611d81063c411b1c7438dc1f1234cba914439909
[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/IR/CallingConv.h"
26 #include "llvm/IR/Constants.h"
27 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
28 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
29 #include "llvm/IR/Instructions.h"
30 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
31 #include "llvm/IR/Module.h"
32 #include "llvm/IR/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/Support/ValueHandle.h"
41 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
42 #include "llvm/Transforms/Utils/GlobalStatus.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/ModuleUtils.h"
44 #include <algorithm>
45 using namespace llvm;
46
47 STATISTIC(NumMarked    , "Number of globals marked constant");
48 STATISTIC(NumUnnamed   , "Number of globals marked unnamed_addr");
49 STATISTIC(NumSRA       , "Number of aggregate globals broken into scalars");
50 STATISTIC(NumHeapSRA   , "Number of heap objects SRA'd");
51 STATISTIC(NumSubstitute,"Number of globals with initializers stored into them");
52 STATISTIC(NumDeleted   , "Number of globals deleted");
53 STATISTIC(NumFnDeleted , "Number of functions deleted");
54 STATISTIC(NumGlobUses  , "Number of global uses devirtualized");
55 STATISTIC(NumLocalized , "Number of globals localized");
56 STATISTIC(NumShrunkToBool  , "Number of global vars shrunk to booleans");
57 STATISTIC(NumFastCallFns   , "Number of functions converted to fastcc");
58 STATISTIC(NumCtorsEvaluated, "Number of static ctors evaluated");
59 STATISTIC(NumNestRemoved   , "Number of nest attributes removed");
60 STATISTIC(NumAliasesResolved, "Number of global aliases resolved");
61 STATISTIC(NumAliasesRemoved, "Number of global aliases eliminated");
62 STATISTIC(NumCXXDtorsRemoved, "Number of global C++ destructors removed");
63
64 namespace {
65   struct GlobalOpt : public ModulePass {
66     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
67       AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
68     }
69     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
70     GlobalOpt() : ModulePass(ID) {
71       initializeGlobalOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
72     }
73
74     bool runOnModule(Module &M);
75
76   private:
77     GlobalVariable *FindGlobalCtors(Module &M);
78     bool OptimizeFunctions(Module &M);
79     bool OptimizeGlobalVars(Module &M);
80     bool OptimizeGlobalAliases(Module &M);
81     bool OptimizeGlobalCtorsList(GlobalVariable *&GCL);
82     bool ProcessGlobal(GlobalVariable *GV,Module::global_iterator &GVI);
83     bool ProcessInternalGlobal(GlobalVariable *GV,Module::global_iterator &GVI,
84                                const GlobalStatus &GS);
85     bool OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(Function *CXAAtExitFn);
86
87     DataLayout *TD;
88     TargetLibraryInfo *TLI;
89   };
90 }
91
92 char GlobalOpt::ID = 0;
93 INITIALIZE_PASS_BEGIN(GlobalOpt, "globalopt",
94                 "Global Variable Optimizer", false, false)
95 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
96 INITIALIZE_PASS_END(GlobalOpt, "globalopt",
97                 "Global Variable Optimizer", false, false)
98
99 ModulePass *llvm::createGlobalOptimizerPass() { return new GlobalOpt(); }
100
101 /// isLeakCheckerRoot - Is this global variable possibly used by a leak checker
102 /// as a root?  If so, we might not really want to eliminate the stores to it.
103 static bool isLeakCheckerRoot(GlobalVariable *GV) {
104   // A global variable is a root if it is a pointer, or could plausibly contain
105   // a pointer.  There are two challenges; one is that we could have a struct
106   // the has an inner member which is a pointer.  We recurse through the type to
107   // detect these (up to a point).  The other is that we may actually be a union
108   // of a pointer and another type, and so our LLVM type is an integer which
109   // gets converted into a pointer, or our type is an [i8 x #] with a pointer
110   // potentially contained here.
111
112   if (GV->hasPrivateLinkage())
113     return false;
114
115   SmallVector<Type *, 4> Types;
116   Types.push_back(cast<PointerType>(GV->getType())->getElementType());
117
118   unsigned Limit = 20;
119   do {
120     Type *Ty = Types.pop_back_val();
121     switch (Ty->getTypeID()) {
122       default: break;
123       case Type::PointerTyID: return true;
124       case Type::ArrayTyID:
125       case Type::VectorTyID: {
126         SequentialType *STy = cast<SequentialType>(Ty);
127         Types.push_back(STy->getElementType());
128         break;
129       }
130       case Type::StructTyID: {
131         StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
132         if (STy->isOpaque()) return true;
133         for (StructType::element_iterator I = STy->element_begin(),
134                  E = STy->element_end(); I != E; ++I) {
135           Type *InnerTy = *I;
136           if (isa<PointerType>(InnerTy)) return true;
137           if (isa<CompositeType>(InnerTy))
138             Types.push_back(InnerTy);
139         }
140         break;
141       }
142     }
143     if (--Limit == 0) return true;
144   } while (!Types.empty());
145   return false;
146 }
147
148 /// Given a value that is stored to a global but never read, determine whether
149 /// it's safe to remove the store and the chain of computation that feeds the
150 /// store.
151 static bool IsSafeComputationToRemove(Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
152   do {
153     if (isa<Constant>(V))
154       return true;
155     if (!V->hasOneUse())
156       return false;
157     if (isa<LoadInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) || isa<Argument>(V) ||
158         isa<GlobalValue>(V))
159       return false;
160     if (isAllocationFn(V, TLI))
161       return true;
162
163     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
164     if (I->mayHaveSideEffects())
165       return false;
166     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
167       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
168         return false;
169     } else if (I->getNumOperands() != 1) {
170       return false;
171     }
172
173     V = I->getOperand(0);
174   } while (1);
175 }
176
177 /// CleanupPointerRootUsers - This GV is a pointer root.  Loop over all users
178 /// of the global and clean up any that obviously don't assign the global a
179 /// value that isn't dynamically allocated.
180 ///
181 static bool CleanupPointerRootUsers(GlobalVariable *GV,
182                                     const TargetLibraryInfo *TLI) {
183   // A brief explanation of leak checkers.  The goal is to find bugs where
184   // pointers are forgotten, causing an accumulating growth in memory
185   // usage over time.  The common strategy for leak checkers is to whitelist the
186   // memory pointed to by globals at exit.  This is popular because it also
187   // solves another problem where the main thread of a C++ program may shut down
188   // before other threads that are still expecting to use those globals.  To
189   // handle that case, we expect the program may create a singleton and never
190   // destroy it.
191
192   bool Changed = false;
193
194   // If Dead[n].first is the only use of a malloc result, we can delete its
195   // chain of computation and the store to the global in Dead[n].second.
196   SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 32> Dead;
197
198   // Constants can't be pointers to dynamically allocated memory.
199   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
200        UI != E;) {
201     User *U = *UI++;
202     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
203       Value *V = SI->getValueOperand();
204       if (isa<Constant>(V)) {
205         Changed = true;
206         SI->eraseFromParent();
207       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
208         if (I->hasOneUse())
209           Dead.push_back(std::make_pair(I, SI));
210       }
211     } else if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(U)) {
212       if (isa<Constant>(MSI->getValue())) {
213         Changed = true;
214         MSI->eraseFromParent();
215       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(MSI->getValue())) {
216         if (I->hasOneUse())
217           Dead.push_back(std::make_pair(I, MSI));
218       }
219     } else if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(U)) {
220       GlobalVariable *MemSrc = dyn_cast<GlobalVariable>(MTI->getSource());
221       if (MemSrc && MemSrc->isConstant()) {
222         Changed = true;
223         MTI->eraseFromParent();
224       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(MemSrc)) {
225         if (I->hasOneUse())
226           Dead.push_back(std::make_pair(I, MTI));
227       }
228     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
229       if (CE->use_empty()) {
230         CE->destroyConstant();
231         Changed = true;
232       }
233     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
234       if (isSafeToDestroyConstant(C)) {
235         C->destroyConstant();
236         // This could have invalidated UI, start over from scratch.
237         Dead.clear();
238         CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
239         return true;
240       }
241     }
242   }
243
244   for (int i = 0, e = Dead.size(); i != e; ++i) {
245     if (IsSafeComputationToRemove(Dead[i].first, TLI)) {
246       Dead[i].second->eraseFromParent();
247       Instruction *I = Dead[i].first;
248       do {
249         if (isAllocationFn(I, TLI))
250           break;
251         Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
252         if (!J)
253           break;
254         I->eraseFromParent();
255         I = J;
256       } while (1);
257       I->eraseFromParent();
258     }
259   }
260
261   return Changed;
262 }
263
264 /// CleanupConstantGlobalUsers - We just marked GV constant.  Loop over all
265 /// users of the global, cleaning up the obvious ones.  This is largely just a
266 /// quick scan over the use list to clean up the easy and obvious cruft.  This
267 /// returns true if it made a change.
268 static bool CleanupConstantGlobalUsers(Value *V, Constant *Init,
269                                        DataLayout *TD, TargetLibraryInfo *TLI) {
270   bool Changed = false;
271   // Note that we need to use a weak value handle for the worklist items. When
272   // we delete a constant array, we may also be holding pointer to one of its
273   // elements (or an element of one of its elements if we're dealing with an
274   // array of arrays) in the worklist.
275   SmallVector<WeakVH, 8> WorkList(V->use_begin(), V->use_end());
276   while (!WorkList.empty()) {
277     Value *UV = WorkList.pop_back_val();
278     if (!UV)
279       continue;
280
281     User *U = cast<User>(UV);
282
283     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
284       if (Init) {
285         // Replace the load with the initializer.
286         LI->replaceAllUsesWith(Init);
287         LI->eraseFromParent();
288         Changed = true;
289       }
290     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
291       // Store must be unreachable or storing Init into the global.
292       SI->eraseFromParent();
293       Changed = true;
294     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
295       if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
296         Constant *SubInit = 0;
297         if (Init)
298           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE);
299         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, SubInit, TD, TLI);
300       } else if ((CE->getOpcode() == Instruction::BitCast &&
301                   CE->getType()->isPointerTy()) ||
302                  CE->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast) {
303         // Pointer cast, delete any stores and memsets to the global.
304         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, 0, TD, TLI);
305       }
306
307       if (CE->use_empty()) {
308         CE->destroyConstant();
309         Changed = true;
310       }
311     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
312       // Do not transform "gepinst (gep constexpr (GV))" here, because forming
313       // "gepconstexpr (gep constexpr (GV))" will cause the two gep's to fold
314       // and will invalidate our notion of what Init is.
315       Constant *SubInit = 0;
316       if (!isa<ConstantExpr>(GEP->getOperand(0))) {
317         ConstantExpr *CE =
318           dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(ConstantFoldInstruction(GEP, TD, TLI));
319         if (Init && CE && CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
320           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE);
321
322         // If the initializer is an all-null value and we have an inbounds GEP,
323         // we already know what the result of any load from that GEP is.
324         // TODO: Handle splats.
325         if (Init && isa<ConstantAggregateZero>(Init) && GEP->isInBounds())
326           SubInit = Constant::getNullValue(GEP->getType()->getElementType());
327       }
328       Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(GEP, SubInit, TD, TLI);
329
330       if (GEP->use_empty()) {
331         GEP->eraseFromParent();
332         Changed = true;
333       }
334     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U)) { // memset/cpy/mv
335       if (MI->getRawDest() == V) {
336         MI->eraseFromParent();
337         Changed = true;
338       }
339
340     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
341       // If we have a chain of dead constantexprs or other things dangling from
342       // us, and if they are all dead, nuke them without remorse.
343       if (isSafeToDestroyConstant(C)) {
344         C->destroyConstant();
345         CleanupConstantGlobalUsers(V, Init, TD, TLI);
346         return true;
347       }
348     }
349   }
350   return Changed;
351 }
352
353 /// isSafeSROAElementUse - Return true if the specified instruction is a safe
354 /// user of a derived expression from a global that we want to SROA.
355 static bool isSafeSROAElementUse(Value *V) {
356   // We might have a dead and dangling constant hanging off of here.
357   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
358     return isSafeToDestroyConstant(C);
359
360   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
361   if (!I) return false;
362
363   // Loads are ok.
364   if (isa<LoadInst>(I)) return true;
365
366   // Stores *to* the pointer are ok.
367   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
368     return SI->getOperand(0) != V;
369
370   // Otherwise, it must be a GEP.
371   GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I);
372   if (GEPI == 0) return false;
373
374   if (GEPI->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEPI->getOperand(1)) ||
375       !cast<Constant>(GEPI->getOperand(1))->isNullValue())
376     return false;
377
378   for (Value::use_iterator I = GEPI->use_begin(), E = GEPI->use_end();
379        I != E; ++I)
380     if (!isSafeSROAElementUse(*I))
381       return false;
382   return true;
383 }
384
385
386 /// IsUserOfGlobalSafeForSRA - U is a direct user of the specified global value.
387 /// Look at it and its uses and decide whether it is safe to SROA this global.
388 ///
389 static bool IsUserOfGlobalSafeForSRA(User *U, GlobalValue *GV) {
390   // The user of the global must be a GEP Inst or a ConstantExpr GEP.
391   if (!isa<GetElementPtrInst>(U) &&
392       (!isa<ConstantExpr>(U) ||
393        cast<ConstantExpr>(U)->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr))
394     return false;
395
396   // Check to see if this ConstantExpr GEP is SRA'able.  In particular, we
397   // don't like < 3 operand CE's, and we don't like non-constant integer
398   // indices.  This enforces that all uses are 'gep GV, 0, C, ...' for some
399   // value of C.
400   if (U->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(U->getOperand(1)) ||
401       !cast<Constant>(U->getOperand(1))->isNullValue() ||
402       !isa<ConstantInt>(U->getOperand(2)))
403     return false;
404
405   gep_type_iterator GEPI = gep_type_begin(U), E = gep_type_end(U);
406   ++GEPI;  // Skip over the pointer index.
407
408   // If this is a use of an array allocation, do a bit more checking for sanity.
409   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*GEPI)) {
410     uint64_t NumElements = AT->getNumElements();
411     ConstantInt *Idx = cast<ConstantInt>(U->getOperand(2));
412
413     // Check to make sure that index falls within the array.  If not,
414     // something funny is going on, so we won't do the optimization.
415     //
416     if (Idx->getZExtValue() >= NumElements)
417       return false;
418
419     // We cannot scalar repl this level of the array unless any array
420     // sub-indices are in-range constants.  In particular, consider:
421     // A[0][i].  We cannot know that the user isn't doing invalid things like
422     // allowing i to index an out-of-range subscript that accesses A[1].
423     //
424     // Scalar replacing *just* the outer index of the array is probably not
425     // going to be a win anyway, so just give up.
426     for (++GEPI; // Skip array index.
427          GEPI != E;
428          ++GEPI) {
429       uint64_t NumElements;
430       if (ArrayType *SubArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(*GEPI))
431         NumElements = SubArrayTy->getNumElements();
432       else if (VectorType *SubVectorTy = dyn_cast<VectorType>(*GEPI))
433         NumElements = SubVectorTy->getNumElements();
434       else {
435         assert((*GEPI)->isStructTy() &&
436                "Indexed GEP type is not array, vector, or struct!");
437         continue;
438       }
439
440       ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPI.getOperand());
441       if (!IdxVal || IdxVal->getZExtValue() >= NumElements)
442         return false;
443     }
444   }
445
446   for (Value::use_iterator I = U->use_begin(), E = U->use_end(); I != E; ++I)
447     if (!isSafeSROAElementUse(*I))
448       return false;
449   return true;
450 }
451
452 /// GlobalUsersSafeToSRA - Look at all uses of the global and decide whether it
453 /// is safe for us to perform this transformation.
