpace());
696       Globals.insert(GV, NGV);
697       NewGlobals.push_back(NGV);
698
699       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
700       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
701       // propagate info to each field.
702       uint64_t FieldOffset = Layout.getElementOffset(i);
703       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, FieldOffset);
704       if (NewAlign > TD.getABITypeAlignment(STy->getElementType(i)))
705         NGV->setAlignment(NewAlign);
706     }
707   } else if (SequentialType *STy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
708     unsigned NumElements = 0;
709     if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(STy))
710       NumElements = ATy->getNumElements();
711     else
712       NumElements = cast<VectorType>(STy)->getNumElements();
713
714     if (NumElements > 16 && GV->hasNUsesOrMore(16))
715       return 0; // It's not worth it.
716     NewGlobals.reserve(NumElements);
717
718     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSize(STy->getElementType());
719     unsigned EltAlign = TD.getABITypeAlignment(STy->getElementType());
720     for (unsigned i = 0, e = NumElements; i != e; ++i) {
721       Constant *In = Init->getAggregateElement(i);
722       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
723
724       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(STy->getElementType(), false,
725                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
726                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
727                                                GV->getThreadLocalMode(),
728                                               GV->getType()->getAddressSpace());
729       Globals.insert(GV, NGV);
730       NewGlobals.push_back(NGV);
731
732       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
733       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
734       // propagate info to each field.
735       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, EltSize*i);
736       if (NewAlign > EltAlign)
737         NGV->setAlignment(NewAlign);
738     }
739   }
740
741   if (NewGlobals.empty())
742     return 0;
743
744   DEBUG(dbgs() << "PERFORMING GLOBAL SRA ON: " << *GV);
745
746   Constant *NullInt =Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GV->getContext()));
747
748   // Loop over all of the uses of the global, replacing the constantexpr geps,
749   // with smaller constantexpr geps or direct references.
750   while (!GV->use_empty()) {
751     User *GEP = GV->use_back();
752     assert(((isa<ConstantExpr>(GEP) &&
753              cast<ConstantExpr>(GEP)->getOpcode()==Instruction::GetElementPtr)||
754             isa<GetElementPtrInst>(GEP)) && "NonGEP CE's are not SRAable!");
755
756     // Ignore the 1th operand, which has to be zero or else the program is quite
757     // broken (undefined).  Get the 2nd operand, which is the structure or array
758     // index.
759     unsigned Val = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2))->getZExtValue();
760     if (Val >= NewGlobals.size()) Val = 0; // Out of bound array access.
761
762     Value *NewPtr = NewGlobals[Val];
763
764     // Form a shorter GEP if needed.
765     if (GEP->getNumOperands() > 3) {
766       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GEP)) {
767         SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
768         Idxs.push_back(NullInt);
769         for (unsigned i = 3, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
770           Idxs.push_back(CE->getOperand(i));
771         NewPtr = ConstantExpr::getGetElementPtr(cast<Constant>(NewPtr), Idxs);
772       } else {
773         GetElementPtrInst *GEPI = cast<GetElementPtrInst>(GEP);
774         SmallVector<Value*, 8> Idxs;
775         Idxs.push_back(NullInt);
776         for (unsigned i = 3, e = GEPI->getNumOperands(); i != e; ++i)
777           Idxs.push_back(GEPI->getOperand(i));
778         NewPtr = GetElementPtrInst::Create(NewPtr, Idxs,
779                                            GEPI->getName()+"."+Twine(Val),GEPI);
780       }
781     }
782     GEP->replaceAllUsesWith(NewPtr);
783
784     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(GEP))
785       GEPI->eraseFromParent();
786     else
787       cast<ConstantExpr>(GEP)->destroyConstant();
788   }
789
790   // Delete the old global, now that it is dead.
791   Globals.erase(GV);
792   ++NumSRA;
793
794   // Loop over the new globals array deleting any globals that are obviously
795   // dead.  This can arise due to scalarization of a structure or an array that
796   // has elements that are dead.
797   unsigned FirstGlobal = 0;
798   for (unsigned i = 0, e = NewGlobals.size(); i != e; ++i)
799     if (NewGlobals[i]->use_empty()) {
800       Globals.erase(NewGlobals[i]);
801       if (FirstGlobal == i) ++FirstGlobal;
802     }
803
804   return FirstGlobal != NewGlobals.size() ? NewGlobals[FirstGlobal] : 0;
805 }
806
807 /// AllUsesOfValueWillTrapIfNull - Return true if all users of the specified
808 /// value will trap if the value is dynamically null.  PHIs keeps track of any
809 /// phi nodes we've seen to avoid reprocessing them.
810 static bool AllUsesOfValueWillTrapIfNull(const Value *V,
811                                          SmallPtrSet<const PHINode*, 8> &PHIs) {
812   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;
813        ++UI) {
814     const User *U = *UI;
815
816     if (isa<LoadInst>(U)) {
817       // Will trap.
818     } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
819       if (SI->getOperand(0) == V) {
820         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
821         return false;  // Storing the value.
822       }
823     } else if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(U)) {
824       if (CI->getCalledValue() != V) {
825         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
826         return false;  // Not calling the ptr
827       }
828     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(U)) {
829       if (II->getCalledValue() != V) {
830         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
831         return false;  // Not calling the ptr
832       }
833     } else if (const BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
834       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(CI, PHIs)) return false;
835     } else if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
836       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(GEPI, PHIs)) return false;
837     } else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
838       // If we've already seen this phi node, ignore it, it has already been
839       // checked.
840       if (PHIs.insert(PN) && !AllUsesOfValueWillTrapIfNull(PN, PHIs))
841         return false;
842     } else if (isa<ICmpInst>(U) &&
843                isa<ConstantPointerNull>(UI->getOperand(1))) {
844       // Ignore icmp X, null
845     } else {
846       //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
847       return false;
848     }
849   }
850   return true;
851 }
852
853 /// AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull - Return true if all uses of any loads
854 /// from GV will trap if the loaded value is null.  Note that this also permits
855 /// comparisons of the loaded value against null, as a special case.
856 static bool AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(const GlobalVariable *GV) {
857   for (Value::const_use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
858        UI != E; ++UI) {
859     const User *U = *UI;
860
861     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
862       SmallPtrSet<const PHINode*, 8> PHIs;
863       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(LI, PHIs))
864         return false;
865     } else if (isa<StoreInst>(U)) {
866       // Ignore stores to the global.
867     } else {
868       // We don't know or understand this user, bail out.
869       //cerr << "UNKNOWN USER OF GLOBAL!: " << *U;
870       return false;
871     }
872   }
873   return true;
874 }
875
876 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(Value *V, Constant *NewV) {
877   bool Changed = false;
878   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; ) {
879     Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
880     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
881       LI->setOperand(0, NewV);
882       Changed = true;
883     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
884       if (SI->getOperand(1) == V) {
885         SI->setOperand(1, NewV);
886         Changed = true;
887       }
888     } else if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I)) {
889       CallSite CS(I);
890       if (CS.getCalledValue() == V) {
891         // Calling through the pointer!  Turn into a direct call, but be careful
892         // that the pointer is not also being passed as an argument.
893         CS.setCalledFunction(NewV);
894         Changed = true;
895         bool PassedAsArg = false;
896         for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
897           if (CS.getArgument(i) == V) {
898             PassedAsArg = true;
899             CS.setArgument(i, NewV);
900           }
901
902         if (PassedAsArg) {
903           // Being passed as an argument also.  Be careful to not invalidate UI!
904           UI = V->use_begin();
905         }
906       }
907     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
908       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(CI,
909                                 ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
910                                                       NewV, CI->getType()));
911       if (CI->use_empty()) {
912         Changed = true;
913         CI->eraseFromParent();
914       }
915     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
916       // Should handle GEP here.
917       SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
918       Idxs.reserve(GEPI->getNumOperands()-1);
919       for (User::op_iterator i = GEPI->op_begin() + 1, e = GEPI->op_end();
920            i != e; ++i)
921         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(*i))
922           Idxs.push_back(C);
923         else
924           break;
925       if (Idxs.size() == GEPI->getNumOperands()-1)
926         Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(GEPI,
927                           ConstantExpr::getGetElementPtr(NewV, Idxs));
928       if (GEPI->use_empty()) {
929         Changed = true;
930         GEPI->eraseFromParent();
931       }
932     }
933   }
934
935   return Changed;
936 }
937
938
939 /// OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads - The specified global has only one non-null
940 /// value stored into it.  If there are uses of the loaded value that would trap
941 /// if the loaded value is dynamically null, then we know that they cannot be
942 /// reachable with a null optimize away the load.
943 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GlobalVariable *GV, Constant *LV,
944                                             DataLayout *TD,
945                                             TargetLibraryInfo *TLI) {
946   bool Changed = false;
947
948   // Keep track of whether we are able to remove all the uses of the global
949   // other than the store that defines it.
950   bool AllNonStoreUsesGone = true;
951
952   // Replace all uses of loads with uses of uses of the stored value.
953   for (Value::use_iterator GUI = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); GUI != E;){
954     User *GlobalUser = *GUI++;
955     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(GlobalUser)) {
956       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(LI, LV);
957       // If we were able to delete all uses of the loads
958       if (LI->use_empty()) {
959         LI->eraseFromParent();
960         Changed = true;
961       } else {
962         AllNonStoreUsesGone = false;
963       }
964     } else if (isa<StoreInst>(GlobalUser)) {
965       // Ignore the store that stores "LV" to the global.
966       assert(GlobalUser->getOperand(1) == GV &&
967              "Must be storing *to* the global");
968     } else {
969       AllNonStoreUsesGone = false;
970
971       // If we get here we could have other crazy uses that are transitively
972       // loaded.
973       assert((isa<PHINode>(GlobalUser) || isa<SelectInst>(GlobalUser) ||
974               isa<ConstantExpr>(GlobalUser) || isa<CmpInst>(GlobalUser) ||
975               isa<BitCastInst>(GlobalUser) ||
976               isa<GetElementPtrInst>(GlobalUser)) &&
977              "Only expect load and stores!");
978     }
979   }
980
981   if (Changed) {
982     DEBUG(dbgs() << "OPTIMIZED LOADS FROM STORED ONCE POINTER: " << *GV);
983     ++NumGlobUses;
984   }
985
986   // If we nuked all of the loads, then none of the stores are needed either,
987   // nor is the global.
988   if (AllNonStoreUsesGone) {
989     if (isLeakCheckerRoot(GV)) {
990       Changed |= CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
991     } else {
992       Changed = true;
993       CleanupConstantGlobalUsers(GV, 0, TD, TLI);
994     }
995     if (GV->use_empty()) {
996       DEBUG(dbgs() << "  *** GLOBAL NOW DEAD!\n");
997       Changed = true;
998       GV->eraseFromParent();
999       ++NumDeleted;
1000     }
1001   }
1002   return Changed;
1003 }
1004
1005 /// ConstantPropUsersOf - Walk the use list of V, constant folding all of the
1006 /// instructions that are foldable.
1007 static void ConstantPropUsersOf(Value *V,
1008                                 DataLayout *TD, TargetLibraryInfo *TLI) {
1009   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; )
1010     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(*UI++))
1011       if (Constant *NewC = ConstantFoldInstruction(I, TD, TLI)) {
1012         I->replaceAllUsesWith(NewC);
1013
1014         // Advance UI to the next non-I use to avoid invalidating it!
1015         // Instructions could multiply use V.
1016         while (UI != E && *UI == I)
1017           ++UI;
1018         I->eraseFromParent();
1019       }
1020 }
1021
1022 /// OptimizeGlobalAddressOfMalloc - This function takes the specified global
1023 /// variable, and transforms the program as if it always contained the result of
1024 /// the specified malloc.  Because it is always the result of the specified
1025 /// malloc, there is no reason to actually DO the malloc.  Instead, turn the
1026 /// malloc into a global, and any loads of GV as uses of the new global.
1027 static GlobalVariable *OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GlobalVariable *GV,
1028                                                      CallInst *CI,
1029                                                      Type *AllocTy,
1030                                                      ConstantInt *NElements,
1031                                                      DataLayout *TD,
1032                                                      TargetLibraryInfo *TLI) {
1033   DEBUG(errs() << "PROMOTING GLOBAL: " << *GV << "  CALL = " << *CI << '\n');
1034
1035   Type *GlobalType;
1036   if (NElements->getZExtValue() == 1)
1037     GlobalType = AllocTy;
1038   else
1039     // If we have an array allocation, the global variable is of an array.