454 ///
455 static bool GlobalUsersSafeToSRA(GlobalValue *GV) {
456   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
457        UI != E; ++UI) {
458     if (!IsUserOfGlobalSafeForSRA(*UI, GV))
459       return false;
460   }
461   return true;
462 }
463
464
465 /// SRAGlobal - Perform scalar replacement of aggregates on the specified global
466 /// variable.  This opens the door for other optimizations by exposing the
467 /// behavior of the program in a more fine-grained way.  We have determined that
468 /// this transformation is safe already.  We return the first global variable we
469 /// insert so that the caller can reprocess it.
470 static GlobalVariable *SRAGlobal(GlobalVariable *GV, const DataLayout &TD) {
471   // Make sure this global only has simple uses that we can SRA.
472   if (!GlobalUsersSafeToSRA(GV))
473     return 0;
474
475   assert(GV->hasLocalLinkage() && !GV->isConstant());
476   Constant *Init = GV->getInitializer();
477   Type *Ty = Init->getType();
478
479   std::vector<GlobalVariable*> NewGlobals;
480   Module::GlobalListType &Globals = GV->getParent()->getGlobalList();
481
482   // Get the alignment of the global, either explicit or target-specific.
483   unsigned StartAlignment = GV->getAlignment();
484   if (StartAlignment == 0)
485     StartAlignment = TD.getABITypeAlignment(GV->getType());
486
487   if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
488     NewGlobals.reserve(STy->getNumElements());
489     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(STy);
490     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
491       Constant *In = Init->getAggregateElement(i);
492       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
493       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(STy->getElementType(i), false,
494                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
495                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
496                                                GV->getThreadLocalMode(),
497                                               GV->getType()->getAddressSpace());
498       Globals.insert(GV, NGV);
499       NewGlobals.push_back(NGV);
500
501       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
502       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
503       // propagate info to each field.
504       uint64_t FieldOffset = Layout.getElementOffset(i);
505       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, FieldOffset);
506       if (NewAlign > TD.getABITypeAlignment(STy->getElementType(i)))
507         NGV->setAlignment(NewAlign);
508     }
509   } else if (SequentialType *STy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
510     unsigned NumElements = 0;
511     if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(STy))
512       NumElements = ATy->getNumElements();
513     else
514       NumElements = cast<VectorType>(STy)->getNumElements();
515
516     if (NumElements > 16 && GV->hasNUsesOrMore(16))
517       return 0; // It's not worth it.
518     NewGlobals.reserve(NumElements);
519
520     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSize(STy->getElementType());
521     unsigned EltAlign = TD.getABITypeAlignment(STy->getElementType());
522     for (unsigned i = 0, e = NumElements; i != e; ++i) {
523       Constant *In = Init->getAggregateElement(i);
524       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
525
526       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(STy->getElementType(), false,
527                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
528                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
529                                                GV->getThreadLocalMode(),
530                                               GV->getType()->getAddressSpace());
531       Globals.insert(GV, NGV);
532       NewGlobals.push_back(NGV);
533
534       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
535       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
536       // propagate info to each field.
537       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, EltSize*i);
538       if (NewAlign > EltAlign)
539         NGV->setAlignment(NewAlign);
540     }
541   }
542
543   if (NewGlobals.empty())
544     return 0;
545
546   DEBUG(dbgs() << "PERFORMING GLOBAL SRA ON: " << *GV);
547
548   Constant *NullInt =Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GV->getContext()));
549
550   // Loop over all of the uses of the global, replacing the constantexpr geps,
551   // with smaller constantexpr geps or direct references.
552   while (!GV->use_empty()) {
553     User *GEP = GV->use_back();
554     assert(((isa<ConstantExpr>(GEP) &&
555              cast<ConstantExpr>(GEP)->getOpcode()==Instruction::GetElementPtr)||
556             isa<GetElementPtrInst>(GEP)) && "NonGEP CE's are not SRAable!");
557
558     // Ignore the 1th operand, which has to be zero or else the program is quite
559     // broken (undefined).  Get the 2nd operand, which is the structure or array
560     // index.
561     unsigned Val = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2))->getZExtValue();
562     if (Val >= NewGlobals.size()) Val = 0; // Out of bound array access.
563
564     Value *NewPtr = NewGlobals[Val];
565
566     // Form a shorter GEP if needed.
567     if (GEP->getNumOperands() > 3) {
568       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GEP)) {
569         SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
570         Idxs.push_back(NullInt);
571         for (unsigned i = 3, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
572           Idxs.push_back(CE->getOperand(i));
573         NewPtr = ConstantExpr::getGetElementPtr(cast<Constant>(NewPtr), Idxs);
574       } else {
575         GetElementPtrInst *GEPI = cast<GetElementPtrInst>(GEP);
576         SmallVector<Value*, 8> Idxs;
577         Idxs.push_back(NullInt);
578         for (unsigned i = 3, e = GEPI->getNumOperands(); i != e; ++i)
579           Idxs.push_back(GEPI->getOperand(i));
580         NewPtr = GetElementPtrInst::Create(NewPtr, Idxs,
581                                            GEPI->getName()+"."+Twine(Val),GEPI);
582       }
583     }
584     GEP->replaceAllUsesWith(NewPtr);
585
586     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(GEP))
587       GEPI->eraseFromParent();
588     else
589       cast<ConstantExpr>(GEP)->destroyConstant();
590   }
591
592   // Delete the old global, now that it is dead.
593   Globals.erase(GV);
594   ++NumSRA;
595
596   // Loop over the new globals array deleting any globals that are obviously
597   // dead.  This can arise due to scalarization of a structure or an array that
598   // has elements that are dead.
599   unsigned FirstGlobal = 0;
600   for (unsigned i = 0, e = NewGlobals.size(); i != e; ++i)
601     if (NewGlobals[i]->use_empty()) {
602       Globals.erase(NewGlobals[i]);
603       if (FirstGlobal == i) ++FirstGlobal;
604     }
605
606   return FirstGlobal != NewGlobals.size() ? NewGlobals[FirstGlobal] : 0;
607 }
608
609 /// AllUsesOfValueWillTrapIfNull - Return true if all users of the specified
610 /// value will trap if the value is dynamically null.  PHIs keeps track of any
611 /// phi nodes we've seen to avoid reprocessing them.
612 static bool AllUsesOfValueWillTrapIfNull(const Value *V,
613                                          SmallPtrSet<const PHINode*, 8> &PHIs) {
614   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;
615        ++UI) {
616     const User *U = *UI;
617
618     if (isa<LoadInst>(U)) {
619       // Will trap.
620     } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
621       if (SI->getOperand(0) == V) {
622         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
623         return false;  // Storing the value.
624       }
625     } else if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(U)) {
626       if (CI->getCalledValue() != V) {
627         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
628         return false;  // Not calling the ptr
629       }
630     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(U)) {
631       if (II->getCalledValue() != V) {
632         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
633         return false;  // Not calling the ptr
634       }
635     } else if (const BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
636       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(CI, PHIs)) return false;
637     } else if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
638       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(GEPI, PHIs)) return false;
639     } else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
640       // If we've already seen this phi node, ignore it, it has already been
641       // checked.
642       if (PHIs.insert(PN) && !AllUsesOfValueWillTrapIfNull(PN, PHIs))
643         return false;
644     } else if (isa<ICmpInst>(U) &&
645                isa<ConstantPointerNull>(UI->getOperand(1))) {
646       // Ignore icmp X, null
647     } else {
648       //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
649       return false;
650     }
651   }
652   return true;
653 }
654
655 /// AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull - Return true if all uses of any loads
656 /// from GV will trap if the loaded value is null.  Note that this also permits
657 /// comparisons of the loaded value against null, as a special case.
658 static bool AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(const GlobalVariable *GV) {
659   for (Value::const_use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
660        UI != E; ++UI) {
661     const User *U = *UI;
662
663     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
664       SmallPtrSet<const PHINode*, 8> PHIs;
665       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(LI, PHIs))
666         return false;
667     } else if (isa<StoreInst>(U)) {
668       // Ignore stores to the global.
669     } else {
670       // We don't know or understand this user, bail out.
671       //cerr << "UNKNOWN USER OF GLOBAL!: " << *U;
672       return false;
673     }
674   }
675   return true;
676 }
677
678 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(Value *V, Constant *NewV) {
679   bool Changed = false;
680   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; ) {
681     Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
682     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
683       LI->setOperand(0, NewV);
684       Changed = true;
685     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
686       if (SI->getOperand(1) == V) {
687         SI->setOperand(1, NewV);
688         Changed = true;
689       }
690     } else if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I)) {
691       CallSite CS(I);
692       if (CS.getCalledValue() == V) {
693         // Calling through the pointer!  Turn into a direct call, but be careful
694         // that the pointer is not also being passed as an argument.
695         CS.setCalledFunction(NewV);
696         Changed = true;
697         bool PassedAsArg = false;
698         for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
699           if (CS.getArgument(i) == V) {
700             PassedAsArg = true;
701             CS.setArgument(i, NewV);
702           }
703
704         if (PassedAsArg) {
705           // Being passed as an argument also.  Be careful to not invalidate UI!
706           UI = V->use_begin();
707         }
708       }
709     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
710       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(CI,
711                                 ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
712                                                       NewV, CI->getType()));
713       if (CI->use_empty()) {
714         Changed = true;
715         CI->eraseFromParent();
716       }
717     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
718       // Should handle GEP here.
719       SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
720       Idxs.reserve(GEPI->getNumOperands()-1);
721       for (User::op_iterator i = GEPI->op_begin() + 1, e = GEPI->op_end();
722            i != e; ++i)
723         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(*i))
724           Idxs.push_back(C);
725         else
726           break;
727       if (Idxs.size() == GEPI->getNumOperands()-1)
728         Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(GEPI,
729                           ConstantExpr::getGetElementPtr(NewV, Idxs));
730       if (GEPI->use_empty()) {
731         Changed = true;
732         GEPI->eraseFromParent();
733       }
734     }
735   }
736
737   return Changed;
738 }
739
740
741 /// OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads - The specified global has only one non-null
742 /// value stored into it.  If there are uses of the loaded value that would trap
743 /// if the loaded value is dynamically null, then we know that they cannot be
744 /// reachable with a null optimize away the load.
745 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GlobalVariable *GV, Constant *LV,
746                                             DataLayout *TD,
747                                             TargetLibraryInfo *TLI) {
748   bool Changed = false;
749
750   // Keep track of whether we are able to remove all the uses of the global
751   // other than the store that defines it.
752   bool AllNonStoreUsesGone = true;
753
754   // Replace all uses of loads with uses of uses of the stored value.
755   for (Value::use_iterator GUI = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); GUI != E;){
756     User *GlobalUser = *GUI++;
757     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(GlobalUser)) {
758       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(LI, LV);
759       // If we were able to delete all uses of the loads
760       if (LI->use_empty()) {
761         LI->eraseFromParent();
762         Changed = true;
763       } else {
764         AllNonStoreUsesGone = false;
765       }
766     } else if (isa<StoreInst>(GlobalUser)) {
767       // Ignore the store that stores "LV" to the global.
768       assert(GlobalUser->getOperand(1) == GV &&
769              "Must be storing *to* the global");
770     } else {
771       AllNonStoreUsesGone = false;
772
773       // If we get here we could have other crazy uses that are transitively
774       // loaded.
775       assert((isa<PHINode>(GlobalUser) || isa<SelectInst>(GlobalUser) ||
776               isa<ConstantExpr>(GlobalUser) || isa<CmpInst>(GlobalUser) ||
777               isa<BitCastInst>(GlobalUser) ||
778               isa<GetElementPtrInst>(GlobalUser)) &&
779              "Only expect load and stores!");
780     }
781   }
782
783   if (Changed) {
784     DEBUG(dbgs() << "OPTIMIZED LOADS FROM STORED ONCE POINTER: " << *GV);
785     ++NumGlobUses;
786   }
787
788   // If we nuked all of the loads, then none of the stores are needed either,
789   // nor is the global.
790   if (AllNonStoreUsesGone) {
791     if (isLeakCheckerRoot(GV)) {
792       Changed |= CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
793     } else {
794       Changed = true;
795       CleanupConstantGlobalUsers(GV, 0, TD, TLI);
796     }
797     if (GV->use_empty()) {
798       DEBUG(dbgs() << "  *** GLOBAL NOW DEAD!\n");
799       Changed = true;
800       GV->eraseFromParent();
801       ++NumDeleted;
802     }
803   }
804   return Changed;
805 }
806
807 /// ConstantPropUsersOf - Walk the use list of V, constant folding all of the
808 /// instructions that are foldable.
809 static void ConstantPropUsersOf(Value *V,
810                                 DataLayout *TD, TargetLibraryInfo *TLI) {
811   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; )
812     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(*UI++))
813       if (Constant *NewC = ConstantFoldInstruction(I, TD, TLI)) {
814         I->replaceAllUsesWith(NewC);
815
816         // Advance UI to the next non-I use to avoid invalidating it!
817         // Instructions could multiply use V.
818         while (UI != E && *UI == I)
819           ++UI;
820         I->eraseFromParent();
821       }
822 }
823
824 /// OptimizeGlobalAddressOfMalloc - This function takes the specified global
825 /// variable, and transforms the program as if it always contained the result of
826 /// the specified malloc.  Because it is always the result of the specified
827 /// malloc, there is no reason to actually DO the malloc.  Instead, turn the
828 /// malloc into a global, and any loads of GV as uses of the new global.
829 static GlobalVariable *OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GlobalVariable *GV,
830                                                      CallInst *CI,
831                                                      Type *AllocTy,
832                                                      ConstantInt *NElements,
833                                                      DataLayout *TD,
834                                                      TargetLibraryInfo *TLI) {
835   DEBUG(errs() << "PROMOTING GLOBAL: " << *GV << "  CALL = " << *CI << '\n');
836
837   Type *GlobalType;
838   if (NElements->getZExtValue() == 1)
839     GlobalType = AllocTy;
840   else
841     // If we have an array allocation, the global variable is of an array.
842     GlobalType = ArrayType::get(AllocTy, NElements->getZExtValue());
843
844   // Create the new global variable.  The contents of the malloc'd memory is
845   // undefined, so initialize with an undef value.
846   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(*GV->getParent(),
847                                              GlobalType, false,
848                                              GlobalValue::InternalLinkage,
849                                              UndefValue::get(GlobalType),
850                                              GV->getName()+".body",
851                                              GV,
852                                              GV->getThreadLocalMode());
853
854   // If there are bitcast users of the malloc (which is typical, usually we have
855   // a malloc + bitcast) then replace them with uses of the new global.  Update
856   // other users to use the global as well.
857   BitCastInst *TheBC = 0;
858   while (!CI->use_empty()) {
859     Instruction *User = cast<Instruction>(CI->use_back());
860     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
861       if (BCI->getType() == NewGV->getType()) {
862         BCI->replaceAllUsesWith(NewGV);
863         BCI->eraseFromParent();
864       } else {
865         BCI->setOperand(0, NewGV);
866       }
867     } else {
868       if (TheBC == 0)
869         TheBC = new BitCastInst(NewGV, CI->getType(), "newgv", CI);
870       User->replaceUsesOfWith(CI, TheBC);
871     }
872   }
873
874   Constant *RepValue = NewGV;
875   if (NewGV->getType() != GV->getType()->getElementType())
876     RepValue = ConstantExpr::getBitCast(RepValue,
877                                         GV->getType()->getElementType());
878
879   // If there is a comparison against null, we will insert a global bool to
880   // keep track of whether the global was initialized yet or not.
881   GlobalVariable *InitBool =
882     new GlobalVariable(Type::getInt1Ty(GV->getContext()), false,
883                        GlobalValue::InternalLinkage,
884                        ConstantInt::getFalse(GV->getContext()),
885                        GV->getName()+".init", GV->getThreadLocalMode());
886   bool InitBoolUsed = false;
887
888   // Loop over all uses of GV, processing them in turn.