1040     GlobalType = ArrayType::get(AllocTy, NElements->getZExtValue());
1041
1042   // Create the new global variable.  The contents of the malloc'd memory is
1043   // undefined, so initialize with an undef value.
1044   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(*GV->getParent(),
1045                                              GlobalType, false,
1046                                              GlobalValue::InternalLinkage,
1047                                              UndefValue::get(GlobalType),
1048                                              GV->getName()+".body",
1049                                              GV,
1050                                              GV->getThreadLocalMode());
1051
1052   // If there are bitcast users of the malloc (which is typical, usually we have
1053   // a malloc + bitcast) then replace them with uses of the new global.  Update
1054   // other users to use the global as well.
1055   BitCastInst *TheBC = 0;
1056   while (!CI->use_empty()) {
1057     Instruction *User = cast<Instruction>(CI->use_back());
1058     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1059       if (BCI->getType() == NewGV->getType()) {
1060         BCI->replaceAllUsesWith(NewGV);
1061         BCI->eraseFromParent();
1062       } else {
1063         BCI->setOperand(0, NewGV);
1064       }
1065     } else {
1066       if (TheBC == 0)
1067         TheBC = new BitCastInst(NewGV, CI->getType(), "newgv", CI);
1068       User->replaceUsesOfWith(CI, TheBC);
1069     }
1070   }
1071
1072   Constant *RepValue = NewGV;
1073   if (NewGV->getType() != GV->getType()->getElementType())
1074     RepValue = ConstantExpr::getBitCast(RepValue,
1075                                         GV->getType()->getElementType());
1076
1077   // If there is a comparison against null, we will insert a global bool to
1078   // keep track of whether the global was initialized yet or not.
1079   GlobalVariable *InitBool =
1080     new GlobalVariable(Type::getInt1Ty(GV->getContext()), false,
1081                        GlobalValue::InternalLinkage,
1082                        ConstantInt::getFalse(GV->getContext()),
1083                        GV->getName()+".init", GV->getThreadLocalMode());
1084   bool InitBoolUsed = false;
1085
1086   // Loop over all uses of GV, processing them in turn.
1087   while (!GV->use_empty()) {
1088     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GV->use_back())) {
1089       // The global is initialized when the store to it occurs.
1090       new StoreInst(ConstantInt::getTrue(GV->getContext()), InitBool, false, 0,
1091                     SI->getOrdering(), SI->getSynchScope(), SI);
1092       SI->eraseFromParent();
1093       continue;
1094     }
1095
1096     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(GV->use_back());
1097     while (!LI->use_empty()) {
1098       Use &LoadUse = LI->use_begin().getUse();
1099       if (!isa<ICmpInst>(LoadUse.getUser())) {
1100         LoadUse = RepValue;
1101         continue;
1102       }
1103
1104       ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(LoadUse.getUser());
1105       // Replace the cmp X, 0 with a use of the bool value.
1106       // Sink the load to where the compare was, if atomic rules allow us to.
1107       Value *LV = new LoadInst(InitBool, InitBool->getName()+".val", false, 0,
1108                                LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(),
1109                                LI->isUnordered() ? (Instruction*)ICI : LI);
1110       InitBoolUsed = true;
1111       switch (ICI->getPredicate()) {
1112       default: llvm_unreachable("Unknown ICmp Predicate!");
1113       case ICmpInst::ICMP_ULT:
1114       case ICmpInst::ICMP_SLT:   // X < null -> always false
1115         LV = ConstantInt::getFalse(GV->getContext());
1116         break;
1117       case ICmpInst::ICMP_ULE:
1118       case ICmpInst::ICMP_SLE:
1119       case ICmpInst::ICMP_EQ:
1120         LV = BinaryOperator::CreateNot(LV, "notinit", ICI);
1121         break;
1122       case ICmpInst::ICMP_NE:
1123       case ICmpInst::ICMP_UGE:
1124       case ICmpInst::ICMP_SGE:
1125       case ICmpInst::ICMP_UGT:
1126       case ICmpInst::ICMP_SGT:
1127         break;  // no change.
1128       }
1129       ICI->replaceAllUsesWith(LV);
1130       ICI->eraseFromParent();
1131     }
1132     LI->eraseFromParent();
1133   }
1134
1135   // If the initialization boolean was used, insert it, otherwise delete it.
1136   if (!InitBoolUsed) {
1137     while (!InitBool->use_empty())  // Delete initializations
1138       cast<StoreInst>(InitBool->use_back())->eraseFromParent();
1139     delete InitBool;
1140   } else
1141     GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV, InitBool);
1142
1143   // Now the GV is dead, nuke it and the malloc..
1144   GV->eraseFromParent();
1145   CI->eraseFromParent();
1146
1147   // To further other optimizations, loop over all users of NewGV and try to
1148   // constant prop them.  This will promote GEP instructions with constant
1149   // indices into GEP constant-exprs, which will allow global-opt to hack on it.
1150   ConstantPropUsersOf(NewGV, TD, TLI);
1151   if (RepValue != NewGV)
1152     ConstantPropUsersOf(RepValue, TD, TLI);
1153
1154   return NewGV;
1155 }
1156
1157 /// ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal - Scan the use-list of V checking
1158 /// to make sure that there are no complex uses of V.  We permit simple things
1159 /// like dereferencing the pointer, but not storing through the address, unless
1160 /// it is to the specified global.
1161 static bool ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(const Instruction *V,
1162                                                       const GlobalVariable *GV,
1163                                          SmallPtrSet<const PHINode*, 8> &PHIs) {
1164   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end();
1165        UI != E; ++UI) {
1166     const Instruction *Inst = cast<Instruction>(*UI);
1167
1168     if (isa<LoadInst>(Inst) || isa<CmpInst>(Inst)) {
1169       continue; // Fine, ignore.
1170     }
1171
1172     if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1173       if (SI->getOperand(0) == V && SI->getOperand(1) != GV)
1174         return false;  // Storing the pointer itself... bad.
1175       continue; // Otherwise, storing through it, or storing into GV... fine.
1176     }
1177
1178     // Must index into the array and into the struct.
1179     if (isa<GetElementPtrInst>(Inst) && Inst->getNumOperands() >= 3) {
1180       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(Inst, GV, PHIs))
1181         return false;
1182       continue;
1183     }
1184
1185     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Inst)) {
1186       // PHIs are ok if all uses are ok.  Don't infinitely recurse through PHI
1187       // cycles.
1188       if (PHIs.insert(PN))
1189         if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(PN, GV, PHIs))
1190           return false;
1191       continue;
1192     }
1193
1194     if (const BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Inst)) {
1195       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(BCI, GV, PHIs))
1196         return false;
1197       continue;
1198     }
1199
1200     return false;
1201   }
1202   return true;
1203 }
1204
1205 /// ReplaceUsesOfMallocWithGlobal - The Alloc pointer is stored into GV
1206 /// somewhere.  Transform all uses of the allocation into loads from the
1207 /// global and uses of the resultant pointer.  Further, delete the store into
1208 /// GV.  This assumes that these value pass the
1209 /// 'ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal' predicate.
1210 static void ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(Instruction *Alloc,
1211                                           GlobalVariable *GV) {
1212   while (!Alloc->use_empty()) {
1213     Instruction *U = cast<Instruction>(*Alloc->use_begin());
1214     Instruction *InsertPt = U;
1215     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1216       // If this is the store of the allocation into the global, remove it.
1217       if (SI->getOperand(1) == GV) {
1218         SI->eraseFromParent();
1219         continue;
1220       }
1221     } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1222       // Insert the load in the corresponding predecessor, not right before the
1223       // PHI.
1224       InsertPt = PN->getIncomingBlock(Alloc->use_begin())->getTerminator();
1225     } else if (isa<BitCastInst>(U)) {
1226       // Must be bitcast between the malloc and store to initialize the global.
1227       ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(U, GV);
1228       U->eraseFromParent();
1229       continue;
1230     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
1231       // If this is a "GEP bitcast" and the user is a store to the global, then
1232       // just process it as a bitcast.
1233       if (GEPI->hasAllZeroIndices() && GEPI->hasOneUse())
1234         if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GEPI->use_back()))
1235           if (SI->getOperand(1) == GV) {
1236             // Must be bitcast GEP between the malloc and store to initialize
1237             // the global.
1238             ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(GEPI, GV);
1239             GEPI->eraseFromParent();
1240             continue;
1241           }
1242     }
1243
1244     // Insert a load from the global, and use it instead of the malloc.
1245     Value *NL = new LoadInst(GV, GV->getName()+".val", InsertPt);
1246     U->replaceUsesOfWith(Alloc, NL);
1247   }
1248 }
1249
1250 /// LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA - Verify that all uses of V (a load, or a phi
1251 /// of a load) are simple enough to perform heap SRA on.  This permits GEP's
1252 /// that index through the array and struct field, icmps of null, and PHIs.
1253 static bool LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(const Value *V,
1254                         SmallPtrSet<const PHINode*, 32> &LoadUsingPHIs,
1255                         SmallPtrSet<const PHINode*, 32> &LoadUsingPHIsPerLoad) {
1256   // We permit two users of the load: setcc comparing against the null
1257   // pointer, and a getelementptr of a specific form.
1258   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;
1259        ++UI) {
1260     const Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1261
1262     // Comparison against null is ok.
1263     if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(User)) {
1264       if (!isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1265         return false;
1266       continue;
1267     }
1268
1269     // getelementptr is also ok, but only a simple form.
1270     if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1271       // Must index into the array and into the struct.
1272       if (GEPI->getNumOperands() < 3)
1273         return false;
1274
1275       // Otherwise the GEP is ok.
1276       continue;
1277     }
1278
1279     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1280       if (!LoadUsingPHIsPerLoad.insert(PN))
1281         // This means some phi nodes are dependent on each other.
1282         // Avoid infinite looping!
1283         return false;
1284       if (!LoadUsingPHIs.insert(PN))
1285         // If we have already analyzed this PHI, then it is safe.
1286         continue;
1287
1288       // Make sure all uses of the PHI are simple enough to transform.
1289       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(PN,
1290                                           LoadUsingPHIs, LoadUsingPHIsPerLoad))
1291         return false;
1292
1293       continue;
1294     }
1295
1296     // Otherwise we don't know what this is, not ok.
1297     return false;
1298   }
1299
1300   return true;
1301 }
1302
1303
1304 /// AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA - If all users of values loaded from
1305 /// GV are simple enough to perform HeapSRA, return true.
1306 static bool AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(const GlobalVariable *GV,
1307                                                     Instruction *StoredVal) {
1308   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> LoadUsingPHIs;
1309   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> LoadUsingPHIsPerLoad;
1310   for (Value::const_use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
1311        UI != E; ++UI)
1312     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
1313       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(LI, LoadUsingPHIs,
1314                                           LoadUsingPHIsPerLoad))
1315         return false;
1316       LoadUsingPHIsPerLoad.clear();
1317     }
1318
1319   // If we reach here, we know that all uses of the loads and transitive uses
1320   // (through PHI nodes) are simple enough to transform.  However, we don't know
1321   // that all inputs the to the PHI nodes are in the same equivalence sets.
1322   // Check to verify that all operands of the PHIs are either PHIS that can be
1323   // transformed, loads from GV, or MI itself.
1324   for (SmallPtrSet<const PHINode*, 32>::const_iterator I = LoadUsingPHIs.begin()
1325        , E = LoadUsingPHIs.end(); I != E; ++I) {
1326     const PHINode *PN = *I;
1327     for (unsigned op = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); op != e; ++op) {
1328       Value *InVal = PN->getIncomingValue(op);
1329
1330       // PHI of the stored value itself is ok.
1331       if (InVal == StoredVal) continue;
1332
1333       if (const PHINode *InPN = dyn_cast<PHINode>(InVal)) {
1334         // One of the PHIs in our set is (optimistically) ok.
1335         if (LoadUsingPHIs.count(InPN))
1336           continue;
1337         return false;
1338       }
1339
1340       // Load from GV is ok.
1341       if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(InVal))
1342         if (LI->getOperand(0) == GV)
1343           continue;
1344
1345       // UNDEF? NULL?
1346
1347       // Anything else is rejected.
1348       return false;
1349     }
1350   }
1351
1352   return true;
1353 }
1354
1355 static Value *GetHeapSROAValue(Value *V, unsigned FieldNo,
1356                DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1357                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1358   std::vector<Value*> &FieldVals = InsertedScalarizedValues[V];
1359
1360   if (FieldNo >= FieldVals.size())
1361     FieldVals.resize(FieldNo+1);
1362
1363   // If we already have this value, just reuse the previously scalarized
1364   // version.
1365   if (Value *FieldVal = FieldVals[FieldNo])
1366     return FieldVal;
1367
1368   // Depending on what instruction this is, we have several cases.
1369   Value *Result;
1370   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
1371     // This is a scalarized version of the load from the global.  Just create
1372     // a new Load of the scalarized global.
1373     Result = new LoadInst(GetHeapSROAValue(LI->getOperand(0), FieldNo,
1374                                            InsertedScalarizedValues,
1375                                            PHIsToRewrite),
1376                           LI->getName()+".f"+Twine(FieldNo), LI);
1377   } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1378     // PN's type is pointer to struct.  Make a new PHI of pointer to struct
1379     // field.
1380     StructType *ST =
1381       cast<StructType>(cast<PointerType>(PN->getType())->getElementType());
1382
1383     PHINode *NewPN =
1384      PHINode::Create(PointerType::getUnqual(ST->getElementType(FieldNo)),
1385                      PN->getNumIncomingValues(),
1386                      PN->getName()+".f"+Twine(FieldNo), PN);
1387     Result = NewPN;
1388     PHIsToRewrite.push_back(std::make_pair(PN, FieldNo));
1389   } else {
1390     llvm_unreachable("Unknown usable value");
1391   }
1392
1393   return FieldVals[FieldNo] = Result;
1394 }
1395
1396 /// RewriteHeapSROALoadUser - Given a load instruction and a value derived from
1397 /// the load, rewrite the derived value to use the HeapSRoA'd load.
1398 static void RewriteHeapSROALoadUser(Instruction *LoadUser,
1399              DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1400                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1401   // If this is a comparison against null, handle it.
1402   if (ICmpInst *SCI = dyn_cast<ICmpInst>(LoadUser)) {
1403     assert(isa<ConstantPointerNull>(SCI->getOperand(1)));
1404     // If we have a setcc of the loaded pointer, we can use a setcc of any
1405     // field.
1406     Value *NPtr = GetHeapSROAValue(SCI->getOperand(0), 0,
1407                                    InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1408
1409     Value *New = new ICmpInst(SCI, SCI->getPredicate(), NPtr,
1410                               Constant::getNullValue(NPtr->getType()),
1411                               SCI->getName());
1412     SCI->replaceAllUsesWith(New);
1413     SCI->eraseFromParent();
1414     return;
1415   }
1416
1417   // Handle 'getelementptr Ptr, Idx, i32 FieldNo ...'
1418   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LoadUser)) {
1419     assert(GEPI->getNumOperands() >= 3 && isa<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))
1420            && "Unexpected GEPI!");
1421
1422     // Load the pointer for this field.
1423     unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))->getZExtValue();
1424     Value *NewPtr = GetHeapSROAValue(GEPI->getOperand(0), FieldNo,
1425                                      InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1426
1427     // Create the new GEP idx vector.
1428     SmallVector<Value*, 8> GEPIdx;
1429     GEPIdx.push_back(GEPI->getOperand(1));
1430     GEPIdx.append(GEPI->op_begin()+3, GEPI->op_end());
1431
1432     Value *NGEPI = GetElementPtrInst::Create(NewPtr, GEPIdx,
1433                                              GEPI->getName(), GEPI);
1434     GEPI->replaceAllUsesWith(NGEPI);
1435     GEPI->eraseFromParent();
1436     return;
1437   }
1438
1439   // Recursively transform the users of PHI nodes.  This will lazily create the
1440   // PHIs that are needed for individual elements.  Keep track of what PHIs we
1441   // see in InsertedScalarizedValues so that we don't get infinite loops (very
1442   // antisocial).  If the PHI is already in InsertedScalarizedValues, it has
1443   // already been seen first by another load, so its uses have already been
1444   // processed.
1445   PHINode *PN = cast<PHINode>(LoadUser);
1446   if (!InsertedScalarizedValues.insert(std::make_pair(PN,
1447                                               std::vector<Value*>())).second)
1448     return;
1449
1450   // If this is the first time we've seen this PHI, recursively process all
1451   // users.
1452   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end(); UI != E; ) {
1453     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1454     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1455   }
1456 }
1457
1458 /// RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA - We are performing Heap SRoA on a global.  Ptr
1459 /// is a value loaded from the global.  Eliminate all uses of Ptr, making them
1460 /// use FieldGlobals instead.  All uses of loaded values satisfy
1461 /// AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA.
1462 static void RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LoadInst *Load,
1463                DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1464                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1465   for (Value::use_iterator UI = Load->use_begin(), E = Load->use_end();
1466        UI != E; ) {
1467     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1468     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1469   }
1470
1471   if (Load->use_empty()) {
1472     Load->eraseFromParent();
1473     InsertedScalarizedValues.erase(Load);
1474   }
1475 }
1476
1477 /// PerformHeapAllocSRoA - CI is an allocation of an array of structures.  Break
1478 /// it up into multiple allocations of arrays of the fields.
1479 static GlobalVariable *PerformHeapAllocSRoA(GlobalVariable *GV, CallInst *CI,
1480                                             Value *NElems, DataLayout *TD,
1481                                             const TargetLibraryInfo *TLI) {
1482   DEBUG(dbgs() << "SROA HEAP ALLOC: " << *GV << "  MALLOC = " << *CI << '\n');
1483   Type *MAT = getMallocAllocatedType(CI, TLI);
1484   StructType *STy = cast<StructType>(MAT);
1485
1486   // There is guaranteed to be at least one use of the malloc (storing
1487   // it into GV).  If there are other uses, change them to be uses of
1488   // the global to simplify later code.  This also deletes the store
1489   // into GV.
1490   ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(CI, GV);
1491
1492   // Okay, at this point, there are no users of the malloc.  Insert N
1493   // new mallocs at the same place as CI, and N globals.
1494   std::vector<Value*> FieldGlobals;
1495   std::vector<Value*> FieldMallocs;
1496
1497   for (unsigned FieldNo = 0, e = STy->getNumElements(); FieldNo != e;++FieldNo){
1498     Type *FieldTy = STy->getElementType(FieldNo);
1499     PointerType *PFieldTy = PointerType::getUnqual(FieldTy);
1500
1501     GlobalVariable *NGV =
1502       new GlobalVariable(*GV->getParent(),
1503                          PFieldTy, false, GlobalValue::InternalLinkage,
1504                          Constant::getNullValue(PFieldTy),
1505                          GV->getName() + ".f" + Twine(FieldNo), GV,
1506                          GV->getThreadLocalMode());
1507     FieldGlobals.push_back(NGV);
1508
1509     unsigned TypeSize = TD->getTypeAllocSize(FieldTy);
1510     if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(FieldTy))
1511       TypeSize = TD->getStructLayout(ST)->getSizeInBytes();
1512     Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(CI->getContext());
1513     Value *NMI = CallInst::CreateMalloc(CI, IntPtrTy, FieldTy,
1514                                         ConstantInt::get(IntPtrTy, TypeSize),
1515                                         NElems, 0,
1516                                         CI->getName() + ".f" + Twine(FieldNo));
1517     FieldMallocs.push_back(NMI);
1518     new StoreInst(NMI, NGV, CI);
1519   }
1520
1521   // The tricky aspect of this transformation is handling the case when malloc
1522   // fails.  In the original code, malloc failing would set the result pointer
1523   // of malloc to null.  In this case, some mallocs could succeed and others
1524   // could fail.  As such, we emit code that looks like this:
1525   //    F0 = malloc(field0)
1526   //    F1 = malloc(field1)
1527   //    F2 = malloc(field2)
1528   //    if (F0 == 0 || F1 == 0 || F2 == 0) {
1529   //      if (F0) { free(F0); F0 = 0; }
1530   //      if (F1) { free(F1); F1 = 0; }
1531   //      if (F2) { free(F2); F2 = 0; }
1532   //    }
1533   // The malloc can also fail if its argument is too large.
1534   Constant *ConstantZero = ConstantInt::get(CI->getArgOperand(0)->getType(), 0);
1535   Value *RunningOr = new ICmpInst(CI, ICmpInst::ICMP_SLT, CI->getArgOperand(0),
1536                                   ConstantZero, "isneg");
1537   for (unsigned i = 0, e = FieldMallocs.size(); i != e; ++i) {
1538     Value *Cond = new ICmpInst(CI, ICmpInst::ICMP_EQ, FieldMallocs[i],
1539                              Constant::getNullValue(FieldMallocs[i]->getType()),
1540                                "isnull");
1541     RunningOr = BinaryOperator::CreateOr(RunningOr, Cond, "tmp", CI);
1542   }
1543
1544   // Split the basic block at the old malloc.
1545   BasicBlock *OrigBB = CI->getParent();
1546   BasicBlock *ContBB = OrigBB->splitBasicBlock(CI, "malloc_cont");
1547
1548   // Create the block to check the first condition.  Put all these blocks at the
1549   // end of the function as they are unlikely to be executed.
1550   BasicBlock *NullPtrBlock = BasicBlock::Create(OrigBB->getContext(),
1551                                                 "malloc_ret_null",
1552                                                 OrigBB->getParent());
1553
1554   // Remove the uncond branch from OrigBB to ContBB, turning it into a cond
1555   // branch on RunningOr.
1556   OrigBB->getTerminator()->eraseFromParent();
1557   BranchInst::Create(NullPtrBlock, ContBB, RunningOr, OrigBB);
1558
1559   // Within the NullPtrBlock, we need to emit a comparison and branch for each
1560   // pointer, because some may be null while others are not.
1561   for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1562     Value *GVVal = new LoadInst(FieldGlobals[i], "tmp", NullPtrBlock);
1563     Value *Cmp = new ICmpInst(*NullPtrBlock, ICmpInst::ICMP_NE, GVVal,
1564                               Constant::getNullValue(GVVal->getType()));
1565     BasicBlock *FreeBlock = BasicBlock::Create(Cmp->getContext(), "free_it",
1566                                                OrigBB->getParent());
1567     BasicBlock *NextBlock = BasicBlock::Create(Cmp->getContext(), "next",
1568                                                OrigBB->getParent());
1569     Instruction *BI = BranchInst::Create(FreeBlock, NextBlock,
1570                                          Cmp, NullPtrBlock);
1571
1572     // Fill in FreeBlock.
1573     CallInst::CreateFree(GVVal, BI);
1574     new StoreInst(Constant::getNullValue(GVVal->getType()), FieldGlobals[i],
1575                   FreeBlock);
1576     BranchInst::Create(NextBlock, FreeBlock);
1577
1578     NullPtrBlock = NextBlock;
1579   }
1580
1581   BranchInst::Create(ContBB, NullPtrBlock);
1582
1583   // CI is no longer needed, remove it.
1584   CI->eraseFromParent();
1585
1586   /// InsertedScalarizedLoads - As we process loads, if we can't immediately
1587   /// update all uses of the load, keep track of what scalarized loads are
1588   /// inserted for a given load.
1589   DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > InsertedScalarizedValues;
1590   InsertedScalarizedValues[GV] = FieldGlobals;
1591
1592   std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > PHIsToRewrite;
1593
1594   // Okay, the malloc site is completely handled.  All of the uses of GV are now
1595   // loads, and all uses of those loads are simple.  Rewrite them to use loads
1596   // of the per-field globals instead.
1597   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); UI != E;) {
1598     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1599
1600     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1601       RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LI, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1602       continue;
1603     }
1604
1605     // Must be a store of null.
1606     StoreInst *SI = cast<StoreInst>(User);
1607     assert(isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(0)) &&
1608            "Unexpected heap-sra user!");
1609
1610     // Insert a store of null into each global.
1611     for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1612       PointerType *PT = cast<PointerType>(FieldGlobals[i]->getType());
1613       Constant *Null = Constant::getNullValue(PT->getElementType());
1614       new StoreInst(Null, FieldGlobals[i], SI);
1615     }
1616     // Erase the original store.
1617     SI->eraseFromParent();
1618   }
1619
1620   // While we have PHIs that are interesting to rewrite, do it.
1621   while (!PHIsToRewrite.empty()) {
1622     PHINode *PN = PHIsToRewrite.back().first;
1623     unsigned FieldNo = PHIsToRewrite.back().second;
1624     PHIsToRewrite.pop_back();
1625     PHINode *FieldPN = cast<PHINode>(InsertedScalarizedValues[PN][FieldNo]);
1626     assert(FieldPN->getNumIncomingValues() == 0 &&"Already processed this phi");
1627
1628     // Add all the incoming values.  This can materialize more phis.