889   while (!GV->use_empty()) {
890     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GV->use_back())) {
891       // The global is initialized when the store to it occurs.
892       new StoreInst(ConstantInt::getTrue(GV->getContext()), InitBool, false, 0,
893                     SI->getOrdering(), SI->getSynchScope(), SI);
894       SI->eraseFromParent();
895       continue;
896     }
897
898     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(GV->use_back());
899     while (!LI->use_empty()) {
900       Use &LoadUse = LI->use_begin().getUse();
901       if (!isa<ICmpInst>(LoadUse.getUser())) {
902         LoadUse = RepValue;
903         continue;
904       }
905
906       ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(LoadUse.getUser());
907       // Replace the cmp X, 0 with a use of the bool value.
908       // Sink the load to where the compare was, if atomic rules allow us to.
909       Value *LV = new LoadInst(InitBool, InitBool->getName()+".val", false, 0,
910                                LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(),
911                                LI->isUnordered() ? (Instruction*)ICI : LI);
912       InitBoolUsed = true;
913       switch (ICI->getPredicate()) {
914       default: llvm_unreachable("Unknown ICmp Predicate!");
915       case ICmpInst::ICMP_ULT:
916       case ICmpInst::ICMP_SLT:   // X < null -> always false
917         LV = ConstantInt::getFalse(GV->getContext());
918         break;
919       case ICmpInst::ICMP_ULE:
920       case ICmpInst::ICMP_SLE:
921       case ICmpInst::ICMP_EQ:
922         LV = BinaryOperator::CreateNot(LV, "notinit", ICI);
923         break;
924       case ICmpInst::ICMP_NE:
925       case ICmpInst::ICMP_UGE:
926       case ICmpInst::ICMP_SGE:
927       case ICmpInst::ICMP_UGT:
928       case ICmpInst::ICMP_SGT:
929         break;  // no change.
930       }
931       ICI->replaceAllUsesWith(LV);
932       ICI->eraseFromParent();
933     }
934     LI->eraseFromParent();
935   }
936
937   // If the initialization boolean was used, insert it, otherwise delete it.
938   if (!InitBoolUsed) {
939     while (!InitBool->use_empty())  // Delete initializations
940       cast<StoreInst>(InitBool->use_back())->eraseFromParent();
941     delete InitBool;
942   } else
943     GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV, InitBool);
944
945   // Now the GV is dead, nuke it and the malloc..
946   GV->eraseFromParent();
947   CI->eraseFromParent();
948
949   // To further other optimizations, loop over all users of NewGV and try to
950   // constant prop them.  This will promote GEP instructions with constant
951   // indices into GEP constant-exprs, which will allow global-opt to hack on it.
952   ConstantPropUsersOf(NewGV, TD, TLI);
953   if (RepValue != NewGV)
954     ConstantPropUsersOf(RepValue, TD, TLI);
955
956   return NewGV;
957 }
958
959 /// ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal - Scan the use-list of V checking
960 /// to make sure that there are no complex uses of V.  We permit simple things
961 /// like dereferencing the pointer, but not storing through the address, unless
962 /// it is to the specified global.
963 static bool ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(const Instruction *V,
964                                                       const GlobalVariable *GV,
965                                          SmallPtrSet<const PHINode*, 8> &PHIs) {
966   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end();
967        UI != E; ++UI) {
968     const Instruction *Inst = cast<Instruction>(*UI);
969
970     if (isa<LoadInst>(Inst) || isa<CmpInst>(Inst)) {
971       continue; // Fine, ignore.
972     }
973
974     if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
975       if (SI->getOperand(0) == V && SI->getOperand(1) != GV)
976         return false;  // Storing the pointer itself... bad.
977       continue; // Otherwise, storing through it, or storing into GV... fine.
978     }
979
980     // Must index into the array and into the struct.
981     if (isa<GetElementPtrInst>(Inst) && Inst->getNumOperands() >= 3) {
982       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(Inst, GV, PHIs))
983         return false;
984       continue;
985     }
986
987     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Inst)) {
988       // PHIs are ok if all uses are ok.  Don't infinitely recurse through PHI
989       // cycles.
990       if (PHIs.insert(PN))
991         if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(PN, GV, PHIs))
992           return false;
993       continue;
994     }
995
996     if (const BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Inst)) {
997       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(BCI, GV, PHIs))
998         return false;
999       continue;
1000     }
1001
1002     return false;
1003   }
1004   return true;
1005 }
1006
1007 /// ReplaceUsesOfMallocWithGlobal - The Alloc pointer is stored into GV
1008 /// somewhere.  Transform all uses of the allocation into loads from the
1009 /// global and uses of the resultant pointer.  Further, delete the store into
1010 /// GV.  This assumes that these value pass the
1011 /// 'ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal' predicate.
1012 static void ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(Instruction *Alloc,
1013                                           GlobalVariable *GV) {
1014   while (!Alloc->use_empty()) {
1015     Instruction *U = cast<Instruction>(*Alloc->use_begin());
1016     Instruction *InsertPt = U;
1017     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1018       // If this is the store of the allocation into the global, remove it.
1019       if (SI->getOperand(1) == GV) {
1020         SI->eraseFromParent();
1021         continue;
1022       }
1023     } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1024       // Insert the load in the corresponding predecessor, not right before the
1025       // PHI.
1026       InsertPt = PN->getIncomingBlock(Alloc->use_begin())->getTerminator();
1027     } else if (isa<BitCastInst>(U)) {
1028       // Must be bitcast between the malloc and store to initialize the global.
1029       ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(U, GV);
1030       U->eraseFromParent();
1031       continue;
1032     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
1033       // If this is a "GEP bitcast" and the user is a store to the global, then
1034       // just process it as a bitcast.
1035       if (GEPI->hasAllZeroIndices() && GEPI->hasOneUse())
1036         if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GEPI->use_back()))
1037           if (SI->getOperand(1) == GV) {
1038             // Must be bitcast GEP between the malloc and store to initialize
1039             // the global.
1040             ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(GEPI, GV);
1041             GEPI->eraseFromParent();
1042             continue;
1043           }
1044     }
1045
1046     // Insert a load from the global, and use it instead of the malloc.
1047     Value *NL = new LoadInst(GV, GV->getName()+".val", InsertPt);
1048     U->replaceUsesOfWith(Alloc, NL);
1049   }
1050 }
1051
1052 /// LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA - Verify that all uses of V (a load, or a phi
1053 /// of a load) are simple enough to perform heap SRA on.  This permits GEP's
1054 /// that index through the array and struct field, icmps of null, and PHIs.
1055 static bool LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(const Value *V,
1056                         SmallPtrSet<const PHINode*, 32> &LoadUsingPHIs,
1057                         SmallPtrSet<const PHINode*, 32> &LoadUsingPHIsPerLoad) {
1058   // We permit two users of the load: setcc comparing against the null
1059   // pointer, and a getelementptr of a specific form.
1060   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;
1061        ++UI) {
1062     const Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1063
1064     // Comparison against null is ok.
1065     if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(User)) {
1066       if (!isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1067         return false;
1068       continue;
1069     }
1070
1071     // getelementptr is also ok, but only a simple form.
1072     if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1073       // Must index into the array and into the struct.
1074       if (GEPI->getNumOperands() < 3)
1075         return false;
1076
1077       // Otherwise the GEP is ok.
1078       continue;
1079     }
1080
1081     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1082       if (!LoadUsingPHIsPerLoad.insert(PN))
1083         // This means some phi nodes are dependent on each other.
1084         // Avoid infinite looping!
1085         return false;
1086       if (!LoadUsingPHIs.insert(PN))
1087         // If we have already analyzed this PHI, then it is safe.
1088         continue;
1089
1090       // Make sure all uses of the PHI are simple enough to transform.
1091       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(PN,
1092                                           LoadUsingPHIs, LoadUsingPHIsPerLoad))
1093         return false;
1094
1095       continue;
1096     }
1097
1098     // Otherwise we don't know what this is, not ok.
1099     return false;
1100   }
1101
1102   return true;
1103 }
1104
1105
1106 /// AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA - If all users of values loaded from
1107 /// GV are simple enough to perform HeapSRA, return true.
1108 static bool AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(const GlobalVariable *GV,
1109                                                     Instruction *StoredVal) {
1110   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> LoadUsingPHIs;
1111   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> LoadUsingPHIsPerLoad;
1112   for (Value::const_use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
1113        UI != E; ++UI)
1114     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
1115       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(LI, LoadUsingPHIs,
1116                                           LoadUsingPHIsPerLoad))
1117         return false;
1118       LoadUsingPHIsPerLoad.clear();
1119     }
1120
1121   // If we reach here, we know that all uses of the loads and transitive uses
1122   // (through PHI nodes) are simple enough to transform.  However, we don't know
1123   // that all inputs the to the PHI nodes are in the same equivalence sets.
1124   // Check to verify that all operands of the PHIs are either PHIS that can be
1125   // transformed, loads from GV, or MI itself.
1126   for (SmallPtrSet<const PHINode*, 32>::const_iterator I = LoadUsingPHIs.begin()
1127        , E = LoadUsingPHIs.end(); I != E; ++I) {
1128     const PHINode *PN = *I;
1129     for (unsigned op = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); op != e; ++op) {
1130       Value *InVal = PN->getIncomingValue(op);
1131
1132       // PHI of the stored value itself is ok.
1133       if (InVal == StoredVal) continue;
1134
1135       if (const PHINode *InPN = dyn_cast<PHINode>(InVal)) {
1136         // One of the PHIs in our set is (optimistically) ok.
1137         if (LoadUsingPHIs.count(InPN))
1138           continue;
1139         return false;
1140       }
1141
1142       // Load from GV is ok.
1143       if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(InVal))
1144         if (LI->getOperand(0) == GV)
1145           continue;
1146
1147       // UNDEF? NULL?
1148
1149       // Anything else is rejected.
1150       return false;
1151     }
1152   }
1153
1154   return true;
1155 }
1156
1157 static Value *GetHeapSROAValue(Value *V, unsigned FieldNo,
1158                DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1159                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1160   std::vector<Value*> &FieldVals = InsertedScalarizedValues[V];
1161
1162   if (FieldNo >= FieldVals.size())
1163     FieldVals.resize(FieldNo+1);
1164
1165   // If we already have this value, just reuse the previously scalarized
1166   // version.
1167   if (Value *FieldVal = FieldVals[FieldNo])
1168     return FieldVal;
1169
1170   // Depending on what instruction this is, we have several cases.
1171   Value *Result;
1172   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
1173     // This is a scalarized version of the load from the global.  Just create
1174     // a new Load of the scalarized global.
1175     Result = new LoadInst(GetHeapSROAValue(LI->getOperand(0), FieldNo,
1176                                            InsertedScalarizedValues,
1177                                            PHIsToRewrite),
1178                           LI->getName()+".f"+Twine(FieldNo), LI);
1179   } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1180     // PN's type is pointer to struct.  Make a new PHI of pointer to struct
1181     // field.
1182     StructType *ST = cast<StructType>(PN->getType()->getPointerElementType());
1183
1184     PHINode *NewPN =
1185      PHINode::Create(PointerType::getUnqual(ST->getElementType(FieldNo)),
1186                      PN->getNumIncomingValues(),
1187                      PN->getName()+".f"+Twine(FieldNo), PN);
1188     Result = NewPN;
1189     PHIsToRewrite.push_back(std::make_pair(PN, FieldNo));
1190   } else {
1191     llvm_unreachable("Unknown usable value");
1192   }
1193
1194   return FieldVals[FieldNo] = Result;
1195 }
1196
1197 /// RewriteHeapSROALoadUser - Given a load instruction and a value derived from
1198 /// the load, rewrite the derived value to use the HeapSRoA'd load.
1199 static void RewriteHeapSROALoadUser(Instruction *LoadUser,
1200              DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1201                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1202   // If this is a comparison against null, handle it.
1203   if (ICmpInst *SCI = dyn_cast<ICmpInst>(LoadUser)) {
1204     assert(isa<ConstantPointerNull>(SCI->getOperand(1)));
1205     // If we have a setcc of the loaded pointer, we can use a setcc of any
1206     // field.
1207     Value *NPtr = GetHeapSROAValue(SCI->getOperand(0), 0,
1208                                    InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1209
1210     Value *New = new ICmpInst(SCI, SCI->getPredicate(), NPtr,
1211                               Constant::getNullValue(NPtr->getType()),
1212                               SCI->getName());
1213     SCI->replaceAllUsesWith(New);
1214     SCI->eraseFromParent();
1215     return;
1216   }
1217
1218   // Handle 'getelementptr Ptr, Idx, i32 FieldNo ...'
1219   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LoadUser)) {
1220     assert(GEPI->getNumOperands() >= 3 && isa<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))
1221            && "Unexpected GEPI!");
1222
1223     // Load the pointer for this field.
1224     unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))->getZExtValue();
1225     Value *NewPtr = GetHeapSROAValue(GEPI->getOperand(0), FieldNo,
1226                                      InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1227
1228     // Create the new GEP idx vector.
1229     SmallVector<Value*, 8> GEPIdx;
1230     GEPIdx.push_back(GEPI->getOperand(1));
1231     GEPIdx.append(GEPI->op_begin()+3, GEPI->op_end());
1232
1233     Value *NGEPI = GetElementPtrInst::Create(NewPtr, GEPIdx,
1234                                              GEPI->getName(), GEPI);
1235     GEPI->replaceAllUsesWith(NGEPI);
1236     GEPI->eraseFromParent();
1237     return;
1238   }
1239
1240   // Recursively transform the users of PHI nodes.  This will lazily create the
1241   // PHIs that are needed for individual elements.  Keep track of what PHIs we
1242   // see in InsertedScalarizedValues so that we don't get infinite loops (very
1243   // antisocial).  If the PHI is already in InsertedScalarizedValues, it has
1244   // already been seen first by another load, so its uses have already been
1245   // processed.
1246   PHINode *PN = cast<PHINode>(LoadUser);
1247   if (!InsertedScalarizedValues.insert(std::make_pair(PN,
1248                                               std::vector<Value*>())).second)
1249     return;
1250
1251   // If this is the first time we've seen this PHI, recursively process all
1252   // users.
1253   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end(); UI != E; ) {
1254     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1255     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1256   }
1257 }
1258
1259 /// RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA - We are performing Heap SRoA on a global.  Ptr
1260 /// is a value loaded from the global.  Eliminate all uses of Ptr, making them
1261 /// use FieldGlobals instead.  All uses of loaded values satisfy
1262 /// AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA.
1263 static void RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LoadInst *Load,
1264                DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1265                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1266   for (Value::use_iterator UI = Load->use_begin(), E = Load->use_end();
1267        UI != E; ) {
1268     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1269     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1270   }
1271
1272   if (Load->use_empty()) {
1273     Load->eraseFromParent();
1274     InsertedScalarizedValues.erase(Load);
1275   }
1276 }
1277
1278 /// PerformHeapAllocSRoA - CI is an allocation of an array of structures.  Break
1279 /// it up into multiple allocations of arrays of the fields.
1280 static GlobalVariable *PerformHeapAllocSRoA(GlobalVariable *GV, CallInst *CI,
1281                                             Value *NElems, DataLayout *TD,
1282                                             const TargetLibraryInfo *TLI) {
1283   DEBUG(dbgs() << "SROA HEAP ALLOC: " << *GV << "  MALLOC = " << *CI << '\n');
1284   Type *MAT = getMallocAllocatedType(CI, TLI);
1285   StructType *STy = cast<StructType>(MAT);
1286
1287   // There is guaranteed to be at least one use of the malloc (storing
1288   // it into GV).  If there are other uses, change them to be uses of
1289   // the global to simplify later code.  This also deletes the store
1290   // into GV.