1629     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1630       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1631       InVal = GetHeapSROAValue(InVal, FieldNo, InsertedScalarizedValues,
1632                                PHIsToRewrite);
1633       FieldPN->addIncoming(InVal, PN->getIncomingBlock(i));
1634     }
1635   }
1636
1637   // Drop all inter-phi links and any loads that made it this far.
1638   for (DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator
1639        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1640        I != E; ++I) {
1641     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1642       PN->dropAllReferences();
1643     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1644       LI->dropAllReferences();
1645   }
1646
1647   // Delete all the phis and loads now that inter-references are dead.
1648   for (DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator
1649        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1650        I != E; ++I) {
1651     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1652       PN->eraseFromParent();
1653     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1654       LI->eraseFromParent();
1655   }
1656
1657   // The old global is now dead, remove it.
1658   GV->eraseFromParent();
1659
1660   ++NumHeapSRA;
1661   return cast<GlobalVariable>(FieldGlobals[0]);
1662 }
1663
1664 /// TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal - This function is called when we see a
1665 /// pointer global variable with a single value stored it that is a malloc or
1666 /// cast of malloc.
1667 static bool TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GlobalVariable *GV,
1668                                                CallInst *CI,
1669                                                Type *AllocTy,
1670                                                AtomicOrdering Ordering,
1671                                                Module::global_iterator &GVI,
1672                                                DataLayout *TD,
1673                                                TargetLibraryInfo *TLI) {
1674   if (!TD)
1675     return false;
1676
1677   // If this is a malloc of an abstract type, don't touch it.
1678   if (!AllocTy->isSized())
1679     return false;
1680
1681   // We can't optimize this global unless all uses of it are *known* to be
1682   // of the malloc value, not of the null initializer value (consider a use
1683   // that compares the global's value against zero to see if the malloc has
1684   // been reached).  To do this, we check to see if all uses of the global
1685   // would trap if the global were null: this proves that they must all
1686   // happen after the malloc.
1687   if (!AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(GV))
1688     return false;
1689
1690   // We can't optimize this if the malloc itself is used in a complex way,
1691   // for example, being stored into multiple globals.  This allows the
1692   // malloc to be stored into the specified global, loaded icmp'd, and
1693   // GEP'd.  These are all things we could transform to using the global
1694   // for.
1695   SmallPtrSet<const PHINode*, 8> PHIs;
1696   if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(CI, GV, PHIs))
1697     return false;
1698
1699   // If we have a global that is only initialized with a fixed size malloc,
1700   // transform the program to use global memory instead of malloc'd memory.
1701   // This eliminates dynamic allocation, avoids an indirection accessing the
1702   // data, and exposes the resultant global to further GlobalOpt.
1703   // We cannot optimize the malloc if we cannot determine malloc array size.
1704   Value *NElems = getMallocArraySize(CI, TD, TLI, true);
1705   if (!NElems)
1706     return false;
1707
1708   if (ConstantInt *NElements = dyn_cast<ConstantInt>(NElems))
1709     // Restrict this transformation to only working on small allocations
1710     // (2048 bytes currently), as we don't want to introduce a 16M global or
1711     // something.
1712     if (NElements->getZExtValue() * TD->getTypeAllocSize(AllocTy) < 2048) {
1713       GVI = OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GV, CI, AllocTy, NElements, TD, TLI);
1714       return true;
1715     }
1716
1717   // If the allocation is an array of structures, consider transforming this
1718   // into multiple malloc'd arrays, one for each field.  This is basically
1719   // SRoA for malloc'd memory.
1720
1721   if (Ordering != NotAtomic)
1722     return false;
1723
1724   // If this is an allocation of a fixed size array of structs, analyze as a
1725   // variable size array.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1726   if (NElems == ConstantInt::get(CI->getArgOperand(0)->getType(), 1))
1727     if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(AllocTy))
1728       AllocTy = AT->getElementType();
1729
1730   StructType *AllocSTy = dyn_cast<StructType>(AllocTy);
1731   if (!AllocSTy)
1732     return false;
1733
1734   // This the structure has an unreasonable number of fields, leave it
1735   // alone.
1736   if (AllocSTy->getNumElements() <= 16 && AllocSTy->getNumElements() != 0 &&
1737       AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(GV, CI)) {
1738
1739     // If this is a fixed size array, transform the Malloc to be an alloc of
1740     // structs.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1741     if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(getMallocAllocatedType(CI, TLI))) {
1742       Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(CI->getContext());
1743       unsigned TypeSize = TD->getStructLayout(AllocSTy)->getSizeInBytes();
1744       Value *AllocSize = ConstantInt::get(IntPtrTy, TypeSize);
1745       Value *NumElements = ConstantInt::get(IntPtrTy, AT->getNumElements());
1746       Instruction *Malloc = CallInst::CreateMalloc(CI, IntPtrTy, AllocSTy,
1747                                                    AllocSize, NumElements,
1748                                                    0, CI->getName());
1749       Instruction *Cast = new BitCastInst(Malloc, CI->getType(), "tmp", CI);
1750       CI->replaceAllUsesWith(Cast);
1751       CI->eraseFromParent();
1752       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Malloc))
1753         CI = cast<CallInst>(BCI->getOperand(0));
1754       else
1755         CI = cast<CallInst>(Malloc);
1756     }
1757
1758     GVI = PerformHeapAllocSRoA(GV, CI, getMallocArraySize(CI, TD, TLI, true),
1759                                TD, TLI);
1760     return true;
1761   }
1762
1763   return false;
1764 }
1765
1766 // OptimizeOnceStoredGlobal - Try to optimize globals based on the knowledge
1767 // that only one value (besides its initializer) is ever stored to the global.
1768 static bool OptimizeOnceStoredGlobal(GlobalVariable *GV, Value *StoredOnceVal,
1769                                      AtomicOrdering Ordering,
1770                                      Module::global_iterator &GVI,
1771                                      DataLayout *TD, TargetLibraryInfo *TLI) {
1772   // Ignore no-op GEPs and bitcasts.
1773   StoredOnceVal = StoredOnceVal->stripPointerCasts();
1774
1775   // If we are dealing with a pointer global that is initialized to null and
1776   // only has one (non-null) value stored into it, then we can optimize any
1777   // users of the loaded value (often calls and loads) that would trap if the
1778   // value was null.
1779   if (GV->getInitializer()->getType()->isPointerTy() &&
1780       GV->getInitializer()->isNullValue()) {
1781     if (Constant *SOVC = dyn_cast<Constant>(StoredOnceVal)) {
1782       if (GV->getInitializer()->getType() != SOVC->getType())
1783         SOVC = ConstantExpr::getBitCast(SOVC, GV->getInitializer()->getType());
1784
1785       // Optimize away any trapping uses of the loaded value.
1786       if (OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GV, SOVC, TD, TLI))
1787         return true;
1788     } else if (CallInst *CI = extractMallocCall(StoredOnceVal, TLI)) {
1789       Type *MallocType = getMallocAllocatedType(CI, TLI);
1790       if (MallocType &&
1791           TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GV, CI, MallocType, Ordering, GVI,
1792                                              TD, TLI))
1793         return true;
1794     }
1795   }
1796
1797   return false;
1798 }
1799
1800 /// TryToShrinkGlobalToBoolean - At this point, we have learned that the only
1801 /// two values ever stored into GV are its initializer and OtherVal.  See if we
1802 /// can shrink the global into a boolean and select between the two values
1803 /// whenever it is used.  This exposes the values to other scalar optimizations.
1804 static bool TryToShrinkGlobalToBoolean(GlobalVariable *GV, Constant *OtherVal) {
1805   Type *GVElType = GV->getType()->getElementType();
1806
1807   // If GVElType is already i1, it is already shrunk.  If the type of the GV is
1808   // an FP value, pointer or vector, don't do this optimization because a select
1809   // between them is very expensive and unlikely to lead to later
1810   // simplification.  In these cases, we typically end up with "cond ? v1 : v2"
1811   // where v1 and v2 both require constant pool loads, a big loss.
1812   if (GVElType == Type::getInt1Ty(GV->getContext()) ||
1813       GVElType->isFloatingPointTy() ||
1814       GVElType->isPointerTy() || GVElType->isVectorTy())
1815     return false;
1816
1817   // Walk the use list of the global seeing if all the uses are load or store.
1818   // If there is anything else, bail out.
1819   for (Value::use_iterator I = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); I != E; ++I){
1820     User *U = *I;
1821     if (!isa<LoadInst>(U) && !isa<StoreInst>(U))
1822       return false;
1823   }
1824
1825   DEBUG(dbgs() << "   *** SHRINKING TO BOOL: " << *GV);
1826
1827   // Create the new global, initializing it to false.
1828   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(Type::getInt1Ty(GV->getContext()),
1829                                              false,
1830                                              GlobalValue::InternalLinkage,
1831                                         ConstantInt::getFalse(GV->getContext()),
1832                                              GV->getName()+".b",
1833                                              GV->getThreadLocalMode());
1834   GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV, NewGV);
1835
1836   Constant *InitVal = GV->getInitializer();
1837   assert(InitVal->getType() != Type::getInt1Ty(GV->getContext()) &&
1838          "No reason to shrink to bool!");
1839
1840   // If initialized to zero and storing one into the global, we can use a cast
1841   // instead of a select to synthesize the desired value.
1842   bool IsOneZero = false;
1843   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal))
1844     IsOneZero = InitVal->isNullValue() && CI->isOne();
1845
1846   while (!GV->use_empty()) {
1847     Instruction *UI = cast<Instruction>(GV->use_back());
1848     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
1849       // Change the store into a boolean store.
1850       bool StoringOther = SI->getOperand(0) == OtherVal;
1851       // Only do this if we weren't storing a loaded value.
1852       Value *StoreVal;
1853       if (StoringOther || SI->getOperand(0) == InitVal)
1854         StoreVal = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(GV->getContext()),
1855                                     StoringOther);
1856       else {
1857         // Otherwise, we are storing a previously loaded copy.  To do this,
1858         // change the copy from copying the original value to just copying the
1859         // bool.
1860         Instruction *StoredVal = cast<Instruction>(SI->getOperand(0));
1861
1862         // If we've already replaced the input, StoredVal will be a cast or
1863         // select instruction.  If not, it will be a load of the original
1864         // global.
1865         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(StoredVal)) {
1866           assert(LI->getOperand(0) == GV && "Not a copy!");
1867           // Insert a new load, to preserve the saved value.
1868           StoreVal = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", false, 0,
1869                                   LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(), LI);
1870         } else {
1871           assert((isa<CastInst>(StoredVal) || isa<SelectInst>(StoredVal)) &&
1872                  "This is not a form that we understand!");
1873           StoreVal = StoredVal->getOperand(0);
1874           assert(isa<LoadInst>(StoreVal) && "Not a load of NewGV!");
1875         }
1876       }
1877       new StoreInst(StoreVal, NewGV, false, 0,
1878                     SI->getOrdering(), SI->getSynchScope(), SI);
1879     } else {
1880       // Change the load into a load of bool then a select.
1881       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(UI);
1882       LoadInst *NLI = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", false, 0,
1883                                    LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(), LI);
1884       Value *NSI;
1885       if (IsOneZero)
1886         NSI = new ZExtInst(NLI, LI->getType(), "", LI);
1887       else
1888         NSI = SelectInst::Create(NLI, OtherVal, InitVal, "", LI);
1889       NSI->takeName(LI);
1890       LI->replaceAllUsesWith(NSI);
1891     }
1892     UI->eraseFromParent();
1893   }
1894
1895   GV->eraseFromParent();
1896   return true;
1897 }
1898
1899
1900 /// ProcessGlobal - Analyze the specified global variable and optimize it if
1901 /// possible.  If we make a change, return true.
1902 bool GlobalOpt::ProcessGlobal(GlobalVariable *GV,
1903                               Module::global_iterator &GVI) {
1904   if (!GV->isDiscardableIfUnused())
1905     return false;
1906
1907   // Do more involved optimizations if the global is internal.
1908   GV->removeDeadConstantUsers();
1909
1910   if (GV->use_empty()) {
1911     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL DEAD: " << *GV);
1912     GV->eraseFromParent();
1913     ++NumDeleted;
1914     return true;
1915   }
1916
1917   if (!GV->hasLocalLinkage())
1918     return false;
1919
1920   SmallPtrSet<const PHINode*, 16> PHIUsers;
1921   GlobalStatus GS;
1922
1923   if (AnalyzeGlobal(GV, GS, PHIUsers))
1924     return false;
1925
1926   if (!GS.isCompared && !GV->hasUnnamedAddr()) {
1927     GV->setUnnamedAddr(true);
1928     NumUnnamed++;
1929   }
1930
1931   if (GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
1932     return false;
1933
1934   return ProcessInternalGlobal(GV, GVI, PHIUsers, GS);
1935 }
1936
1937 /// ProcessInternalGlobal - Analyze the specified global variable and optimize
1938 /// it if possible.  If we make a change, return true.
1939 bool GlobalOpt::ProcessInternalGlobal(GlobalVariable *GV,
1940                                       Module::global_iterator &GVI,
1941                                 const SmallPtrSet<const PHINode*, 16> &PHIUsers,
1942                                       const GlobalStatus &GS) {
1943   // If this is a first class global and has only one accessing function
1944   // and this function is main (which we know is not recursive we can make
1945   // this global a local variable) we replace the global with a local alloca
1946   // in this function.
1947   //
1948   // NOTE: It doesn't make sense to promote non single-value types since we
1949   // are just replacing static memory to stack memory.
1950   //
1951   // If the global is in different address space, don't bring it to stack.
1952   if (!GS.HasMultipleAccessingFunctions &&
1953       GS.AccessingFunction && !GS.HasNonInstructionUser &&
1954       GV->getType()->getElementType()->isSingleValueType() &&
1955       GS.AccessingFunction->getName() == "main" &&
1956       GS.AccessingFunction->hasExternalLinkage() &&
1957       GV->getType()->getAddressSpace() == 0) {
1958     DEBUG(dbgs() << "LOCALIZING GLOBAL: " << *GV);
1959     Instruction &FirstI = const_cast<Instruction&>(*GS.AccessingFunction
1960                                                    ->getEntryBlock().begin());
1961     Type *ElemTy = GV->getType()->getElementType();
1962     // FIXME: Pass Global's alignment when globals have alignment
1963     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(ElemTy, NULL, GV->getName(), &FirstI);
1964     if (!isa<UndefValue>(GV->getInitializer()))
1965       new StoreInst(GV->getInitializer(), Alloca, &FirstI);
1966
1967     GV->replaceAllUsesWith(Alloca);
1968     GV->eraseFromParent();
1969     ++NumLocalized;
1970     return true;
1971   }
1972
1973   // If the global is never loaded (but may be stored to), it is dead.
1974   // Delete it now.
1975   if (!GS.isLoaded) {
1976     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL NEVER LOADED: " << *GV);
1977
1978     bool Changed;
1979     if (isLeakCheckerRoot(GV)) {
1980       // Delete any constant stores to the global.
1981       Changed = CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
1982     } else {
1983       // Delete any stores we can find to the global.  We may not be able to
1984       // make it completely dead though.
1985       Changed = CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), TD, TLI);
1986     }
1987
1988     // If the global is dead now, delete it.
1989     if (GV->use_empty()) {
1990       GV->eraseFromParent();
1991       ++NumDeleted;
1992       Changed = true;
1993     }
1994     return Changed;
1995
1996   } else if (GS.StoredType <= GlobalStatus::isInitializerStored) {
1997     DEBUG(dbgs() << "MARKING CONSTANT: " << *GV);
1998     GV->setConstant(true);
1999
2000     // Clean up any obviously simplifiable users now.
2001     CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), TD, TLI);
2002
2003     // If the global is dead now, just nuke it.
2004     if (GV->use_empty()) {
2005       DEBUG(dbgs() << "   *** Marking constant allowed us to simplify "
2006             << "all users and delete global!\n");
2007       GV->eraseFromParent();
2008       ++NumDeleted;
2009     }
2010
2011     ++NumMarked;
2012     return true;
2013   } else if (!GV->getInitializer()->getType()->isSingleValueType()) {
2014     if (DataLayout *TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>())
2015       if (GlobalVariable *FirstNewGV = SRAGlobal(GV, *TD)) {
2016         GVI = FirstNewGV;  // Don't skip the newly produced globals!
2017         return true;
2018       }
2019   } else if (GS.StoredType == GlobalStatus::isStoredOnce) {
2020     // If the initial value for the global was an undef value, and if only
2021     // one other value was stored into it, we can just change the
2022     // initializer to be the stored value, then delete all stores to the
2023     // global.  This allows us to mark it constant.
2024     if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue))
2025       if (isa<UndefValue>(GV->getInitializer())) {
2026         // Change the initial value here.
2027         GV->setInitializer(SOVConstant);
2028
2029         // Clean up any obviously simplifiable users now.
2030         CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), TD, TLI);
2031
2032         if (GV->use_empty()) {
2033           DEBUG(dbgs() << "   *** Substituting initializer allowed us to "
2034                        << "simplify all users and delete global!\n");
2035           GV->eraseFromParent();
2036           ++NumDeleted;
2037         } else {
2038           GVI = GV;
2039         }
2040         ++NumSubstitute;
2041         return true;
2042       }
2043
2044     // Try to optimize globals based on the knowledge that only one value
2045     // (besides its initializer) is ever stored to the global.
2046     if (OptimizeOnceStoredGlobal(GV, GS.StoredOnceValue, GS.Ordering, GVI,
2047                                  TD, TLI))
2048       return true;
2049
2050     // Otherwise, if the global was not a boolean, we can shrink it to be a
2051     // boolean.
2052     if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue))
2053       if (TryToShrinkGlobalToBoolean(GV, SOVConstant)) {
2054         ++NumShrunkToBool;
2055         return true;
2056       }
2057   }
2058
2059   return false;
2060 }
2061
2062 /// ChangeCalleesToFastCall - Walk all of the direct calls of the specified
2063 /// function, changing them to FastCC.
2064 static void ChangeCalleesToFastCall(Function *F) {
2065   for (Value::use_iterator UI = F->use_begin(), E = F->use_end(); UI != E;++UI){
2066     if (isa<BlockAddress>(*UI))
2067       continue;
2068     CallSite User(cast<Instruction>(*UI));
2069     User.setCallingConv(CallingConv::Fast);
2070   }
2071 }
2072
2073 static AttrListPtr StripNest(LLVMContext &C, const AttrListPtr &Attrs) {
2074   for (unsigned i = 0, e = Attrs.getNumSlots(); i != e; ++i) {
2075     if (!Attrs.getSlot(i).Attrs.hasAttribute(Attributes::Nest))
2076       continue;
2077
2078     // There can be only one.
2079     return Attrs.removeAttr(C, Attrs.getSlot(i).Index,
2080                             Attributes::get(C, Attributes::Nest));
2081   }
2082
2083   return Attrs;
2084 }
2085
2086 static void RemoveNestAttribute(Function *F) {
2087   F->setAttributes(StripNest(F->getContext(), F->getAttributes()));
2088   for (Value::use_iterator UI = F->use_begin(), E = F->use_end(); UI != E;++UI){
2089     if (isa<BlockAddress>(*UI))
2090       continue;
2091     CallSite User(cast<Instruction>(*UI));
2092     User.setAttributes(StripNest(F->getContext(), User.getAttributes()));
2093   }
2094 }
2095
2096 bool GlobalOpt::OptimizeFunctions(Module &M) {
2097   bool Changed = false;
2098   // Optimize functions.
2099   for (Module::iterator FI = M.begin(), E = M.end(); FI != E; ) {
2100     Function *F = FI++;
2101     // Functions without names cannot be referenced outside this module.
2102     if (!F->hasName() && !F->isDeclaration())
2103       F->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
2104     F->removeDeadConstantUsers();
2105     if (F->isDefTriviallyDead()) {
2106       F->eraseFromParent();
2107       Changed = true;
2108       ++NumFnDeleted;
2109     } else if (F->hasLocalLinkage()) {
2110       if (F->getCallingConv() == CallingConv::C && !F->isVarArg() &&
2111           !F->hasAddressTaken()) {
2112         // If this function has C calling conventions, is not a varargs
2113         // function, and is only called directly, promote it to use the Fast
2114         // calling convention.
2115         F->setCallingConv(CallingConv::Fast);
2116         ChangeCalleesToFastCall(F);
2117         ++NumFastCallFns;
2118         Changed = true;
2119       }
2120
2121       if (F->getAttributes().hasAttrSomewhere(Attributes::Nest) &&
2122           !F->hasAddressTaken()) {
2123         // The function is not used by a trampoline intrinsic, so it is safe
2124         // to remove the 'nest' attribute.
2125         RemoveNestAttribute(F);
2126         ++NumNestRemoved;
2127         Changed = true;
2128       }
2129     }
2130   }
2131   return Changed;
2132 }
2133
2134 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalVars(Module &M) {
2135   bool Changed = false;
2136   for (Module::global_iterator GVI = M.global_begin(), E = M.global_end();
2137        GVI != E; ) {
2138     GlobalVariable *GV = GVI++;
2139     // Global variables without names cannot be referenced outside this module.
2140     if (!GV->hasName() && !GV->isDeclaration())
2141       GV->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
2142     // Simplify the initializer.
2143     if (GV->hasInitializer())
2144       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GV->getInitializer())) {
2145         Constant *New = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2146         if (New && New != CE)
2147           GV->setInitializer(New);
2148       }
2149
2150     Changed |= ProcessGlobal(GV, GVI);
2151   }
2152   return Changed;
2153 }
2154
2155 /// FindGlobalCtors - Find the llvm.global_ctors list, verifying that all
2156 /// initializers have an init priority of 65535.
2157 GlobalVariable *GlobalOpt::FindGlobalCtors(Module &M) {
2158   GlobalVariable *GV = M.getGlobalVariable("llvm.global_ctors");
2159   if (GV == 0) return 0;
2160   
2161   // Verify that the initializer is simple enough for us to handle. We are
2162   // only allowed to optimize the initializer if it is unique.
2163   if (!GV->hasUniqueInitializer()) return 0;
2164
2165   if (isa<ConstantAggregateZero>(GV->getInitializer()))
2166     return GV;
2167   ConstantArray *CA = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
2168
2169   for (User::op_iterator i = CA->op_begin(), e = CA->op_end(); i != e; ++i) {
2170     if (isa<ConstantAggregateZero>(*i))
2171       continue;
2172     ConstantStruct *CS = cast<ConstantStruct>(*i);
2173     if (isa<ConstantPointerNull>(CS->getOperand(1)))
2174       continue;
2175
2176     // Must have a function or null ptr.
2177     if (!isa<Function>(CS->getOperand(1)))
2178       return 0;
2179
2180     // Init priority must be standard.
2181     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(CS->getOperand(0));
2182     if (CI->getZExtValue() != 65535)
2183       return 0;
2184   }
2185
2186   return GV;
2187 }
2188
2189 /// ParseGlobalCtors - Given a llvm.global_ctors list that we can understand,
2190 /// return a list of the functions and null terminator as a vector.
2191 static std::vector<Function*> ParseGlobalCtors(GlobalVariable *GV) {
2192   if (GV->getInitializer()->isNullValue())
2193     return std::vector<Function*>();
2194   ConstantArray *CA = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
2195   std::vector<Function*> Result;
2196   Result.reserve(CA->getNumOperands());
2197   for (User::op_iterator i = CA->op_begin(), e = CA->op_end(); i != e; ++i) {
2198     ConstantStruct *CS = cast<ConstantStruct>(*i);
2199     Result.push_back(dyn_cast<Function>(CS->getOperand(1)));
2200   }
2201   return Result;
2202 }
2203
2204 /// InstallGlobalCtors - Given a specified llvm.global_ctors list, install the
2205 /// specified array, returning the new global to use.
2206 static GlobalVariable *InstallGlobalCtors(GlobalVariable *GCL,
2207                                           const std::vector<Function*> &Ctors) {
2208   // If we made a change, reassemble the initializer list.
2209   Constant *CSVals[2];
2210   CSVals[0] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(GCL->getContext()), 65535);
2211   CSVals[1] = 0;
2212
2213   StructType *StructTy =
2214     cast <StructType>(
2215     cast<ArrayType>(GCL->getType()->getElementType())->getElementType());
2216
2217   // Create the new init list.