1291   ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(CI, GV);
1292
1293   // Okay, at this point, there are no users of the malloc.  Insert N
1294   // new mallocs at the same place as CI, and N globals.
1295   std::vector<Value*> FieldGlobals;
1296   std::vector<Value*> FieldMallocs;
1297
1298   for (unsigned FieldNo = 0, e = STy->getNumElements(); FieldNo != e;++FieldNo){
1299     Type *FieldTy = STy->getElementType(FieldNo);
1300     PointerType *PFieldTy = PointerType::getUnqual(FieldTy);
1301
1302     GlobalVariable *NGV =
1303       new GlobalVariable(*GV->getParent(),
1304                          PFieldTy, false, GlobalValue::InternalLinkage,
1305                          Constant::getNullValue(PFieldTy),
1306                          GV->getName() + ".f" + Twine(FieldNo), GV,
1307                          GV->getThreadLocalMode());
1308     FieldGlobals.push_back(NGV);
1309
1310     unsigned TypeSize = TD->getTypeAllocSize(FieldTy);
1311     if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(FieldTy))
1312       TypeSize = TD->getStructLayout(ST)->getSizeInBytes();
1313     Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(CI->getType());
1314     Value *NMI = CallInst::CreateMalloc(CI, IntPtrTy, FieldTy,
1315                                         ConstantInt::get(IntPtrTy, TypeSize),
1316                                         NElems, 0,
1317                                         CI->getName() + ".f" + Twine(FieldNo));
1318     FieldMallocs.push_back(NMI);
1319     new StoreInst(NMI, NGV, CI);
1320   }
1321
1322   // The tricky aspect of this transformation is handling the case when malloc
1323   // fails.  In the original code, malloc failing would set the result pointer
1324   // of malloc to null.  In this case, some mallocs could succeed and others
1325   // could fail.  As such, we emit code that looks like this:
1326   //    F0 = malloc(field0)
1327   //    F1 = malloc(field1)
1328   //    F2 = malloc(field2)
1329   //    if (F0 == 0 || F1 == 0 || F2 == 0) {
1330   //      if (F0) { free(F0); F0 = 0; }
1331   //      if (F1) { free(F1); F1 = 0; }
1332   //      if (F2) { free(F2); F2 = 0; }
1333   //    }
1334   // The malloc can also fail if its argument is too large.
1335   Constant *ConstantZero = ConstantInt::get(CI->getArgOperand(0)->getType(), 0);
1336   Value *RunningOr = new ICmpInst(CI, ICmpInst::ICMP_SLT, CI->getArgOperand(0),
1337                                   ConstantZero, "isneg");
1338   for (unsigned i = 0, e = FieldMallocs.size(); i != e; ++i) {
1339     Value *Cond = new ICmpInst(CI, ICmpInst::ICMP_EQ, FieldMallocs[i],
1340                              Constant::getNullValue(FieldMallocs[i]->getType()),
1341                                "isnull");
1342     RunningOr = BinaryOperator::CreateOr(RunningOr, Cond, "tmp", CI);
1343   }
1344
1345   // Split the basic block at the old malloc.
1346   BasicBlock *OrigBB = CI->getParent();
1347   BasicBlock *ContBB = OrigBB->splitBasicBlock(CI, "malloc_cont");
1348
1349   // Create the block to check the first condition.  Put all these blocks at the
1350   // end of the function as they are unlikely to be executed.
1351   BasicBlock *NullPtrBlock = BasicBlock::Create(OrigBB->getContext(),
1352                                                 "malloc_ret_null",
1353                                                 OrigBB->getParent());
1354
1355   // Remove the uncond branch from OrigBB to ContBB, turning it into a cond
1356   // branch on RunningOr.
1357   OrigBB->getTerminator()->eraseFromParent();
1358   BranchInst::Create(NullPtrBlock, ContBB, RunningOr, OrigBB);
1359
1360   // Within the NullPtrBlock, we need to emit a comparison and branch for each
1361   // pointer, because some may be null while others are not.
1362   for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1363     Value *GVVal = new LoadInst(FieldGlobals[i], "tmp", NullPtrBlock);
1364     Value *Cmp = new ICmpInst(*NullPtrBlock, ICmpInst::ICMP_NE, GVVal,
1365                               Constant::getNullValue(GVVal->getType()));
1366     BasicBlock *FreeBlock = BasicBlock::Create(Cmp->getContext(), "free_it",
1367                                                OrigBB->getParent());
1368     BasicBlock *NextBlock = BasicBlock::Create(Cmp->getContext(), "next",
1369                                                OrigBB->getParent());
1370     Instruction *BI = BranchInst::Create(FreeBlock, NextBlock,
1371                                          Cmp, NullPtrBlock);
1372
1373     // Fill in FreeBlock.
1374     CallInst::CreateFree(GVVal, BI);
1375     new StoreInst(Constant::getNullValue(GVVal->getType()), FieldGlobals[i],
1376                   FreeBlock);
1377     BranchInst::Create(NextBlock, FreeBlock);
1378
1379     NullPtrBlock = NextBlock;
1380   }
1381
1382   BranchInst::Create(ContBB, NullPtrBlock);
1383
1384   // CI is no longer needed, remove it.
1385   CI->eraseFromParent();
1386
1387   /// InsertedScalarizedLoads - As we process loads, if we can't immediately
1388   /// update all uses of the load, keep track of what scalarized loads are
1389   /// inserted for a given load.
1390   DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > InsertedScalarizedValues;
1391   InsertedScalarizedValues[GV] = FieldGlobals;
1392
1393   std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > PHIsToRewrite;
1394
1395   // Okay, the malloc site is completely handled.  All of the uses of GV are now
1396   // loads, and all uses of those loads are simple.  Rewrite them to use loads
1397   // of the per-field globals instead.
1398   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); UI != E;) {
1399     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1400
1401     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1402       RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LI, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1403       continue;
1404     }
1405
1406     // Must be a store of null.
1407     StoreInst *SI = cast<StoreInst>(User);
1408     assert(isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(0)) &&
1409            "Unexpected heap-sra user!");
1410
1411     // Insert a store of null into each global.
1412     for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1413       PointerType *PT = cast<PointerType>(FieldGlobals[i]->getType());
1414       Constant *Null = Constant::getNullValue(PT->getElementType());
1415       new StoreInst(Null, FieldGlobals[i], SI);
1416     }
1417     // Erase the original store.
1418     SI->eraseFromParent();
1419   }
1420
1421   // While we have PHIs that are interesting to rewrite, do it.
1422   while (!PHIsToRewrite.empty()) {
1423     PHINode *PN = PHIsToRewrite.back().first;
1424     unsigned FieldNo = PHIsToRewrite.back().second;
1425     PHIsToRewrite.pop_back();
1426     PHINode *FieldPN = cast<PHINode>(InsertedScalarizedValues[PN][FieldNo]);
1427     assert(FieldPN->getNumIncomingValues() == 0 &&"Already processed this phi");
1428
1429     // Add all the incoming values.  This can materialize more phis.
1430     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1431       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1432       InVal = GetHeapSROAValue(InVal, FieldNo, InsertedScalarizedValues,
1433                                PHIsToRewrite);
1434       FieldPN->addIncoming(InVal, PN->getIncomingBlock(i));
1435     }
1436   }
1437
1438   // Drop all inter-phi links and any loads that made it this far.
1439   for (DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator
1440        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1441        I != E; ++I) {
1442     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1443       PN->dropAllReferences();
1444     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1445       LI->dropAllReferences();
1446   }
1447
1448   // Delete all the phis and loads now that inter-references are dead.
1449   for (DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator
1450        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1451        I != E; ++I) {
1452     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1453       PN->eraseFromParent();
1454     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1455       LI->eraseFromParent();
1456   }
1457
1458   // The old global is now dead, remove it.
1459   GV->eraseFromParent();
1460
1461   ++NumHeapSRA;
1462   return cast<GlobalVariable>(FieldGlobals[0]);
1463 }
1464
1465 /// TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal - This function is called when we see a
1466 /// pointer global variable with a single value stored it that is a malloc or
1467 /// cast of malloc.
1468 static bool TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GlobalVariable *GV,
1469                                                CallInst *CI,
1470                                                Type *AllocTy,
1471                                                AtomicOrdering Ordering,
1472                                                Module::global_iterator &GVI,
1473                                                DataLayout *TD,
1474                                                TargetLibraryInfo *TLI) {
1475   if (!TD)
1476     return false;
1477
1478   // If this is a malloc of an abstract type, don't touch it.
1479   if (!AllocTy->isSized())
1480     return false;
1481
1482   // We can't optimize this global unless all uses of it are *known* to be
1483   // of the malloc value, not of the null initializer value (consider a use
1484   // that compares the global's value against zero to see if the malloc has
1485   // been reached).  To do this, we check to see if all uses of the global
1486   // would trap if the global were null: this proves that they must all
1487   // happen after the malloc.
1488   if (!AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(GV))
1489     return false;
1490
1491   // We can't optimize this if the malloc itself is used in a complex way,
1492   // for example, being stored into multiple globals.  This allows the
1493   // malloc to be stored into the specified global, loaded icmp'd, and
1494   // GEP'd.  These are all things we could transform to using the global
1495   // for.
1496   SmallPtrSet<const PHINode*, 8> PHIs;
1497   if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(CI, GV, PHIs))
1498     return false;
1499
1500   // If we have a global that is only initialized with a fixed size malloc,
1501   // transform the program to use global memory instead of malloc'd memory.
1502   // This eliminates dynamic allocation, avoids an indirection accessing the
1503   // data, and exposes the resultant global to further GlobalOpt.
1504   // We cannot optimize the malloc if we cannot determine malloc array size.
1505   Value *NElems = getMallocArraySize(CI, TD, TLI, true);
1506   if (!NElems)
1507     return false;
1508
1509   if (ConstantInt *NElements = dyn_cast<ConstantInt>(NElems))
1510     // Restrict this transformation to only working on small allocations
1511     // (2048 bytes currently), as we don't want to introduce a 16M global or
1512     // something.
1513     if (NElements->getZExtValue() * TD->getTypeAllocSize(AllocTy) < 2048) {
1514       GVI = OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GV, CI, AllocTy, NElements, TD, TLI);
1515       return true;
1516     }
1517
1518   // If the allocation is an array of structures, consider transforming this
1519   // into multiple malloc'd arrays, one for each field.  This is basically
1520   // SRoA for malloc'd memory.
1521
1522   if (Ordering != NotAtomic)
1523     return false;
1524
1525   // If this is an allocation of a fixed size array of structs, analyze as a
1526   // variable size array.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1527   if (NElems == ConstantInt::get(CI->getArgOperand(0)->getType(), 1))
1528     if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(AllocTy))
1529       AllocTy = AT->getElementType();
1530
1531   StructType *AllocSTy = dyn_cast<StructType>(AllocTy);
1532   if (!AllocSTy)
1533     return false;
1534
1535   // This the structure has an unreasonable number of fields, leave it
1536   // alone.
1537   if (AllocSTy->getNumElements() <= 16 && AllocSTy->getNumElements() != 0 &&
1538       AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(GV, CI)) {
1539
1540     // If this is a fixed size array, transform the Malloc to be an alloc of
1541     // structs.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1542     if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(getMallocAllocatedType(CI, TLI))) {
1543       Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(CI->getType());
1544       unsigned TypeSize = TD->getStructLayout(AllocSTy)->getSizeInBytes();
1545       Value *AllocSize = ConstantInt::get(IntPtrTy, TypeSize);
1546       Value *NumElements = ConstantInt::get(IntPtrTy, AT->getNumElements());
1547       Instruction *Malloc = CallInst::CreateMalloc(CI, IntPtrTy, AllocSTy,
1548                                                    AllocSize, NumElements,
1549                                                    0, CI->getName());
1550       Instruction *Cast = new BitCastInst(Malloc, CI->getType(), "tmp", CI);
1551       CI->replaceAllUsesWith(Cast);
1552       CI->eraseFromParent();
1553       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Malloc))
1554         CI = cast<CallInst>(BCI->getOperand(0));
1555       else
1556         CI = cast<CallInst>(Malloc);
1557     }
1558
1559     GVI = PerformHeapAllocSRoA(GV, CI, getMallocArraySize(CI, TD, TLI, true),
1560                                TD, TLI);
1561     return true;
1562   }
1563
1564   return false;
1565 }
1566
1567 // OptimizeOnceStoredGlobal - Try to optimize globals based on the knowledge
1568 // that only one value (besides its initializer) is ever stored to the global.
1569 static bool OptimizeOnceStoredGlobal(GlobalVariable *GV, Value *StoredOnceVal,
1570                                      AtomicOrdering Ordering,
1571                                      Module::global_iterator &GVI,
1572                                      DataLayout *TD, TargetLibraryInfo *TLI) {
1573   // Ignore no-op GEPs and bitcasts.
1574   StoredOnceVal = StoredOnceVal->stripPointerCasts();
1575
1576   // If we are dealing with a pointer global that is initialized to null and
1577   // only has one (non-null) value stored into it, then we can optimize any
1578   // users of the loaded value (often calls and loads) that would trap if the
1579   // value was null.
1580   if (GV->getInitializer()->getType()->isPointerTy() &&
1581       GV->getInitializer()->isNullValue()) {
1582     if (Constant *SOVC = dyn_cast<Constant>(StoredOnceVal)) {
1583       if (GV->getInitializer()->getType() != SOVC->getType())
1584         SOVC = ConstantExpr::getBitCast(SOVC, GV->getInitializer()->getType());
1585
1586       // Optimize away any trapping uses of the loaded value.
1587       if (OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GV, SOVC, TD, TLI))
1588         return true;
1589     } else if (CallInst *CI = extractMallocCall(StoredOnceVal, TLI)) {
1590       Type *MallocType = getMallocAllocatedType(CI, TLI);
1591       if (MallocType &&
1592           TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GV, CI, MallocType, Ordering, GVI,
1593                                              TD, TLI))
1594         return true;
1595     }
1596   }
1597
1598   return false;
1599 }
1600
1601 /// TryToShrinkGlobalToBoolean - At this point, we have learned that the only
1602 /// two values ever stored into GV are its initializer and OtherVal.  See if we
1603 /// can shrink the global into a boolean and select between the two values
1604 /// whenever it is used.  This exposes the values to other scalar optimizations.
1605 static bool TryToShrinkGlobalToBoolean(GlobalVariable *GV, Constant *OtherVal) {
1606   Type *GVElType = GV->getType()->getElementType();
1607
1608   // If GVElType is already i1, it is already shrunk.  If the type of the GV is
1609   // an FP value, pointer or vector, don't do this optimization because a select
1610   // between them is very expensive and unlikely to lead to later
1611   // simplification.  In these cases, we typically end up with "cond ? v1 : v2"
1612   // where v1 and v2 both require constant pool loads, a big loss.
1613   if (GVElType == Type::getInt1Ty(GV->getContext()) ||
1614       GVElType->isFloatingPointTy() ||
1615       GVElType->isPointerTy() || GVElType->isVectorTy())
1616     return false;
1617
1618   // Walk the use list of the global seeing if all the uses are load or store.
1619   // If there is anything else, bail out.
1620   for (Value::use_iterator I = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); I != E; ++I){
1621     User *U = *I;
1622     if (!isa<LoadInst>(U) && !isa<StoreInst>(U))
1623       return false;
1624   }
1625
1626   DEBUG(dbgs() << "   *** SHRINKING TO BOOL: " << *GV);
1627
1628   // Create the new global, initializing it to false.