2218   std::vector<Constant*> CAList;
2219   for (unsigned i = 0, e = Ctors.size(); i != e; ++i) {
2220     if (Ctors[i]) {
2221       CSVals[1] = Ctors[i];
2222     } else {
2223       Type *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(GCL->getContext()),
2224                                           false);
2225       PointerType *PFTy = PointerType::getUnqual(FTy);
2226       CSVals[1] = Constant::getNullValue(PFTy);
2227       CSVals[0] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(GCL->getContext()),
2228                                    0x7fffffff);
2229     }
2230     CAList.push_back(ConstantStruct::get(StructTy, CSVals));
2231   }
2232
2233   // Create the array initializer.
2234   Constant *CA = ConstantArray::get(ArrayType::get(StructTy,
2235                                                    CAList.size()), CAList);
2236
2237   // If we didn't change the number of elements, don't create a new GV.
2238   if (CA->getType() == GCL->getInitializer()->getType()) {
2239     GCL->setInitializer(CA);
2240     return GCL;
2241   }
2242
2243   // Create the new global and insert it next to the existing list.
2244   GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(CA->getType(), GCL->isConstant(),
2245                                            GCL->getLinkage(), CA, "",
2246                                            GCL->getThreadLocalMode());
2247   GCL->getParent()->getGlobalList().insert(GCL, NGV);
2248   NGV->takeName(GCL);
2249
2250   // Nuke the old list, replacing any uses with the new one.
2251   if (!GCL->use_empty()) {
2252     Constant *V = NGV;
2253     if (V->getType() != GCL->getType())
2254       V = ConstantExpr::getBitCast(V, GCL->getType());
2255     GCL->replaceAllUsesWith(V);
2256   }
2257   GCL->eraseFromParent();
2258
2259   if (Ctors.size())
2260     return NGV;
2261   else
2262     return 0;
2263 }
2264
2265
2266 static inline bool 
2267 isSimpleEnoughValueToCommit(Constant *C,
2268                             SmallPtrSet<Constant*, 8> &SimpleConstants,
2269                             const DataLayout *TD);
2270
2271
2272 /// isSimpleEnoughValueToCommit - Return true if the specified constant can be
2273 /// handled by the code generator.  We don't want to generate something like:
2274 ///   void *X = &X/42;
2275 /// because the code generator doesn't have a relocation that can handle that.
2276 ///
2277 /// This function should be called if C was not found (but just got inserted)
2278 /// in SimpleConstants to avoid having to rescan the same constants all the
2279 /// time.
2280 static bool isSimpleEnoughValueToCommitHelper(Constant *C,
2281                                    SmallPtrSet<Constant*, 8> &SimpleConstants,
2282                                    const DataLayout *TD) {
2283   // Simple integer, undef, constant aggregate zero, global addresses, etc are
2284   // all supported.
2285   if (C->getNumOperands() == 0 || isa<BlockAddress>(C) ||
2286       isa<GlobalValue>(C))
2287     return true;
2288   
2289   // Aggregate values are safe if all their elements are.
2290   if (isa<ConstantArray>(C) || isa<ConstantStruct>(C) ||
2291       isa<ConstantVector>(C)) {
2292     for (unsigned i = 0, e = C->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2293       Constant *Op = cast<Constant>(C->getOperand(i));
2294       if (!isSimpleEnoughValueToCommit(Op, SimpleConstants, TD))
2295         return false;
2296     }
2297     return true;
2298   }
2299   
2300   // We don't know exactly what relocations are allowed in constant expressions,
2301   // so we allow &global+constantoffset, which is safe and uniformly supported
2302   // across targets.
2303   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(C);
2304   switch (CE->getOpcode()) {
2305   case Instruction::BitCast:
2306     // Bitcast is fine if the casted value is fine.
2307     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2308
2309   case Instruction::IntToPtr:
2310   case Instruction::PtrToInt:
2311     // int <=> ptr is fine if the int type is the same size as the
2312     // pointer type.
2313     if (!TD || TD->getTypeSizeInBits(CE->getType()) !=
2314                TD->getTypeSizeInBits(CE->getOperand(0)->getType()))
2315       return false;
2316     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2317       
2318   // GEP is fine if it is simple + constant offset.
2319   case Instruction::GetElementPtr:
2320     for (unsigned i = 1, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
2321       if (!isa<ConstantInt>(CE->getOperand(i)))
2322         return false;
2323     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2324       
2325   case Instruction::Add:
2326     // We allow simple+cst.
2327     if (!isa<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
2328       return false;
2329     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2330   }
2331   return false;
2332 }
2333
2334 static inline bool 
2335 isSimpleEnoughValueToCommit(Constant *C,
2336                             SmallPtrSet<Constant*, 8> &SimpleConstants,
2337                             const DataLayout *TD) {
2338   // If we already checked this constant, we win.
2339   if (!SimpleConstants.insert(C)) return true;
2340   // Check the constant.
2341   return isSimpleEnoughValueToCommitHelper(C, SimpleConstants, TD);
2342 }
2343
2344
2345 /// isSimpleEnoughPointerToCommit - Return true if this constant is simple
2346 /// enough for us to understand.  In particular, if it is a cast to anything
2347 /// other than from one pointer type to another pointer type, we punt.
2348 /// We basically just support direct accesses to globals and GEP's of
2349 /// globals.  This should be kept up to date with CommitValueTo.
2350 static bool isSimpleEnoughPointerToCommit(Constant *C) {
2351   // Conservatively, avoid aggregate types. This is because we don't
2352   // want to worry about them partially overlapping other stores.
2353   if (!cast<PointerType>(C->getType())->getElementType()->isSingleValueType())
2354     return false;
2355
2356   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(C))
2357     // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2358     // external globals.
2359     return GV->hasUniqueInitializer();
2360
2361   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C)) {
2362     // Handle a constantexpr gep.
2363     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
2364         isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0)) &&
2365         cast<GEPOperator>(CE)->isInBounds()) {
2366       GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2367       // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2368       // external globals.
2369       if (!GV->hasUniqueInitializer())
2370         return false;
2371
2372       // The first index must be zero.
2373       ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*llvm::next(CE->op_begin()));
2374       if (!CI || !CI->isZero()) return false;
2375
2376       // The remaining indices must be compile-time known integers within the
2377       // notional bounds of the corresponding static array types.
2378       if (!CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing())
2379         return false;
2380
2381       return ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE);
2382     
2383     // A constantexpr bitcast from a pointer to another pointer is a no-op,
2384     // and we know how to evaluate it by moving the bitcast from the pointer
2385     // operand to the value operand.
2386     } else if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast &&
2387                isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))) {
2388       // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2389       // external globals.
2390       return cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))->hasUniqueInitializer();
2391     }
2392   }
2393   
2394   return false;
2395 }
2396
2397 /// EvaluateStoreInto - Evaluate a piece of a constantexpr store into a global
2398 /// initializer.  This returns 'Init' modified to reflect 'Val' stored into it.
2399 /// At this point, the GEP operands of Addr [0, OpNo) have been stepped into.
2400 static Constant *EvaluateStoreInto(Constant *Init, Constant *Val,
2401                                    ConstantExpr *Addr, unsigned OpNo) {
2402   // Base case of the recursion.
2403   if (OpNo == Addr->getNumOperands()) {
2404     assert(Val->getType() == Init->getType() && "Type mismatch!");
2405     return Val;
2406   }
2407
2408   SmallVector<Constant*, 32> Elts;
2409   if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
2410     // Break up the constant into its elements.
2411     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
2412       Elts.push_back(Init->getAggregateElement(i));
2413
2414     // Replace the element that we are supposed to.
2415     ConstantInt *CU = cast<ConstantInt>(Addr->getOperand(OpNo));
2416     unsigned Idx = CU->getZExtValue();
2417     assert(Idx < STy->getNumElements() && "Struct index out of range!");
2418     Elts[Idx] = EvaluateStoreInto(Elts[Idx], Val, Addr, OpNo+1);
2419
2420     // Return the modified struct.
2421     return ConstantStruct::get(STy, Elts);
2422   }
2423   
2424   ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(Addr->getOperand(OpNo));
2425   SequentialType *InitTy = cast<SequentialType>(Init->getType());
2426
2427   uint64_t NumElts;
2428   if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(InitTy))
2429     NumElts = ATy->getNumElements();
2430   else
2431     NumElts = InitTy->getVectorNumElements();
2432
2433   // Break up the array into elements.
2434   for (uint64_t i = 0, e = NumElts; i != e; ++i)
2435     Elts.push_back(Init->getAggregateElement(i));
2436
2437   assert(CI->getZExtValue() < NumElts);
2438   Elts[CI->getZExtValue()] =
2439     EvaluateStoreInto(Elts[CI->getZExtValue()], Val, Addr, OpNo+1);
2440
2441   if (Init->getType()->isArrayTy())
2442     return ConstantArray::get(cast<ArrayType>(InitTy), Elts);
2443   return ConstantVector::get(Elts);
2444 }
2445
2446 /// CommitValueTo - We have decided that Addr (which satisfies the predicate
2447 /// isSimpleEnoughPointerToCommit) should get Val as its value.  Make it happen.
2448 static void CommitValueTo(Constant *Val, Constant *Addr) {
2449   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Addr)) {
2450     assert(GV->hasInitializer());
2451     GV->setInitializer(Val);
2452     return;
2453   }
2454
2455   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(Addr);
2456   GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2457   GV->setInitializer(EvaluateStoreInto(GV->getInitializer(), Val, CE, 2));
2458 }
2459
2460 namespace {
2461
2462 /// Evaluator - This class evaluates LLVM IR, producing the Constant
2463 /// representing each SSA instruction.  Changes to global variables are stored
2464 /// in a mapping that can be iterated over after the evaluation is complete.
2465 /// Once an evaluation call fails, the evaluation object should not be reused.
2466 class Evaluator {
2467 public:
2468   Evaluator(const DataLayout *TD, const TargetLibraryInfo *TLI)
2469     : TD(TD), TLI(TLI) {
2470     ValueStack.push_back(new DenseMap<Value*, Constant*>);
2471   }
2472
2473   ~Evaluator() {
2474     DeleteContainerPointers(ValueStack);
2475     while (!AllocaTmps.empty()) {
2476       GlobalVariable *Tmp = AllocaTmps.back();
2477       AllocaTmps.pop_back();
2478
2479       // If there are still users of the alloca, the program is doing something
2480       // silly, e.g. storing the address of the alloca somewhere and using it
2481       // later.  Since this is undefined, we'll just make it be null.
2482       if (!Tmp->use_empty())
2483         Tmp->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(Tmp->getType()));
2484       delete Tmp;
2485     }
2486   }
2487
2488   /// EvaluateFunction - Evaluate a call to function F, returning true if
2489   /// successful, false if we can't evaluate it.  ActualArgs contains the formal
2490   /// arguments for the function.
2491   bool EvaluateFunction(Function *F, Constant *&RetVal,
2492                         const SmallVectorImpl<Constant*> &ActualArgs);
2493
2494   /// EvaluateBlock - Evaluate all instructions in block BB, returning true if
2495   /// successful, false if we can't evaluate it.  NewBB returns the next BB that
2496   /// control flows into, or null upon return.
2497   bool EvaluateBlock(BasicBlock::iterator CurInst, BasicBlock *&NextBB);
2498
2499   Constant *getVal(Value *V) {
2500     if (Constant *CV = dyn_cast<Constant>(V)) return CV;
2501     Constant *R = ValueStack.back()->lookup(V);
2502     assert(R && "Reference to an uncomputed value!");
2503     return R;
2504   }
2505
2506   void setVal(Value *V, Constant *C) {
2507     ValueStack.back()->operator[](V) = C;
2508   }
2509
2510   const DenseMap<Constant*, Constant*> &getMutatedMemory() const {
2511     return MutatedMemory;
2512   }
2513
2514   const SmallPtrSet<GlobalVariable*, 8> &getInvariants() const {
2515     return Invariants;
2516   }
2517
2518 private:
2519   Constant *ComputeLoadResult(Constant *P);
2520
2521   /// ValueStack - As we compute SSA register values, we store their contents
2522   /// here. The back of the vector contains the current function and the stack
2523   /// contains the values in the calling frames.
2524   SmallVector<DenseMap<Value*, Constant*>*, 4> ValueStack;
2525
2526   /// CallStack - This is used to detect recursion.  In pathological situations
2527   /// we could hit exponential behavior, but at least there is nothing
2528   /// unbounded.
2529   SmallVector<Function*, 4> CallStack;
2530
2531   /// MutatedMemory - For each store we execute, we update this map.  Loads
2532   /// check this to get the most up-to-date value.  If evaluation is successful,
2533   /// this state is committed to the process.
2534   DenseMap<Constant*, Constant*> MutatedMemory;
2535
2536   /// AllocaTmps - To 'execute' an alloca, we create a temporary global variable
2537   /// to represent its body.  This vector is needed so we can delete the
2538   /// temporary globals when we are done.
2539   SmallVector<GlobalVariable*, 32> AllocaTmps;
2540
2541   /// Invariants - These global variables have been marked invariant by the
2542   /// static constructor.
2543   SmallPtrSet<GlobalVariable*, 8> Invariants;
2544
2545   /// SimpleConstants - These are constants we have checked and know to be
2546   /// simple enough to live in a static initializer of a global.
2547   SmallPtrSet<Constant*, 8> SimpleConstants;
2548
2549   const DataLayout *TD;
2550   const TargetLibraryInfo *TLI;
2551 };
2552
2553 }  // anonymous namespace
2554
2555 /// ComputeLoadResult - Return the value that would be computed by a load from
2556 /// P after the stores reflected by 'memory' have been performed.  If we can't
2557 /// decide, return null.
2558 Constant *Evaluator::ComputeLoadResult(Constant *P) {
2559   // If this memory location has been recently stored, use the stored value: it
2560   // is the most up-to-date.
2561   DenseMap<Constant*, Constant*>::const_iterator I = MutatedMemory.find(P);
2562   if (I != MutatedMemory.end()) return I->second;
2563
2564   // Access it.
2565   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(P)) {
2566     if (GV->hasDefinitiveInitializer())
2567       return GV->getInitializer();
2568     return 0;
2569   }
2570
2571   // Handle a constantexpr getelementptr.
2572   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(P))
2573     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
2574         isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))) {
2575       GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2576       if (GV->hasDefinitiveInitializer())
2577         return ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE);
2578     }
2579
2580   return 0;  // don't know how to evaluate.
2581 }
2582
2583 /// EvaluateBlock - Evaluate all instructions in block BB, returning true if
2584 /// successful, false if we can't evaluate it.  NewBB returns the next BB that
2585 /// control flows into, or null upon return.
2586 bool Evaluator::EvaluateBlock(BasicBlock::iterator CurInst,
2587                               BasicBlock *&NextBB) {
2588   // This is the main evaluation loop.
2589   while (1) {
2590     Constant *InstResult = 0;
2591
2592     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurInst)) {
2593       if (!SI->isSimple()) return false;  // no volatile/atomic accesses.
2594       Constant *Ptr = getVal(SI->getOperand(1));
2595       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2596         Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2597       if (!isSimpleEnoughPointerToCommit(Ptr))
2598         // If this is too complex for us to commit, reject it.
2599         return false;
2600       
2601       Constant *Val = getVal(SI->getOperand(0));
2602
2603       // If this might be too difficult for the backend to handle (e.g. the addr
2604       // of one global variable divided by another) then we can't commit it.
2605       if (!isSimpleEnoughValueToCommit(Val, SimpleConstants, TD))
2606         return false;
2607         
2608       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2609         if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast) {
2610           // If we're evaluating a store through a bitcast, then we need
2611           // to pull the bitcast off the pointer type and push it onto the
2612           // stored value.
2613           Ptr = CE->getOperand(0);
2614           
2615           Type *NewTy = cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType();
2616           
2617           // In order to push the bitcast onto the stored value, a bitcast
2618           // from NewTy to Val's type must be legal.  If it's not, we can try
2619           // introspecting NewTy to find a legal conversion.
2620           while (!Val->getType()->canLosslesslyBitCastTo(NewTy)) {
2621             // If NewTy is a struct, we can convert the pointer to the struct
2622             // into a pointer to its first member.
2623             // FIXME: This could be extended to support arrays as well.
2624             if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(NewTy)) {
2625               NewTy = STy->getTypeAtIndex(0U);
2626
2627               IntegerType *IdxTy = IntegerType::get(NewTy->getContext(), 32);
2628               Constant *IdxZero = ConstantInt::get(IdxTy, 0, false);
2629               Constant * const IdxList[] = {IdxZero, IdxZero};
2630
2631               Ptr = ConstantExpr::getGetElementPtr(Ptr, IdxList);
2632               if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2633                 Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2634
2635             // If we can't improve the situation by introspecting NewTy,
2636             // we have to give up.
2637             } else {
2638               return false;
2639             }
2640           }
2641           
2642           // If we found compatible types, go ahead and push the bitcast
2643           // onto the stored value.
2644           Val = ConstantExpr::getBitCast(Val, NewTy);
2645         }
2646           
2647       MutatedMemory[Ptr] = Val;
2648     } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CurInst)) {
2649       InstResult = ConstantExpr::get(BO->getOpcode(),
2650                                      getVal(BO->getOperand(0)),
2651                                      getVal(BO->getOperand(1)));
2652     } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(CurInst)) {
2653       InstResult = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(),
2654                                             getVal(CI->getOperand(0)),
2655                                             getVal(CI->getOperand(1)));
2656     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurInst)) {
2657       InstResult = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
2658                                          getVal(CI->getOperand(0)),
2659                                          CI->getType());
2660     } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CurInst)) {
2661       InstResult = ConstantExpr::getSelect(getVal(SI->getOperand(0)),
2662                                            getVal(SI->getOperand(1)),
2663                                            getVal(SI->getOperand(2)));
2664     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurInst)) {
2665       Constant *P = getVal(GEP->getOperand(0));
2666       SmallVector<Constant*, 8> GEPOps;
2667       for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
2668            i != e; ++i)
2669         GEPOps.push_back(getVal(*i));
2670       InstResult =
2671         ConstantExpr::getGetElementPtr(P, GEPOps,
2672                                        cast<GEPOperator>(GEP)->isInBounds());
2673     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(CurInst)) {
2674       if (!LI->isSimple()) return false;  // no volatile/atomic accesses.
2675       Constant *Ptr = getVal(LI->getOperand(0));
2676       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2677         Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2678       InstResult = ComputeLoadResult(Ptr);
2679       if (InstResult == 0) return false; // Could not evaluate load.
2680     } else if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(CurInst)) {
2681       if (AI->isArrayAllocation()) return false;  // Cannot handle array allocs.
2682       Type *Ty = AI->getType()->getElementType();
2683       AllocaTmps.push_back(new GlobalVariable(Ty, false,
2684                                               GlobalValue::InternalLinkage,
2685                                               UndefValue::get(Ty),
2686                                               AI->getName()));
2687       InstResult = AllocaTmps.back();
2688     } else if (isa<CallInst>(CurInst) || isa<InvokeInst>(CurInst)) {
2689       CallSite CS(CurInst);
2690
2691       // Debug info can safely be ignored here.
2692       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(CS.getInstruction())) {
2693         ++CurInst;
2694         continue;
2695       }
2696
2697       // Cannot handle inline asm.
2698       if (isa<InlineAsm>(CS.getCalledValue())) return false;
2699
2700       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction())) {
2701         if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(II)) {
2702           if (MSI->isVolatile()) return false;
2703           Constant *Ptr = getVal(MSI->getDest());
2704           Constant *Val = getVal(MSI->getValue());
2705           Constant *DestVal = ComputeLoadResult(getVal(Ptr));
2706           if (Val->isNullValue() && DestVal && DestVal->isNullValue()) {
2707             // This memset is a no-op.
2708             ++CurInst;
2709             continue;
2710           }
2711         }
2712
2713         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2714             II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
2715           ++CurInst;
2716           continue;
2717         }
2718
2719         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::invariant_start) {
2720           // We don't insert an entry into Values, as it doesn't have a
2721           // meaningful return value.
2722           if (!II->use_empty())
2723             return false;
2724           ConstantInt *Size = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0));
2725           Value *PtrArg = getVal(II->getArgOperand(1));
2726           Value *Ptr = PtrArg->stripPointerCasts();
2727           if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Ptr)) {
2728             Type *ElemTy = cast<PointerType>(GV->getType())->getElementType();
2729             if (!Size->isAllOnesValue() &&
2730                 Size->getValue().getLimitedValue() >=
2731                 TD->getTypeStoreSize(ElemTy))
2732               Invariants.insert(GV);
2733           }
2734           // Continue even if we do nothing.
2735           ++CurInst;
2736           continue;
2737         }
2738         return false;
2739       }
2740
2741       // Resolve function pointers.
2742       Function *Callee = dyn_cast<Function>(getVal(CS.getCalledValue()));
2743       if (!Callee || Callee->mayBeOverridden())
2744         return false;  // Cannot resolve.
2745
2746       SmallVector<Constant*, 8> Formals;
2747       for (User::op_iterator i = CS.arg_begin(), e = CS.arg_end(); i != e; ++i)
2748         Formals.push_back(getVal(*i));
2749
2750       if (Callee->isDeclaration()) {
2751         // If this is a function we can constant fold, do it.
2752         if (Constant *C = ConstantFoldCall(Callee, Formals, TLI)) {
2753           InstResult = C;
2754         } else {
2755           return false;
2756         }
2757       } else {
2758         if (Callee->getFunctionType()->isVarArg())
2759           return false;
2760
2761         Constant *RetVal;
2762         // Execute the call, if successful, use the return value.
2763         ValueStack.push_back(new DenseMap<Value*, Constant*>);
2764         if (!EvaluateFunction(Callee, RetVal, Formals))
2765           return false;
2766         delete ValueStack.pop_back_val();
2767         InstResult = RetVal;
2768       }
2769     } else if (isa<TerminatorInst>(CurInst)) {
2770       if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CurInst)) {
2771         if (BI->isUnconditional()) {
2772           NextBB = BI->getSuccessor(0);
2773         } else {
2774           ConstantInt *Cond =
2775             dyn_cast<ConstantInt>(getVal(BI->getCondition()));
2776           if (!Cond) return false;  // Cannot determine.
2777
2778           NextBB = BI->getSuccessor(!Cond->getZExtValue());
2779         }
2780       } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(CurInst)) {
2781         ConstantInt *Val =
2782           dyn_cast<ConstantInt>(getVal(SI->getCondition()));
2783         if (!Val) return false;  // Cannot determine.
2784         NextBB = SI->findCaseValue(Val).getCaseSuccessor();
2785       } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(CurInst)) {
2786         Value *Val = getVal(IBI->getAddress())->stripPointerCasts();
2787         if (BlockAddress *BA = dyn_cast<BlockAddress>(Val))
2788           NextBB = BA->getBasicBlock();
2789         else
2790           return false;  // Cannot determine.
2791       } else if (isa<ReturnInst>(CurInst)) {
2792         NextBB = 0;
2793       } else {
2794         // invoke, unwind, resume, unreachable.
2795         return false;  // Cannot handle this terminator.
2796       }
2797
2798       // We succeeded at evaluating this block!
2799       return true;
2800     } else {
2801       // Did not know how to evaluate this!
2802       return false;
2803     }
2804
2805     if (!CurInst->use_empty()) {
2806       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(InstResult))
2807         InstResult = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2808       
2809       setVal(CurInst, InstResult);
2810     }
2811
2812     // If we just processed an invoke, we finished evaluating the block.
2813     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(CurInst)) {
2814       NextBB = II->getNormalDest();
2815       return true;
2816     }
2817
2818     // Advance program counter.
2819     ++CurInst;
2820   }
2821 }
2822
2823 /// EvaluateFunction - Evaluate a call to function F, returning true if
2824 /// successful, false if we can't evaluate it.  ActualArgs contains the formal
2825 /// arguments for the function.
2826 bool Evaluator::EvaluateFunction(Function *F, Constant *&RetVal,
2827                                  const SmallVectorImpl<Constant*> &ActualArgs) {
2828   // Check to see if this function is already executing (recursion).  If so,
2829   // bail out.  TODO: we might want to accept limited recursion.
2830   if (std::find(CallStack.begin(), CallStack.end(), F) != CallStack.end())
2831     return false;
2832
2833   CallStack.push_back(F);
2834
2835   // Initialize arguments to the incoming values specified.
2836   unsigned ArgNo = 0;
2837   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); AI != E;
2838        ++AI, ++ArgNo)
2839     setVal(AI, ActualArgs[ArgNo]);
2840
2841   // ExecutedBlocks - We only handle non-looping, non-recursive code.  As such,
2842   // we can only evaluate any one basic block at most once.  This set keeps
2843   // track of what we have executed so we can detect recursive cases etc.