1629   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(Type::getInt1Ty(GV->getContext()),
1630                                              false,
1631                                              GlobalValue::InternalLinkage,
1632                                         ConstantInt::getFalse(GV->getContext()),
1633                                              GV->getName()+".b",
1634                                              GV->getThreadLocalMode(),
1635                                              GV->getType()->getAddressSpace());
1636   GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV, NewGV);
1637
1638   Constant *InitVal = GV->getInitializer();
1639   assert(InitVal->getType() != Type::getInt1Ty(GV->getContext()) &&
1640          "No reason to shrink to bool!");
1641
1642   // If initialized to zero and storing one into the global, we can use a cast
1643   // instead of a select to synthesize the desired value.
1644   bool IsOneZero = false;
1645   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal))
1646     IsOneZero = InitVal->isNullValue() && CI->isOne();
1647
1648   while (!GV->use_empty()) {
1649     Instruction *UI = cast<Instruction>(GV->use_back());
1650     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
1651       // Change the store into a boolean store.
1652       bool StoringOther = SI->getOperand(0) == OtherVal;
1653       // Only do this if we weren't storing a loaded value.
1654       Value *StoreVal;
1655       if (StoringOther || SI->getOperand(0) == InitVal) {
1656         StoreVal = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(GV->getContext()),
1657                                     StoringOther);
1658       } else {
1659         // Otherwise, we are storing a previously loaded copy.  To do this,
1660         // change the copy from copying the original value to just copying the
1661         // bool.
1662         Instruction *StoredVal = cast<Instruction>(SI->getOperand(0));
1663
1664         // If we've already replaced the input, StoredVal will be a cast or
1665         // select instruction.  If not, it will be a load of the original
1666         // global.
1667         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(StoredVal)) {
1668           assert(LI->getOperand(0) == GV && "Not a copy!");
1669           // Insert a new load, to preserve the saved value.
1670           StoreVal = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", false, 0,
1671                                   LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(), LI);
1672         } else {
1673           assert((isa<CastInst>(StoredVal) || isa<SelectInst>(StoredVal)) &&
1674                  "This is not a form that we understand!");
1675           StoreVal = StoredVal->getOperand(0);
1676           assert(isa<LoadInst>(StoreVal) && "Not a load of NewGV!");
1677         }
1678       }
1679       new StoreInst(StoreVal, NewGV, false, 0,
1680                     SI->getOrdering(), SI->getSynchScope(), SI);
1681     } else {
1682       // Change the load into a load of bool then a select.
1683       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(UI);
1684       LoadInst *NLI = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", false, 0,
1685                                    LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(), LI);
1686       Value *NSI;
1687       if (IsOneZero)
1688         NSI = new ZExtInst(NLI, LI->getType(), "", LI);
1689       else
1690         NSI = SelectInst::Create(NLI, OtherVal, InitVal, "", LI);
1691       NSI->takeName(LI);
1692       LI->replaceAllUsesWith(NSI);
1693     }
1694     UI->eraseFromParent();
1695   }
1696
1697   // Retain the name of the old global variable. People who are debugging their
1698   // programs may expect these variables to be named the same.
1699   NewGV->takeName(GV);
1700   GV->eraseFromParent();
1701   return true;
1702 }
1703
1704
1705 /// ProcessGlobal - Analyze the specified global variable and optimize it if
1706 /// possible.  If we make a change, return true.
1707 bool GlobalOpt::ProcessGlobal(GlobalVariable *GV,
1708                               Module::global_iterator &GVI) {
1709   if (!GV->isDiscardableIfUnused())
1710     return false;
1711
1712   // Do more involved optimizations if the global is internal.
1713   GV->removeDeadConstantUsers();
1714
1715   if (GV->use_empty()) {
1716     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL DEAD: " << *GV);
1717     GV->eraseFromParent();
1718     ++NumDeleted;
1719     return true;
1720   }
1721
1722   if (!GV->hasLocalLinkage())
1723     return false;
1724
1725   GlobalStatus GS;
1726
1727   if (GlobalStatus::analyzeGlobal(GV, GS))
1728     return false;
1729
1730   if (!GS.IsCompared && !GV->hasUnnamedAddr()) {
1731     GV->setUnnamedAddr(true);
1732     NumUnnamed++;
1733   }
1734
1735   if (GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
1736     return false;
1737
1738   return ProcessInternalGlobal(GV, GVI, GS);
1739 }
1740
1741 /// ProcessInternalGlobal - Analyze the specified global variable and optimize
1742 /// it if possible.  If we make a change, return true.
1743 bool GlobalOpt::ProcessInternalGlobal(GlobalVariable *GV,
1744                                       Module::global_iterator &GVI,
1745                                       const GlobalStatus &GS) {
1746   // If this is a first class global and has only one accessing function
1747   // and this function is main (which we know is not recursive), we replace
1748   // the global with a local alloca in this function.
1749   //
1750   // NOTE: It doesn't make sense to promote non-single-value types since we
1751   // are just replacing static memory to stack memory.
1752   //
1753   // If the global is in different address space, don't bring it to stack.
1754   if (!GS.HasMultipleAccessingFunctions &&
1755       GS.AccessingFunction && !GS.HasNonInstructionUser &&
1756       GV->getType()->getElementType()->isSingleValueType() &&
1757       GS.AccessingFunction->getName() == "main" &&
1758       GS.AccessingFunction->hasExternalLinkage() &&
1759       GV->getType()->getAddressSpace() == 0) {
1760     DEBUG(dbgs() << "LOCALIZING GLOBAL: " << *GV);
1761     Instruction &FirstI = const_cast<Instruction&>(*GS.AccessingFunction
1762                                                    ->getEntryBlock().begin());
1763     Type *ElemTy = GV->getType()->getElementType();
1764     // FIXME: Pass Global's alignment when globals have alignment
1765     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(ElemTy, NULL, GV->getName(), &FirstI);
1766     if (!isa<UndefValue>(GV->getInitializer()))
1767       new StoreInst(GV->getInitializer(), Alloca, &FirstI);
1768
1769     GV->replaceAllUsesWith(Alloca);
1770     GV->eraseFromParent();
1771     ++NumLocalized;
1772     return true;
1773   }
1774
1775   // If the global is never loaded (but may be stored to), it is dead.
1776   // Delete it now.
1777   if (!GS.IsLoaded) {
1778     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL NEVER LOADED: " << *GV);
1779
1780     bool Changed;
1781     if (isLeakCheckerRoot(GV)) {
1782       // Delete any constant stores to the global.
1783       Changed = CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
1784     } else {
1785       // Delete any stores we can find to the global.  We may not be able to
1786       // make it completely dead though.
1787       Changed = CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), TD, TLI);
1788     }
1789
1790     // If the global is dead now, delete it.
1791     if (GV->use_empty()) {
1792       GV->eraseFromParent();
1793       ++NumDeleted;
1794       Changed = true;
1795     }
1796     return Changed;
1797
1798   } else if (GS.StoredType <= GlobalStatus::InitializerStored) {
1799     DEBUG(dbgs() << "MARKING CONSTANT: " << *GV << "\n");
1800     GV->setConstant(true);
1801
1802     // Clean up any obviously simplifiable users now.
1803     CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), TD, TLI);
1804
1805     // If the global is dead now, just nuke it.
1806     if (GV->use_empty()) {
1807       DEBUG(dbgs() << "   *** Marking constant allowed us to simplify "
1808             << "all users and delete global!\n");
1809       GV->eraseFromParent();
1810       ++NumDeleted;
1811     }
1812
1813     ++NumMarked;
1814     return true;
1815   } else if (!GV->getInitializer()->getType()->isSingleValueType()) {
1816     if (DataLayout *TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>())
1817       if (GlobalVariable *FirstNewGV = SRAGlobal(GV, *TD)) {
1818         GVI = FirstNewGV;  // Don't skip the newly produced globals!
1819         return true;
1820       }
1821   } else if (GS.StoredType == GlobalStatus::StoredOnce) {
1822     // If the initial value for the global was an undef value, and if only
1823     // one other value was stored into it, we can just change the
1824     // initializer to be the stored value, then delete all stores to the
1825     // global.  This allows us to mark it constant.
1826     if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue))
1827       if (isa<UndefValue>(GV->getInitializer())) {
1828         // Change the initial value here.
1829         GV->setInitializer(SOVConstant);
1830
1831         // Clean up any obviously simplifiable users now.
1832         CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), TD, TLI);
1833
1834         if (GV->use_empty()) {
1835           DEBUG(dbgs() << "   *** Substituting initializer allowed us to "
1836                        << "simplify all users and delete global!\n");
1837           GV->eraseFromParent();
1838           ++NumDeleted;
1839         } else {
1840           GVI = GV;
1841         }
1842         ++NumSubstitute;
1843         return true;
1844       }
1845
1846     // Try to optimize globals based on the knowledge that only one value
1847     // (besides its initializer) is ever stored to the global.
1848     if (OptimizeOnceStoredGlobal(GV, GS.StoredOnceValue, GS.Ordering, GVI,
1849                                  TD, TLI))
1850       return true;
1851
1852     // Otherwise, if the global was not a boolean, we can shrink it to be a
1853     // boolean.
1854     if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue)) {
1855       if (GS.Ordering == NotAtomic) {
1856         if (TryToShrinkGlobalToBoolean(GV, SOVConstant)) {
1857           ++NumShrunkToBool;
1858           return true;
1859         }
1860       }
1861     }
1862   }
1863
1864   return false;
1865 }
1866
1867 /// ChangeCalleesToFastCall - Walk all of the direct calls of the specified
1868 /// function, changing them to FastCC.
1869 static void ChangeCalleesToFastCall(Function *F) {
1870   for (Value::use_iterator UI = F->use_begin(), E = F->use_end(); UI != E;++UI){
1871     if (isa<BlockAddress>(*UI))
1872       continue;
1873     CallSite User(cast<Instruction>(*UI));
1874     User.setCallingConv(CallingConv::Fast);
1875   }
1876 }
1877
1878 static AttributeSet StripNest(LLVMContext &C, const AttributeSet &Attrs) {
1879   for (unsigned i = 0, e = Attrs.getNumSlots(); i != e; ++i) {
1880     unsigned Index = Attrs.getSlotIndex(i);
1881     if (!Attrs.getSlotAttributes(i).hasAttribute(Index, Attribute::Nest))
1882       continue;
1883
1884     // There can be only one.
1885     return Attrs.removeAttribute(C, Index, Attribute::Nest);
1886   }
1887
1888   return Attrs;
1889 }
1890
1891 static void RemoveNestAttribute(Function *F) {
1892   F->setAttributes(StripNest(F->getContext(), F->getAttributes()));
1893   for (Value::use_iterator UI = F->use_begin(), E = F->use_end(); UI != E;++UI){
1894     if (isa<BlockAddress>(*UI))
1895       continue;
1896     CallSite User(cast<Instruction>(*UI));
1897     User.setAttributes(StripNest(F->getContext(), User.getAttributes()));
1898   }
1899 }
1900
1901 bool GlobalOpt::OptimizeFunctions(Module &M) {
1902   bool Changed = false;
1903   // Optimize functions.
1904   for (Module::iterator FI = M.begin(), E = M.end(); FI != E; ) {
1905     Function *F = FI++;
1906     // Functions without names cannot be referenced outside this module.
1907     if (!F->hasName() && !F->isDeclaration())
1908       F->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
1909     F->removeDeadConstantUsers();
1910     if (F->isDefTriviallyDead()) {
1911       F->eraseFromParent();
1912       Changed = true;
1913       ++NumFnDeleted;
1914     } else if (F->hasLocalLinkage()) {
1915       if (F->getCallingConv() == CallingConv::C && !F->isVarArg() &&
1916           !F->hasAddressTaken()) {
1917         // If this function has C calling conventions, is not a varargs
1918         // function, and is only called directly, promote it to use the Fast
1919         // calling convention.
1920         F->setCallingConv(CallingConv::Fast);
1921         ChangeCalleesToFastCall(F);
1922         ++NumFastCallFns;
1923         Changed = true;
1924       }
1925
1926       if (F->getAttributes().hasAttrSomewhere(Attribute::Nest) &&
1927           !F->hasAddressTaken()) {
1928         // The function is not used by a trampoline intrinsic, so it is safe
1929         // to remove the 'nest' attribute.
1930         RemoveNestAttribute(F);
1931         ++NumNestRemoved;
1932         Changed = true;
1933       }
1934     }
1935   }
1936   return Changed;
1937 }
1938
1939 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalVars(Module &M) {
1940   bool Changed = false;
1941   for (Module::global_iterator GVI = M.global_begin(), E = M.global_end();
1942        GVI != E; ) {
1943     GlobalVariable *GV = GVI++;
1944     // Global variables without names cannot be referenced outside this module.
1945     if (!GV->hasName() && !GV->isDeclaration())
1946       GV->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
1947     // Simplify the initializer.
1948     if (GV->hasInitializer())
1949       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GV->getInitializer())) {
1950         Constant *New = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
1951         if (New && New != CE)
1952           GV->setInitializer(New);
1953       }
1954
1955     Changed |= ProcessGlobal(GV, GVI);
1956   }
1957   return Changed;
1958 }
1959
1960 /// FindGlobalCtors - Find the llvm.global_ctors list, verifying that all
1961 /// initializers have an init priority of 65535.
1962 GlobalVariable *GlobalOpt::FindGlobalCtors(Module &M) {
1963   GlobalVariable *GV = M.getGlobalVariable("llvm.global_ctors");
1964   if (GV == 0) return 0;
1965
1966   // Verify that the initializer is simple enough for us to handle. We are
1967   // only allowed to optimize the initializer if it is unique.
1968   if (!GV->hasUniqueInitializer()) return 0;
1969
1970   if (isa<ConstantAggregateZero>(GV->getInitializer()))
1971     return GV;
1972   ConstantArray *CA = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
1973
1974   for (User::op_iterator i = CA->op_begin(), e = CA->op_end(); i != e; ++i) {
1975     if (isa<ConstantAggregateZero>(*i))
1976       continue;
1977     ConstantStruct *CS = cast<ConstantStruct>(*i);
1978     if (isa<ConstantPointerNull>(CS->getOperand(1)))
1979       continue;
1980
1981     // Must have a function or null ptr.
1982     if (!isa<Function>(CS->getOperand(1)))
1983       return 0;
1984
1985     // Init priority must be standard.
1986     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(CS->getOperand(0));
1987     if (CI->getZExtValue() != 65535)
1988       return 0;
1989   }
1990
1991   return GV;
1992 }
1993
1994 /// ParseGlobalCtors - Given a llvm.global_ctors list that we can understand,
1995 /// return a list of the functions and null terminator as a vector.
1996 static std::vector<Function*> ParseGlobalCtors(GlobalVariable *GV) {
1997   if (GV->getInitializer()->isNullValue())
1998     return std::vector<Function*>();
1999   ConstantArray *CA = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
2000   std::vector<Function*> Result;
2001   Result.reserve(CA->getNumOperands());
2002   for (User::op_iterator i = CA->op_begin(), e = CA->op_end(); i != e; ++i) {
2003     ConstantStruct *CS = cast<ConstantStruct>(*i);
2004     Result.push_back(dyn_cast<Function>(CS->getOperand(1)));
2005   }
2006   return Result;
2007 }
2008
2009 /// InstallGlobalCtors - Given a specified llvm.global_ctors list, install the
2010 /// specified array, returning the new global to use.
2011 static GlobalVariable *InstallGlobalCtors(GlobalVariable *GCL,
2012                                           const std::vector<Function*> &Ctors) {
2013   // If we made a change, reassemble the initializer list.
2014   Constant *CSVals[2];
2015   CSVals[0] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(GCL->getContext()), 65535);
2016   CSVals[1] = 0;
2017
2018   StructType *StructTy =
2019     cast<StructType>(GCL->getType()->getElementType()->getArrayElementType());
2020
2021   // Create the new init list.