2844   SmallPtrSet<BasicBlock*, 32> ExecutedBlocks;
2845
2846   // CurBB - The current basic block we're evaluating.
2847   BasicBlock *CurBB = F->begin();
2848
2849   BasicBlock::iterator CurInst = CurBB->begin();
2850
2851   while (1) {
2852     BasicBlock *NextBB = 0; // Initialized to avoid compiler warnings.
2853     if (!EvaluateBlock(CurInst, NextBB))
2854       return false;
2855
2856     if (NextBB == 0) {
2857       // Successfully running until there's no next block means that we found
2858       // the return.  Fill it the return value and pop the call stack.
2859       ReturnInst *RI = cast<ReturnInst>(CurBB->getTerminator());
2860       if (RI->getNumOperands())
2861         RetVal = getVal(RI->getOperand(0));
2862       CallStack.pop_back();
2863       return true;
2864     }
2865
2866     // Okay, we succeeded in evaluating this control flow.  See if we have
2867     // executed the new block before.  If so, we have a looping function,
2868     // which we cannot evaluate in reasonable time.
2869     if (!ExecutedBlocks.insert(NextBB))
2870       return false;  // looped!
2871
2872     // Okay, we have never been in this block before.  Check to see if there
2873     // are any PHI nodes.  If so, evaluate them with information about where
2874     // we came from.
2875     PHINode *PN = 0;
2876     for (CurInst = NextBB->begin();
2877          (PN = dyn_cast<PHINode>(CurInst)); ++CurInst)
2878       setVal(PN, getVal(PN->getIncomingValueForBlock(CurBB)));
2879
2880     // Advance to the next block.
2881     CurBB = NextBB;
2882   }
2883 }
2884
2885 /// EvaluateStaticConstructor - Evaluate static constructors in the function, if
2886 /// we can.  Return true if we can, false otherwise.
2887 static bool EvaluateStaticConstructor(Function *F, const DataLayout *TD,
2888                                       const TargetLibraryInfo *TLI) {
2889   // Call the function.
2890   Evaluator Eval(TD, TLI);
2891   Constant *RetValDummy;
2892   bool EvalSuccess = Eval.EvaluateFunction(F, RetValDummy,
2893                                            SmallVector<Constant*, 0>());
2894   
2895   if (EvalSuccess) {
2896     // We succeeded at evaluation: commit the result.
2897     DEBUG(dbgs() << "FULLY EVALUATED GLOBAL CTOR FUNCTION '"
2898           << F->getName() << "' to " << Eval.getMutatedMemory().size()
2899           << " stores.\n");
2900     for (DenseMap<Constant*, Constant*>::const_iterator I =
2901            Eval.getMutatedMemory().begin(), E = Eval.getMutatedMemory().end();
2902          I != E; ++I)
2903       CommitValueTo(I->second, I->first);
2904     for (SmallPtrSet<GlobalVariable*, 8>::const_iterator I =
2905            Eval.getInvariants().begin(), E = Eval.getInvariants().end();
2906          I != E; ++I)
2907       (*I)->setConstant(true);
2908   }
2909
2910   return EvalSuccess;
2911 }
2912
2913 /// OptimizeGlobalCtorsList - Simplify and evaluation global ctors if possible.
2914 /// Return true if anything changed.
2915 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalCtorsList(GlobalVariable *&GCL) {
2916   std::vector<Function*> Ctors = ParseGlobalCtors(GCL);
2917   bool MadeChange = false;
2918   if (Ctors.empty()) return false;
2919
2920   // Loop over global ctors, optimizing them when we can.
2921   for (unsigned i = 0; i != Ctors.size(); ++i) {
2922     Function *F = Ctors[i];
2923     // Found a null terminator in the middle of the list, prune off the rest of
2924     // the list.
2925     if (F == 0) {
2926       if (i != Ctors.size()-1) {
2927         Ctors.resize(i+1);
2928         MadeChange = true;
2929       }
2930       break;
2931     }
2932
2933     // We cannot simplify external ctor functions.
2934     if (F->empty()) continue;
2935
2936     // If we can evaluate the ctor at compile time, do.
2937     if (EvaluateStaticConstructor(F, TD, TLI)) {
2938       Ctors.erase(Ctors.begin()+i);
2939       MadeChange = true;
2940       --i;
2941       ++NumCtorsEvaluated;
2942       continue;
2943     }
2944   }
2945
2946   if (!MadeChange) return false;
2947
2948   GCL = InstallGlobalCtors(GCL, Ctors);
2949   return true;
2950 }
2951
2952 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalAliases(Module &M) {
2953   bool Changed = false;
2954
2955   for (Module::alias_iterator I = M.alias_begin(), E = M.alias_end();
2956        I != E;) {
2957     Module::alias_iterator J = I++;
2958     // Aliases without names cannot be referenced outside this module.
2959     if (!J->hasName() && !J->isDeclaration())
2960       J->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
2961     // If the aliasee may change at link time, nothing can be done - bail out.
2962     if (J->mayBeOverridden())
2963       continue;
2964
2965     Constant *Aliasee = J->getAliasee();
2966     GlobalValue *Target = cast<GlobalValue>(Aliasee->stripPointerCasts());
2967     Target->removeDeadConstantUsers();
2968     bool hasOneUse = Target->hasOneUse() && Aliasee->hasOneUse();
2969
2970     // Make all users of the alias use the aliasee instead.
2971     if (!J->use_empty()) {
2972       J->replaceAllUsesWith(Aliasee);
2973       ++NumAliasesResolved;
2974       Changed = true;
2975     }
2976
2977     // If the alias is externally visible, we may still be able to simplify it.
2978     if (!J->hasLocalLinkage()) {
2979       // If the aliasee has internal linkage, give it the name and linkage
2980       // of the alias, and delete the alias.  This turns:
2981       //   define internal ... @f(...)
2982       //   @a = alias ... @f
2983       // into:
2984       //   define ... @a(...)
2985       if (!Target->hasLocalLinkage())
2986         continue;
2987
2988       // Do not perform the transform if multiple aliases potentially target the
2989       // aliasee. This check also ensures that it is safe to replace the section
2990       // and other attributes of the aliasee with those of the alias.
2991       if (!hasOneUse)
2992         continue;
2993
2994       // Give the aliasee the name, linkage and other attributes of the alias.
2995       Target->takeName(J);
2996       Target->setLinkage(J->getLinkage());
2997       Target->GlobalValue::copyAttributesFrom(J);
2998     }
2999
3000     // Delete the alias.
3001     M.getAliasList().erase(J);
3002     ++NumAliasesRemoved;
3003     Changed = true;
3004   }
3005
3006   return Changed;
3007 }
3008
3009 static Function *FindCXAAtExit(Module &M, TargetLibraryInfo *TLI) {
3010   if (!TLI->has(LibFunc::cxa_atexit))
3011     return 0;
3012
3013   Function *Fn = M.getFunction(TLI->getName(LibFunc::cxa_atexit));
3014   
3015   if (!Fn)
3016     return 0;
3017
3018   FunctionType *FTy = Fn->getFunctionType();
3019   
3020   // Checking that the function has the right return type, the right number of 
3021   // parameters and that they all have pointer types should be enough.
3022   if (!FTy->getReturnType()->isIntegerTy() ||
3023       FTy->getNumParams() != 3 ||
3024       !FTy->getParamType(0)->isPointerTy() ||
3025       !FTy->getParamType(1)->isPointerTy() ||
3026       !FTy->getParamType(2)->isPointerTy())
3027     return 0;
3028
3029   return Fn;
3030 }
3031
3032 /// cxxDtorIsEmpty - Returns whether the given function is an empty C++
3033 /// destructor and can therefore be eliminated.
3034 /// Note that we assume that other optimization passes have already simplified
3035 /// the code so we only look for a function with a single basic block, where
3036 /// the only allowed instructions are 'ret', 'call' to an empty C++ dtor and
3037 /// other side-effect free instructions.
3038 static bool cxxDtorIsEmpty(const Function &Fn,
3039                            SmallPtrSet<const Function *, 8> &CalledFunctions) {
3040   // FIXME: We could eliminate C++ destructors if they're readonly/readnone and
3041   // nounwind, but that doesn't seem worth doing.
3042   if (Fn.isDeclaration())
3043     return false;
3044
3045   if (++Fn.begin() != Fn.end())
3046     return false;
3047
3048   const BasicBlock &EntryBlock = Fn.getEntryBlock();
3049   for (BasicBlock::const_iterator I = EntryBlock.begin(), E = EntryBlock.end();
3050        I != E; ++I) {
3051     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
3052       // Ignore debug intrinsics.
3053       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(CI))
3054         continue;
3055
3056       const Function *CalledFn = CI->getCalledFunction();
3057
3058       if (!CalledFn)
3059         return false;
3060
3061       SmallPtrSet<const Function *, 8> NewCalledFunctions(CalledFunctions);
3062
3063       // Don't treat recursive functions as empty.
3064       if (!NewCalledFunctions.insert(CalledFn))
3065         return false;
3066
3067       if (!cxxDtorIsEmpty(*CalledFn, NewCalledFunctions))
3068         return false;
3069     } else if (isa<ReturnInst>(*I))
3070       return true; // We're done.
3071     else if (I->mayHaveSideEffects())
3072       return false; // Destructor with side effects, bail.
3073   }
3074
3075   return false;
3076 }
3077
3078 bool GlobalOpt::OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(Function *CXAAtExitFn) {
3079   /// Itanium C++ ABI p3.3.5:
3080   ///
3081   ///   After constructing a global (or local static) object, that will require
3082   ///   destruction on exit, a termination function is registered as follows:
3083   ///
3084   ///   extern "C" int __cxa_atexit ( void (*f)(void *), void *p, void *d );
3085   ///
3086   ///   This registration, e.g. __cxa_atexit(f,p,d), is intended to cause the
3087   ///   call f(p) when DSO d is unloaded, before all such termination calls
3088   ///   registered before this one. It returns zero if registration is
3089   ///   successful, nonzero on failure.
3090
3091   // This pass will look for calls to __cxa_atexit where the function is trivial
3092   // and remove them.
3093   bool Changed = false;
3094
3095   for (Function::use_iterator I = CXAAtExitFn->use_begin(), 
3096        E = CXAAtExitFn->use_end(); I != E;) {
3097     // We're only interested in calls. Theoretically, we could handle invoke
3098     // instructions as well, but neither llvm-gcc nor clang generate invokes
3099     // to __cxa_atexit.
3100     CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(*I++);
3101     if (!CI)
3102       continue;
3103
3104     Function *DtorFn = 
3105       dyn_cast<Function>(CI->getArgOperand(0)->stripPointerCasts());
3106     if (!DtorFn)
3107       continue;
3108
3109     SmallPtrSet<const Function *, 8> CalledFunctions;
3110     if (!cxxDtorIsEmpty(*DtorFn, CalledFunctions))
3111       continue;
3112
3113     // Just remove the call.
3114     CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
3115     CI->eraseFromParent();
3116
3117     ++NumCXXDtorsRemoved;
3118
3119     Changed |= true;
3120   }
3121
3122   return Changed;
3123 }
3124
3125 bool GlobalOpt::runOnModule(Module &M) {
3126   bool Changed = false;
3127
3128   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
3129   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
3130
3131   // Try to find the llvm.globalctors list.
3132   GlobalVariable *GlobalCtors = FindGlobalCtors(M);
3133
3134   Function *CXAAtExitFn = FindCXAAtExit(M, TLI);
3135
3136   bool LocalChange = true;
3137   while (LocalChange) {
3138     LocalChange = false;
3139
3140     // Delete functions that are trivially dead, ccc -> fastcc
3141     LocalChange |= OptimizeFunctions(M);
3142
3143     // Optimize global_ctors list.
3144     if (GlobalCtors)
3145       LocalChange |= OptimizeGlobalCtorsList(GlobalCtors);
3146
3147     // Optimize non-address-taken globals.
3148     LocalChange |= OptimizeGlobalVars(M);
3149
3150     // Resolve aliases, when possible.
3151     LocalChange |= OptimizeGlobalAliases(M);
3152
3153     // Try to remove trivial global destructors.
3154     if (CXAAtExitFn)
3155       LocalChange |= OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(CXAAtExitFn);
3156
3157     Changed |= LocalChange;
3158   }
3159
3160   // TODO: Move all global ctors functions to the end of the module for code
3161   // layout.
3162
3163   return Changed;
3164 }