2022   std::vector<Constant*> CAList;
2023   for (unsigned i = 0, e = Ctors.size(); i != e; ++i) {
2024     if (Ctors[i]) {
2025       CSVals[1] = Ctors[i];
2026     } else {
2027       Type *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(GCL->getContext()),
2028                                           false);
2029       PointerType *PFTy = PointerType::getUnqual(FTy);
2030       CSVals[1] = Constant::getNullValue(PFTy);
2031       CSVals[0] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(GCL->getContext()),
2032                                    0x7fffffff);
2033     }
2034     CAList.push_back(ConstantStruct::get(StructTy, CSVals));
2035   }
2036
2037   // Create the array initializer.
2038   Constant *CA = ConstantArray::get(ArrayType::get(StructTy,
2039                                                    CAList.size()), CAList);
2040
2041   // If we didn't change the number of elements, don't create a new GV.
2042   if (CA->getType() == GCL->getInitializer()->getType()) {
2043     GCL->setInitializer(CA);
2044     return GCL;
2045   }
2046
2047   // Create the new global and insert it next to the existing list.
2048   GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(CA->getType(), GCL->isConstant(),
2049                                            GCL->getLinkage(), CA, "",
2050                                            GCL->getThreadLocalMode());
2051   GCL->getParent()->getGlobalList().insert(GCL, NGV);
2052   NGV->takeName(GCL);
2053
2054   // Nuke the old list, replacing any uses with the new one.
2055   if (!GCL->use_empty()) {
2056     Constant *V = NGV;
2057     if (V->getType() != GCL->getType())
2058       V = ConstantExpr::getBitCast(V, GCL->getType());
2059     GCL->replaceAllUsesWith(V);
2060   }
2061   GCL->eraseFromParent();
2062
2063   if (Ctors.size())
2064     return NGV;
2065   else
2066     return 0;
2067 }
2068
2069
2070 static inline bool
2071 isSimpleEnoughValueToCommit(Constant *C,
2072                             SmallPtrSet<Constant*, 8> &SimpleConstants,
2073                             const DataLayout *TD);
2074
2075
2076 /// isSimpleEnoughValueToCommit - Return true if the specified constant can be
2077 /// handled by the code generator.  We don't want to generate something like:
2078 ///   void *X = &X/42;
2079 /// because the code generator doesn't have a relocation that can handle that.
2080 ///
2081 /// This function should be called if C was not found (but just got inserted)
2082 /// in SimpleConstants to avoid having to rescan the same constants all the
2083 /// time.
2084 static bool isSimpleEnoughValueToCommitHelper(Constant *C,
2085                                    SmallPtrSet<Constant*, 8> &SimpleConstants,
2086                                    const DataLayout *TD) {
2087   // Simple integer, undef, constant aggregate zero, global addresses, etc are
2088   // all supported.
2089   if (C->getNumOperands() == 0 || isa<BlockAddress>(C) ||
2090       isa<GlobalValue>(C))
2091     return true;
2092
2093   // Aggregate values are safe if all their elements are.
2094   if (isa<ConstantArray>(C) || isa<ConstantStruct>(C) ||
2095       isa<ConstantVector>(C)) {
2096     for (unsigned i = 0, e = C->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2097       Constant *Op = cast<Constant>(C->getOperand(i));
2098       if (!isSimpleEnoughValueToCommit(Op, SimpleConstants, TD))
2099         return false;
2100     }
2101     return true;
2102   }
2103
2104   // We don't know exactly what relocations are allowed in constant expressions,
2105   // so we allow &global+constantoffset, which is safe and uniformly supported
2106   // across targets.
2107   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(C);
2108   switch (CE->getOpcode()) {
2109   case Instruction::BitCast:
2110     // Bitcast is fine if the casted value is fine.
2111     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2112
2113   case Instruction::IntToPtr:
2114   case Instruction::PtrToInt:
2115     // int <=> ptr is fine if the int type is the same size as the
2116     // pointer type.
2117     if (!TD || TD->getTypeSizeInBits(CE->getType()) !=
2118                TD->getTypeSizeInBits(CE->getOperand(0)->getType()))
2119       return false;
2120     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2121
2122   // GEP is fine if it is simple + constant offset.
2123   case Instruction::GetElementPtr:
2124     for (unsigned i = 1, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
2125       if (!isa<ConstantInt>(CE->getOperand(i)))
2126         return false;
2127     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2128
2129   case Instruction::Add:
2130     // We allow simple+cst.
2131     if (!isa<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
2132       return false;
2133     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2134   }
2135   return false;
2136 }
2137
2138 static inline bool
2139 isSimpleEnoughValueToCommit(Constant *C,
2140                             SmallPtrSet<Constant*, 8> &SimpleConstants,
2141                             const DataLayout *TD) {
2142   // If we already checked this constant, we win.
2143   if (!SimpleConstants.insert(C)) return true;
2144   // Check the constant.
2145   return isSimpleEnoughValueToCommitHelper(C, SimpleConstants, TD);
2146 }
2147
2148
2149 /// isSimpleEnoughPointerToCommit - Return true if this constant is simple
2150 /// enough for us to understand.  In particular, if it is a cast to anything
2151 /// other than from one pointer type to another pointer type, we punt.
2152 /// We basically just support direct accesses to globals and GEP's of
2153 /// globals.  This should be kept up to date with CommitValueTo.
2154 static bool isSimpleEnoughPointerToCommit(Constant *C) {
2155   // Conservatively, avoid aggregate types. This is because we don't
2156   // want to worry about them partially overlapping other stores.
2157   if (!cast<PointerType>(C->getType())->getElementType()->isSingleValueType())
2158     return false;
2159
2160   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(C))
2161     // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2162     // external globals.
2163     return GV->hasUniqueInitializer();
2164
2165   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C)) {
2166     // Handle a constantexpr gep.
2167     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
2168         isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0)) &&
2169         cast<GEPOperator>(CE)->isInBounds()) {
2170       GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2171       // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2172       // external globals.
2173       if (!GV->hasUniqueInitializer())
2174         return false;
2175
2176       // The first index must be zero.
2177       ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*llvm::next(CE->op_begin()));
2178       if (!CI || !CI->isZero()) return false;
2179
2180       // The remaining indices must be compile-time known integers within the
2181       // notional bounds of the corresponding static array types.
2182       if (!CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing())
2183         return false;
2184
2185       return ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE);
2186
2187     // A constantexpr bitcast from a pointer to another pointer is a no-op,
2188     // and we know how to evaluate it by moving the bitcast from the pointer
2189     // operand to the value operand.
2190     } else if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast &&
2191                isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))) {
2192       // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2193       // external globals.
2194       return cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))->hasUniqueInitializer();
2195     }
2196   }
2197
2198   return false;
2199 }
2200
2201 /// EvaluateStoreInto - Evaluate a piece of a constantexpr store into a global
2202 /// initializer.  This returns 'Init' modified to reflect 'Val' stored into it.
2203 /// At this point, the GEP operands of Addr [0, OpNo) have been stepped into.
2204 static Constant *EvaluateStoreInto(Constant *Init, Constant *Val,
2205                                    ConstantExpr *Addr, unsigned OpNo) {
2206   // Base case of the recursion.
2207   if (OpNo == Addr->getNumOperands()) {
2208     assert(Val->getType() == Init->getType() && "Type mismatch!");
2209     return Val;
2210   }
2211
2212   SmallVector<Constant*, 32> Elts;
2213   if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
2214     // Break up the constant into its elements.
2215     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
2216       Elts.push_back(Init->getAggregateElement(i));
2217
2218     // Replace the element that we are supposed to.
2219     ConstantInt *CU = cast<ConstantInt>(Addr->getOperand(OpNo));
2220     unsigned Idx = CU->getZExtValue();
2221     assert(Idx < STy->getNumElements() && "Struct index out of range!");
2222     Elts[Idx] = EvaluateStoreInto(Elts[Idx], Val, Addr, OpNo+1);
2223
2224     // Return the modified struct.
2225     return ConstantStruct::get(STy, Elts);
2226   }
2227
2228   ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(Addr->getOperand(OpNo));
2229   SequentialType *InitTy = cast<SequentialType>(Init->getType());
2230
2231   uint64_t NumElts;
2232   if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(InitTy))
2233     NumElts = ATy->getNumElements();
2234   else
2235     NumElts = InitTy->getVectorNumElements();
2236
2237   // Break up the array into elements.
2238   for (uint64_t i = 0, e = NumElts; i != e; ++i)
2239     Elts.push_back(Init->getAggregateElement(i));
2240
2241   assert(CI->getZExtValue() < NumElts);
2242   Elts[CI->getZExtValue()] =
2243     EvaluateStoreInto(Elts[CI->getZExtValue()], Val, Addr, OpNo+1);
2244
2245   if (Init->getType()->isArrayTy())
2246     return ConstantArray::get(cast<ArrayType>(InitTy), Elts);
2247   return ConstantVector::get(Elts);
2248 }
2249
2250 /// CommitValueTo - We have decided that Addr (which satisfies the predicate
2251 /// isSimpleEnoughPointerToCommit) should get Val as its value.  Make it happen.
2252 static void CommitValueTo(Constant *Val, Constant *Addr) {
2253   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Addr)) {
2254     assert(GV->hasInitializer());
2255     GV->setInitializer(Val);
2256     return;
2257   }
2258
2259   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(Addr);
2260   GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2261   GV->setInitializer(EvaluateStoreInto(GV->getInitializer(), Val, CE, 2));
2262 }
2263
2264 namespace {
2265
2266 /// Evaluator - This class evaluates LLVM IR, producing the Constant
2267 /// representing each SSA instruction.  Changes to global variables are stored
2268 /// in a mapping that can be iterated over after the evaluation is complete.
2269 /// Once an evaluation call fails, the evaluation object should not be reused.
2270 class Evaluator {
2271 public:
2272   Evaluator(const DataLayout *TD, const TargetLibraryInfo *TLI)
2273     : TD(TD), TLI(TLI) {
2274     ValueStack.push_back(new DenseMap<Value*, Constant*>);
2275   }
2276
2277   ~Evaluator() {
2278     DeleteContainerPointers(ValueStack);
2279     while (!AllocaTmps.empty()) {
2280       GlobalVariable *Tmp = AllocaTmps.back();
2281       AllocaTmps.pop_back();
2282
2283       // If there are still users of the alloca, the program is doing something
2284       // silly, e.g. storing the address of the alloca somewhere and using it
2285       // later.  Since this is undefined, we'll just make it be null.
2286       if (!Tmp->use_empty())
2287         Tmp->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(Tmp->getType()));
2288       delete Tmp;
2289     }
2290   }
2291
2292   /// EvaluateFunction - Evaluate a call to function F, returning true if
2293   /// successful, false if we can't evaluate it.  ActualArgs contains the formal
2294   /// arguments for the function.
2295   bool EvaluateFunction(Function *F, Constant *&RetVal,
2296                         const SmallVectorImpl<Constant*> &ActualArgs);
2297
2298   /// EvaluateBlock - Evaluate all instructions in block BB, returning true if
2299   /// successful, false if we can't evaluate it.  NewBB returns the next BB that
2300   /// control flows into, or null upon return.
2301   bool EvaluateBlock(BasicBlock::iterator CurInst, BasicBlock *&NextBB);
2302
2303   Constant *getVal(Value *V) {
2304     if (Constant *CV = dyn_cast<Constant>(V)) return CV;
2305     Constant *R = ValueStack.back()->lookup(V);
2306     assert(R && "Reference to an uncomputed value!");
2307     return R;
2308   }
2309
2310   void setVal(Value *V, Constant *C) {
2311     ValueStack.back()->operator[](V) = C;
2312   }
2313
2314   const DenseMap<Constant*, Constant*> &getMutatedMemory() const {
2315     return MutatedMemory;
2316   }
2317
2318   const SmallPtrSet<GlobalVariable*, 8> &getInvariants() const {
2319     return Invariants;
2320   }
2321
2322 private:
2323   Constant *ComputeLoadResult(Constant *P);
2324
2325   /// ValueStack - As we compute SSA register values, we store their contents
2326   /// here. The back of the vector contains the current function and the stack
2327   /// contains the values in the calling frames.
2328   SmallVector<DenseMap<Value*, Constant*>*, 4> ValueStack;
2329
2330   /// CallStack - This is used to detect recursion.  In pathological situations
2331   /// we could hit exponential behavior, but at least there is nothing
2332   /// unbounded.
2333   SmallVector<Function*, 4> CallStack;
2334
2335   /// MutatedMemory - For each store we execute, we update this map.  Loads
2336   /// check this to get the most up-to-date value.  If evaluation is successful,
2337   /// this state is committed to the process.
2338   DenseMap<Constant*, Constant*> MutatedMemory;
2339
2340   /// AllocaTmps - To 'execute' an alloca, we create a temporary global variable
2341   /// to represent its body.  This vector is needed so we can delete the
2342   /// temporary globals when we are done.
2343   SmallVector<GlobalVariable*, 32> AllocaTmps;
2344
2345   /// Invariants - These global variables have been marked invariant by the
2346   /// static constructor.
2347   SmallPtrSet<GlobalVariable*, 8> Invariants;
2348
2349   /// SimpleConstants - These are constants we have checked and know to be
2350   /// simple enough to live in a static initializer of a global.
2351   SmallPtrSet<Constant*, 8> SimpleConstants;
2352
2353   const DataLayout *TD;
2354   const TargetLibraryInfo *TLI;
2355 };
2356
2357 }  // anonymous namespace
2358
2359 /// ComputeLoadResult - Return the value that would be computed by a load from
2360 /// P after the stores reflected by 'memory' have been performed.  If we can't
2361 /// decide, return null.
2362 Constant *Evaluator::ComputeLoadResult(Constant *P) {
2363   // If this memory location has been recently stored, use the stored value: it
2364   // is the most up-to-date.
2365   DenseMap<Constant*, Constant*>::const_iterator I = MutatedMemory.find(P);
2366   if (I != MutatedMemory.end()) return I->second;
2367
2368   // Access it.
2369   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(P)) {
2370     if (GV->hasDefinitiveInitializer())
2371       return GV->getInitializer();
2372     return 0;
2373   }
2374
2375   // Handle a constantexpr getelementptr.
2376   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(P))
2377     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
2378         isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))) {
2379       GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2380       if (GV->hasDefinitiveInitializer())
2381         return ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE);
2382     }
2383
2384   return 0;  // don't know how to evaluate.
2385 }
2386
2387 /// EvaluateBlock - Evaluate all instructions in block BB, returning true if
2388 /// successful, false if we can't evaluate it.  NewBB returns the next BB that
2389 /// control flows into, or null upon return.
2390 bool Evaluator::EvaluateBlock(BasicBlock::iterator CurInst,
2391                               BasicBlock *&NextBB) {
2392   // This is the main evaluation loop.
2393   while (1) {
2394     Constant *InstResult = 0;
2395
2396     DEBUG(dbgs() << "Evaluating Instruction: " << *CurInst << "\n");
2397
2398     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurInst)) {
2399       if (!SI->isSimple()) {
2400         DEBUG(dbgs() << "Store is not simple! Can not evaluate.\n");
2401         return false;  // no volatile/atomic accesses.
2402       }
2403       Constant *Ptr = getVal(SI->getOperand(1));
2404       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr)) {
2405         DEBUG(dbgs() << "Folding constant ptr expression: " << *Ptr);
2406         Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2407         DEBUG(dbgs() << "; To: " << *Ptr << "\n");
2408       }
2409       if (!isSimpleEnoughPointerToCommit(Ptr)) {
2410         // If this is too complex for us to commit, reject it.
2411         DEBUG(dbgs() << "Pointer is too complex for us to evaluate store.");
2412         return false;
2413       }
2414
2415       Constant *Val = getVal(SI->getOperand(0));
2416
2417       // If this might be too difficult for the backend to handle (e.g. the addr
2418       // of one global variable divided by another) then we can't commit it.
2419       if (!isSimpleEnoughValueToCommit(Val, SimpleConstants, TD)) {
2420         DEBUG(dbgs() << "Store value is too complex to evaluate store. " << *Val
2421               << "\n");
2422         return false;
2423       }
2424
2425       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr)) {
2426         if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast) {
2427           DEBUG(dbgs() << "Attempting to resolve bitcast on constant ptr.\n");
2428           // If we're evaluating a store through a bitcast, then we need
2429           // to pull the bitcast off the pointer type and push it onto the
2430           // stored value.
2431           Ptr = CE->getOperand(0);
2432
2433           Type *NewTy = cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType();
2434
2435           // In order to push the bitcast onto the stored value, a bitcast
2436           // from NewTy to Val's type must be legal.  If it's not, we can try
2437           // introspecting NewTy to find a legal conversion.
2438           while (!Val->getType()->canLosslesslyBitCastTo(NewTy)) {
2439             // If NewTy is a struct, we can convert the pointer to the struct
2440             // into a pointer to its first member.
2441             // FIXME: This could be extended to support arrays as well.
2442             if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(NewTy)) {
2443               NewTy = STy->getTypeAtIndex(0U);
2444
2445               IntegerType *IdxTy = IntegerType::get(NewTy->getContext(), 32);
2446               Constant *IdxZero = ConstantInt::get(IdxTy, 0, false);
2447               Constant * const IdxList[] = {IdxZero, IdxZero};
2448
2449               Ptr = ConstantExpr::getGetElementPtr(Ptr, IdxList);
2450               if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2451                 Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2452
2453             // If we can't improve the situation by introspecting NewTy,
2454             // we have to give up.
2455             } else {
2456               DEBUG(dbgs() << "Failed to bitcast constant ptr, can not "
2457                     "evaluate.\n");
2458               return false;
2459             }
2460           }
2461
2462           // If we found compatible types, go ahead and push the bitcast
2463           // onto the stored value.
2464           Val = ConstantExpr::getBitCast(Val, NewTy);
2465
2466           DEBUG(dbgs() << "Evaluated bitcast: " << *Val << "\n");
2467         }
2468       }
2469
2470       MutatedMemory[Ptr] = Val;
2471     } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CurInst)) {
2472       InstResult = ConstantExpr::get(BO->getOpcode(),
2473                                      getVal(BO->getOperand(0)),
2474                                      getVal(BO->getOperand(1)));
2475       DEBUG(dbgs() << "Found a BinaryOperator! Simplifying: " << *InstResult
2476             << "\n");
2477     } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(CurInst)) {
2478       InstResult = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(),
2479                                             getVal(CI->getOperand(0)),
2480                                             getVal(CI->getOperand(1)));
2481       DEBUG(dbgs() << "Found a CmpInst! Simplifying: " << *InstResult
2482             << "\n");
2483     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurInst)) {
2484       InstResult = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
2485                                          getVal(CI->getOperand(0)),
2486                                          CI->getType());
2487       DEBUG(dbgs() << "Found a Cast! Simplifying: " << *InstResult
2488             << "\n");
2489     } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CurInst)) {
2490       InstResult = ConstantExpr::getSelect(getVal(SI->getOperand(0)),
2491                                            getVal(SI->getOperand(1)),
2492                                            getVal(SI->getOperand(2)));
2493       DEBUG(dbgs() << "Found a Select! Simplifying: " << *InstResult
2494             << "\n");
2495     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurInst)) {
2496       Constant *P = getVal(GEP->getOperand(0));
2497       SmallVector<Constant*, 8> GEPOps;
2498       for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
2499            i != e; ++i)
2500         GEPOps.push_back(getVal(*i));
2501       InstResult =
2502         ConstantExpr::getGetElementPtr(P, GEPOps,
2503                                        cast<GEPOperator>(GEP)->isInBounds());
2504       DEBUG(dbgs() << "Found a GEP! Simplifying: " << *InstResult
2505             << "\n");
2506     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(CurInst)) {
2507
2508       if (!LI->isSimple()) {
2509         DEBUG(dbgs() << "Found a Load! Not a simple load, can not evaluate.\n");
2510         return false;  // no volatile/atomic accesses.
2511       }
2512
2513       Constant *Ptr = getVal(LI->getOperand(0));
2514       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr)) {
2515         Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2516         DEBUG(dbgs() << "Found a constant pointer expression, constant "
2517               "folding: " << *Ptr << "\n");
2518       }
2519       InstResult = ComputeLoadResult(Ptr);
2520       if (InstResult == 0) {
2521         DEBUG(dbgs() << "Failed to compute load result. Can not evaluate load."
2522               "\n");
2523         return false; // Could not evaluate load.
2524       }
2525
2526       DEBUG(dbgs() << "Evaluated load: " << *InstResult << "\n");
2527     } else if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(CurInst)) {
2528       if (AI->isArrayAllocation()) {
2529         DEBUG(dbgs() << "Found an array alloca. Can not evaluate.\n");
2530         return false;  // Cannot handle array allocs.
2531       }
2532       Type *Ty = AI->getType()->getElementType();
2533       AllocaTmps.push_back(new GlobalVariable(Ty, false,
2534                                               GlobalValue::InternalLinkage,
2535                                               UndefValue::get(Ty),
2536                                               AI->getName()));
2537       InstResult = AllocaTmps.back();
2538       DEBUG(dbgs() << "Found an alloca. Result: " << *InstResult << "\n");
2539     } else if (isa<CallInst>(CurInst) || isa<InvokeInst>(CurInst)) {
2540       CallSite CS(CurInst);
2541
2542       // Debug info can safely be ignored here.
2543       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(CS.getInstruction())) {
2544         DEBUG(dbgs() << "Ignoring debug info.\n");
2545         ++CurInst;
2546         continue;
2547       }
2548
2549       // Cannot handle inline asm.
2550       if (isa<InlineAsm>(CS.getCalledValue())) {
2551         DEBUG(dbgs() << "Found inline asm, can not evaluate.\n");
2552         return false;
2553       }
2554
2555       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction())) {
2556         if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(II)) {
2557           if (MSI->isVolatile()) {
2558             DEBUG(dbgs() << "Can not optimize a volatile memset " <<
2559                   "intrinsic.\n");
2560             return false;
2561           }
2562           Constant *Ptr = getVal(MSI->getDest());
2563           Constant *Val = getVal(MSI->getValue());
2564           Constant *DestVal = ComputeLoadResult(getVal(Ptr));
2565           if (Val->isNullValue() && DestVal && DestVal->isNullValue()) {
2566             // This memset is a no-op.
2567             DEBUG(dbgs() << "Ignoring no-op memset.\n");
2568             ++CurInst;
2569             continue;
2570           }
2571         }
2572
2573         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2574             II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
2575           DEBUG(dbgs() << "Ignoring lifetime intrinsic.\n");
2576           ++CurInst;
2577           continue;
2578         }
2579
2580         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::invariant_start) {
2581           // We don't insert an entry into Values, as it doesn't have a
2582           // meaningful return value.
2583           if (!II->use_empty()) {
2584             DEBUG(dbgs() << "Found unused invariant_start. Can't evaluate.\n");
2585             return false;
2586           }
2587           ConstantInt *Size = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0));
2588           Value *PtrArg = getVal(II->getArgOperand(1));
2589           Value *Ptr = PtrArg->stripPointerCasts();
2590           if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Ptr)) {
2591             Type *ElemTy = cast<PointerType>(GV->getType())->getElementType();
2592             if (TD && !Size->isAllOnesValue() &&
2593                 Size->getValue().getLimitedValue() >=
2594                 TD->getTypeStoreSize(ElemTy)) {
2595               Invariants.insert(GV);
2596               DEBUG(dbgs() << "Found a global var that is an invariant: " << *GV
2597                     << "\n");
2598             } else {
2599               DEBUG(dbgs() << "Found a global var, but can not treat it as an "
2600                     "invariant.\n");
2601             }
2602           }
2603           // Continue even if we do nothing.
2604           ++CurInst;
2605           continue;
2606         }
2607
2608         DEBUG(dbgs() << "Unknown intrinsic. Can not evaluate.\n");
2609         return false;
2610       }
2611
2612       // Resolve function pointers.
2613       Function *Callee = dyn_cast<Function>(getVal(CS.getCalledValue()));
2614       if (!Callee || Callee->mayBeOverridden()) {
2615         DEBUG(dbgs() << "Can not resolve function pointer.\n");
2616         return false;  // Cannot resolve.
2617       }
2618
2619       SmallVector<Constant*, 8> Formals;
2620       for (User::op_iterator i = CS.arg_begin(), e = CS.arg_end(); i != e; ++i)
2621         Formals.push_back(getVal(*i));
2622
2623       if (Callee->isDeclaration()) {
2624         // If this is a function we can constant fold, do it.
2625         if (Constant *C = ConstantFoldCall(Callee, Formals, TLI)) {
2626           InstResult = C;
2627           DEBUG(dbgs() << "Constant folded function call. Result: " <<
2628                 *InstResult << "\n");
2629         } else {
2630           DEBUG(dbgs() << "Can not constant fold function call.\n");
2631           return false;
2632         }
2633       } else {
2634         if (Callee->getFunctionType()->isVarArg()) {
2635           DEBUG(dbgs() << "Can not constant fold vararg function call.\n");
2636           return false;
2637         }
2638
2639         Constant *RetVal = 0;
2640         // Execute the call, if successful, use the return value.
2641         ValueStack.push_back(new DenseMap<Value*, Constant*>);
2642         if (!EvaluateFunction(Callee, RetVal, Formals)) {
2643           DEBUG(dbgs() << "Failed to evaluate function.\n");
2644           return false;
2645         }
2646         delete ValueStack.pop_back_val();
2647         InstResult = RetVal;
2648
2649         if (InstResult != NULL) {
2650           DEBUG(dbgs() << "Successfully evaluated function. Result: " <<
2651                 InstResult << "\n\n");
2652         } else {
2653           DEBUG(dbgs() << "Successfully evaluated function. Result: 0\n\n");
2654         }
2655       }
2656     } else if (isa<TerminatorInst>(CurInst)) {
2657       DEBUG(dbgs() << "Found a terminator instruction.\n");
2658
2659       if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CurInst)) {
2660         if (BI->isUnconditional()) {
2661           NextBB = BI->getSuccessor(0);
2662         } else {
2663           ConstantInt *Cond =
2664             dyn_cast<ConstantInt>(getVal(BI->getCondition()));
2665           if (!Cond) return false;  // Cannot determine.
2666
2667           NextBB = BI->getSuccessor(!Cond->getZExtValue());
2668         }
2669       } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(CurInst)) {
2670         ConstantInt *Val =
2671           dyn_cast<ConstantInt>(getVal(SI->getCondition()));
2672         if (!Val) return false;  // Cannot determine.
2673         NextBB = SI->findCaseValue(Val).getCaseSuccessor();
2674       } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(CurInst)) {
2675         Value *Val = getVal(IBI->getAddress())->stripPointerCasts();
2676         if (BlockAddress *BA = dyn_cast<BlockAddress>(Val))
2677           NextBB = BA->getBasicBlock();
2678         else
2679           return false;  // Cannot determine.
2680       } else if (isa<ReturnInst>(CurInst)) {
2681         NextBB = 0;
2682       } else {
2683         // invoke, unwind, resume, unreachable.
2684         DEBUG(dbgs() << "Can not handle terminator.");
2685         return false;  // Cannot handle this terminator.
2686       }
2687
2688       // We succeeded at evaluating this block!
2689       DEBUG(dbgs() << "Successfully evaluated block.\n");
2690       return true;
2691     } else {
2692       // Did not know how to evaluate this!
2693       DEBUG(dbgs() << "Failed to evaluate block due to unhandled instruction."
2694             "\n");
2695       return false;
2696     }
2697
2698     if (!CurInst->use_empty()) {
2699       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(InstResult))
2700         InstResult = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2701
2702       setVal(CurInst, InstResult);
2703     }
2704
2705     // If we just processed an invoke, we finished evaluating the block.
2706     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(CurInst)) {
2707       NextBB = II->getNormalDest();
2708       DEBUG(dbgs() << "Found an invoke instruction. Finished Block.\n\n");
2709       return true;
2710     }
2711
2712     // Advance program counter.
2713     ++CurInst;
2714   }
2715 }
2716
2717 /// EvaluateFunction - Evaluate a call to function F, returning true if
2718 /// successful, false if we can't evaluate it.  ActualArgs contains the formal
2719 /// arguments for the function.
2720 bool Evaluator::EvaluateFunction(Function *F, Constant *&RetVal,
2721                                  const SmallVectorImpl<Constant*> &ActualArgs) {
2722   // Check to see if this function is already executing (recursion).  If so,
2723   // bail out.  TODO: we might want to accept limited recursion.
2724   if (std::find(CallStack.begin(), CallStack.end(), F) != CallStack.end())
2725     return false;
2726
2727   CallStack.push_back(F);
2728
2729   // Initialize arguments to the incoming values specified.
2730   unsigned ArgNo = 0;
2731   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); AI != E;
2732        ++AI, ++ArgNo)
2733     setVal(AI, ActualArgs[ArgNo]);
2734
2735   // ExecutedBlocks - We only handle non-looping, non-recursive code.  As such,
2736   // we can only evaluate any one basic block at most once.  This set keeps
2737   // track of what we have executed so we can detect recursive cases etc.
2738   SmallPtrSet<BasicBlock*, 32> ExecutedBlocks;
2739
2740   // CurBB - The current basic block we're evaluating.
2741   BasicBlock *CurBB = F->begin();
2742
2743   BasicBlock::iterator CurInst = CurBB->begin();
2744
2745   while (1) {
2746     BasicBlock *NextBB = 0; // Initialized to avoid compiler warnings.
2747     DEBUG(dbgs() << "Trying to evaluate BB: " << *CurBB << "\n");
2748
2749     if (!EvaluateBlock(CurInst, NextBB))
2750       return false;
2751
2752     if (NextBB == 0) {
2753       // Successfully running until there's no next block means that we found
2754       // the return.  Fill it the return value and pop the call stack.
2755       ReturnInst *RI = cast<ReturnInst>(CurBB->getTerminator());
2756       if (RI->getNumOperands())
2757         RetVal = getVal(RI->getOperand(0));
2758       CallStack.pop_back();
2759       return true;
2760     }
2761
2762     // Okay, we succeeded in evaluating this control flow.  See if we have
2763     // executed the new block before.  If so, we have a looping function,
2764     // which we cannot evaluate in reasonable time.
2765     if (!ExecutedBlocks.insert(NextBB))
2766       return false;  // looped!
2767
2768     // Okay, we have never been in this block before.  Check to see if there
2769     // are any PHI nodes.  If so, evaluate them with information about where
2770     // we came from.
2771     PHINode *PN = 0;
2772     for (CurInst = NextBB->begin();
2773          (PN = dyn_cast<PHINode>(CurInst)); ++CurInst)
2774       setVal(PN, getVal(PN->getIncomingValueForBlock(CurBB)));
2775
2776     // Advance to the next block.
2777     CurBB = NextBB;
2778   }
2779 }
2780
2781 /// EvaluateStaticConstructor - Evaluate static constructors in the function, if
2782 /// we can.  Return true if we can, false otherwise.
2783 static bool EvaluateStaticConstructor(Function *F, const DataLayout *TD,
2784                                       const TargetLibraryInfo *TLI) {
2785   // Call the function.
2786   Evaluator Eval(TD, TLI);
2787   Constant *RetValDummy;
2788   bool EvalSuccess = Eval.EvaluateFunction(F, RetValDummy,
2789                                            SmallVector<Constant*, 0>());
2790
2791   if (EvalSuccess) {
2792     // We succeeded at evaluation: commit the result.
2793     DEBUG(dbgs() << "FULLY EVALUATED GLOBAL CTOR FUNCTION '"
2794           << F->getName() << "' to " << Eval.getMutatedMemory().size()
2795           << " stores.\n");
2796     for (DenseMap<Constant*, Constant*>::const_iterator I =
2797            Eval.getMutatedMemory().begin(), E = Eval.getMutatedMemory().end();
2798          I != E; ++I)
2799       CommitValueTo(I->second, I->first);
2800     for (SmallPtrSet<GlobalVariable*, 8>::const_iterator I =
2801            Eval.getInvariants().begin(), E = Eval.getInvariants().end();
2802          I != E; ++I)
2803       (*I)->setConstant(true);
2804   }
2805
2806   return EvalSuccess;
2807 }
2808
2809 /// OptimizeGlobalCtorsList - Simplify and evaluation global ctors if possible.
2810 /// Return true if anything changed.
2811 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalCtorsList(GlobalVariable *&GCL) {
2812   std::vector<Function*> Ctors = ParseGlobalCtors(GCL);
2813   bool MadeChange = false;
2814   if (Ctors.empty()) return false;
2815
2816   // Loop over global ctors, optimizing them when we can.
2817   for (unsigned i = 0; i != Ctors.size(); ++i) {
2818     Function *F = Ctors[i];
2819     // Found a null terminator in the middle of the list, prune off the rest of
2820     // the list.
2821     if (F == 0) {
2822       if (i != Ctors.size()-1) {
2823         Ctors.resize(i+1);
2824         MadeChange = true;
2825       }
2826       break;
2827     }
2828     DEBUG(dbgs() << "Optimizing Global Constructor: " << *F << "\n");
2829
2830     // We cannot simplify external ctor functions.
2831     if (F->empty()) continue;
2832
2833     // If we can evaluate the ctor at compile time, do.
2834     if (EvaluateStaticConstructor(F, TD, TLI)) {
2835       Ctors.erase(Ctors.begin()+i);
2836       MadeChange = true;
2837       --i;
2838       ++NumCtorsEvaluated;
2839       continue;
2840     }
2841   }
2842
2843   if (!MadeChange) return false;
2844
2845   GCL = InstallGlobalCtors(GCL, Ctors);
2846   return true;
2847 }
2848
2849 static int compareNames(Constant *const *A, Constant *const *B) {
2850   return (*A)->getName().compare((*B)->getName());
2851 }
2852
2853 static void setUsedInitializer(GlobalVariable &V,
2854                                SmallPtrSet<GlobalValue *, 8> Init) {
2855   if (Init.empty()) {
2856     V.eraseFromParent();
2857     return;
2858   }
2859
2860   // Type of pointer to the array of pointers.
2861   PointerType *Int8PtrTy = Type::getInt8PtrTy(V.getContext(), 0);
2862
2863   SmallVector<llvm::Constant *, 8> UsedArray;
2864   for (SmallPtrSet<GlobalValue *, 8>::iterator I = Init.begin(), E = Init.end();
2865        I != E; ++I) {
2866     Constant *Cast
2867       = ConstantExpr::getPointerBitCastOrAddrSpaceCast(*I, Int8PtrTy);
2868     UsedArray.push_back(Cast);
2869   }
2870   // Sort to get deterministic order.
2871   array_pod_sort(UsedArray.begin(), UsedArray.end(), compareNames);
2872   ArrayType *ATy = ArrayType::get(Int8PtrTy, UsedArray.size());
2873
2874   Module *M = V.getParent();
2875   V.removeFromParent();
2876   GlobalVariable *NV =
2877       new GlobalVariable(*M, ATy, false, llvm::GlobalValue::AppendingLinkage,
2878                          llvm::ConstantArray::get(ATy, UsedArray), "");
2879   NV->takeName(&V);
2880   NV->setSection("llvm.metadata");
2881   delete &V;
2882 }
2883
2884 namespace {
2885 /// \brief An easy to access representation of llvm.used and llvm.compiler.used.
2886 class LLVMUsed {
2887   SmallPtrSet<GlobalValue *, 8> Used;
2888   SmallPtrSet<GlobalValue *, 8> CompilerUsed;
2889   GlobalVariable *UsedV;
2890   GlobalVariable *CompilerUsedV;
2891
2892 public:
2893   LLVMUsed(Module &M) {
2894     UsedV = collectUsedGlobalVariables(M, Used, false);
2895     CompilerUsedV = collectUsedGlobalVariables(M, CompilerUsed, true);
2896   }
2897   typedef SmallPtrSet<GlobalValue *, 8>::iterator iterator;
2898   iterator usedBegin() { return Used.begin(); }
2899   iterator usedEnd() { return Used.end(); }
2900   iterator compilerUsedBegin() { return CompilerUsed.begin(); }
2901   iterator compilerUsedEnd() { return CompilerUsed.end(); }
2902   bool usedCount(GlobalValue *GV) const { return Used.count(GV); }
2903   bool compilerUsedCount(GlobalValue *GV) const {
2904     return CompilerUsed.count(GV);
2905   }
2906   bool usedErase(GlobalValue *GV) { return Used.erase(GV); }
2907   bool compilerUsedErase(GlobalValue *GV) { return CompilerUsed.erase(GV); }
2908   bool usedInsert(GlobalValue *GV) { return Used.insert(GV); }
2909   bool compilerUsedInsert(GlobalValue *GV) { return CompilerUsed.insert(GV); }
2910
2911   void syncVariablesAndSets() {
2912     if (UsedV)
2913       setUsedInitializer(*UsedV, Used);
2914     if (CompilerUsedV)
2915       setUsedInitializer(*CompilerUsedV, CompilerUsed);
2916   }
2917 };
2918 }
2919
2920 static bool hasUseOtherThanLLVMUsed(GlobalAlias &GA, const LLVMUsed &U) {
2921   if (GA.use_empty()) // No use at all.
2922     return false;
2923
2924   assert((!U.usedCount(&GA) || !U.compilerUsedCount(&GA)) &&
2925          "We should have removed the duplicated "
2926          "element from llvm.compiler.used");
2927   if (!GA.hasOneUse())
2928     // Strictly more than one use. So at least one is not in llvm.used and
2929     // llvm.compiler.used.
2930     return true;
2931
2932   // Exactly one use. Check if it is in llvm.used or llvm.compiler.used.
2933   return !U.usedCount(&GA) && !U.compilerUsedCount(&GA);
2934 }
2935
2936 static bool hasMoreThanOneUseOtherThanLLVMUsed(GlobalValue &V,
2937                                                const LLVMUsed &U) {
2938   unsigned N = 2;
2939   assert((!U.usedCount(&V) || !U.compilerUsedCount(&V)) &&
2940          "We should have removed the duplicated "
2941          "element from llvm.compiler.used");
2942   if (U.usedCount(&V) || U.compilerUsedCount(&V))
2943     ++N;
2944   return V.hasNUsesOrMore(N);
2945 }
2946
2947 static bool mayHaveOtherReferences(GlobalAlias &GA, const LLVMUsed &U) {
2948   if (!GA.hasLocalLinkage())
2949     return true;
2950
2951   return U.usedCount(&GA) || U.compilerUsedCount(&GA);
2952 }
2953
2954 static bool hasUsesToReplace(GlobalAlias &GA, LLVMUsed &U, bool &RenameTarget) {
2955   RenameTarget = false;
2956   bool Ret = false;
2957   if (hasUseOtherThanLLVMUsed(GA, U))
2958     Ret = true;
2959
2960   // If the alias is externally visible, we may still be able to simplify it.
2961   if (!mayHaveOtherReferences(GA, U))
2962     return Ret;
2963
2964   // If the aliasee has internal linkage, give it the name and linkage
2965   // of the alias, and delete the alias.  This turns:
2966   //   define internal ... @f(...)
2967   //   @a = alias ... @f
2968   // into:
2969   //   define ... @a(...)
2970   Constant *Aliasee = GA.getAliasee();
2971   GlobalValue *Target = cast<GlobalValue>(Aliasee->stripPointerCasts());
2972   if (!Target->hasLocalLinkage())
2973     return Ret;
2974
2975   // Do not perform the transform if multiple aliases potentially target the
2976   // aliasee. This check also ensures that it is safe to replace the section
2977   // and other attributes of the aliasee with those of the alias.
2978   if (hasMoreThanOneUseOtherThanLLVMUsed(*Target, U))
2979     return Ret;
2980
2981   RenameTarget = true;
2982   return true;
2983 }
2984
2985 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalAliases(Module &M) {
2986   bool Changed = false;
2987   LLVMUsed Used(M);
2988
2989   for (SmallPtrSet<GlobalValue *, 8>::iterator I = Used.usedBegin(),
2990                                                E = Used.usedEnd();
2991        I != E; ++I)
2992     Used.compilerUsedErase(*I);
2993
2994   for (Module::alias_iterator I = M.alias_begin(), E = M.alias_end();
2995        I != E;) {
2996     Module::alias_iterator J = I++;
2997     // Aliases without names cannot be referenced outside this module.
2998     if (!J->hasName() && !J->isDeclaration())
2999       J->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
3000     // If the aliasee may change at link time, nothing can be done - bail out.
3001     if (J->mayBeOverridden())
3002       continue;
3003
3004     Constant *Aliasee = J->getAliasee();
3005     GlobalValue *Target = cast<GlobalValue>(Aliasee->stripPointerCasts());
3006     Target->removeDeadConstantUsers();
3007
3008     // Make all users of the alias use the aliasee instead.
3009     bool RenameTarget;
3010     if (!hasUsesToReplace(*J, Used, RenameTarget))
3011       continue;
3012
3013     J->replaceAllUsesWith(Aliasee);
3014     ++NumAliasesResolved;
3015     Changed = true;
3016
3017     if (RenameTarget) {
3018       // Give the aliasee the name, linkage and other attributes of the alias.
3019       Target->takeName(J);
3020       Target->setLinkage(J->getLinkage());
3021       Target->GlobalValue::copyAttributesFrom(J);
3022
3023       if (Used.usedErase(J))
3024         Used.usedInsert(Target);
3025
3026       if (Used.compilerUsedErase(J))
3027         Used.compilerUsedInsert(Target);
3028     } else if (mayHaveOtherReferences(*J, Used))
3029       continue;
3030
3031     // Delete the alias.
3032     M.getAliasList().erase(J);
3033     ++NumAliasesRemoved;
3034     Changed = true;
3035   }
3036
3037   Used.syncVariablesAndSets();
3038
3039   return Changed;
3040 }
3041
3042 static Function *FindCXAAtExit(Module &M, TargetLibraryInfo *TLI) {
3043   if (!TLI->has(LibFunc::cxa_atexit))
3044     return 0;
3045
3046   Function *Fn = M.getFunction(TLI->getName(LibFunc::cxa_atexit));
3047
3048   if (!Fn)
3049     return 0;
3050
3051   FunctionType *FTy = Fn->getFunctionType();
3052
3053   // Checking that the function has the right return type, the right number of
3054   // parameters and that they all have pointer types should be enough.
3055   if (!FTy->getReturnType()->isIntegerTy() ||
3056       FTy->getNumParams() != 3 ||
3057       !FTy->getParamType(0)->isPointerTy() ||
3058       !FTy->getParamType(1)->isPointerTy() ||
3059       !FTy->getParamType(2)->isPointerTy())
3060     return 0;
3061
3062   return Fn;
3063 }
3064
3065 /// cxxDtorIsEmpty - Returns whether the given function is an empty C++
3066 /// destructor and can therefore be eliminated.
3067 /// Note that we assume that other optimization passes have already simplified
3068 /// the code so we only look for a function with a single basic block, where
3069 /// the only allowed instructions are 'ret', 'call' to an empty C++ dtor and
3070 /// other side-effect free instructions.
3071 static bool cxxDtorIsEmpty(const Function &Fn,
3072                            SmallPtrSet<const Function *, 8> &CalledFunctions) {
3073   // FIXME: We could eliminate C++ destructors if they're readonly/readnone and
3074   // nounwind, but that doesn't seem worth doing.
3075   if (Fn.isDeclaration())
3076     return false;
3077
3078   if (++Fn.begin() != Fn.end())
3079     return false;
3080
3081   const BasicBlock &EntryBlock = Fn.getEntryBlock();
3082   for (BasicBlock::const_iterator I = EntryBlock.begin(), E = EntryBlock.end();
3083        I != E; ++I) {
3084     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
3085       // Ignore debug intrinsics.
3086       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(CI))
3087         continue;
3088
3089       const Function *CalledFn = CI->getCalledFunction();
3090
3091       if (!CalledFn)
3092         return false;
3093
3094       SmallPtrSet<const Function *, 8> NewCalledFunctions(CalledFunctions);
3095
3096       // Don't treat recursive functions as empty.
3097       if (!NewCalledFunctions.insert(CalledFn))
3098         return false;
3099
3100       if (!cxxDtorIsEmpty(*CalledFn, NewCalledFunctions))
3101         return false;
3102     } else if (isa<ReturnInst>(*I))
3103       return true; // We're done.
3104     else if (I->mayHaveSideEffects())
3105       return false; // Destructor with side effects, bail.
3106   }
3107
3108   return false;
3109 }
3110
3111 bool GlobalOpt::OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(Function *CXAAtExitFn) {
3112   /// Itanium C++ ABI p3.3.5:
3113   ///
3114   ///   After constructing a global (or local static) object, that will require
3115   ///   destruction on exit, a termination function is registered as follows:
3116   ///
3117   ///   extern "C" int __cxa_atexit ( void (*f)(void *), void *p, void *d );
3118   ///
3119   ///   This registration, e.g. __cxa_atexit(f,p,d), is intended to cause the
3120   ///   call f(p) when DSO d is unloaded, before all such termination calls
3121   ///   registered before this one. It returns zero if registration is
3122   ///   successful, nonzero on failure.
3123
3124   // This pass will look for calls to __cxa_atexit where the function is trivial
3125   // and remove them.
3126   bool Changed = false;
3127
3128   for (Function::use_iterator I = CXAAtExitFn->use_begin(),
3129        E = CXAAtExitFn->use_end(); I != E;) {
3130     // We're only interested in calls. Theoretically, we could handle invoke
3131     // instructions as well, but neither llvm-gcc nor clang generate invokes
3132     // to __cxa_atexit.
3133     CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(*I++);
3134     if (!CI)
3135       continue;
3136
3137     Function *DtorFn =
3138       dyn_cast<Function>(CI->getArgOperand(0)->stripPointerCasts());
3139     if (!DtorFn)
3140       continue;
3141
3142     SmallPtrSet<const Function *, 8> CalledFunctions;
3143     if (!cxxDtorIsEmpty(*DtorFn, CalledFunctions))
3144       continue;
3145
3146     // Just remove the call.
3147     CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
3148     CI->eraseFromParent();
3149
3150     ++NumCXXDtorsRemoved;
3151
3152     Changed |= true;
3153   }
3154
3155   return Changed;
3156 }
3157
3158 bool GlobalOpt::runOnModule(Module &M) {
3159   bool Changed = false;
3160
3161   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
3162   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
3163
3164   // Try to find the llvm.globalctors list.
3165   GlobalVariable *GlobalCtors = FindGlobalCtors(M);
3166
3167   bool LocalChange = true;
3168   while (LocalChange) {
3169     LocalChange = false;
3170
3171     // Delete functions that are trivially dead, ccc -> fastcc
3172     LocalChange |= OptimizeFunctions(M);
3173
3174     // Optimize global_ctors list.
3175     if (GlobalCtors)
3176       LocalChange |= OptimizeGlobalCtorsList(GlobalCtors);
3177
3178     // Optimize non-address-taken globals.
3179     LocalChange |= OptimizeGlobalVars(M);
3180
3181     // Resolve aliases, when possible.
3182     LocalChange |= OptimizeGlobalAliases(M);
3183
3184     // Try to remove trivial global destructors if they are not removed
3185     // already.
3186     Function *CXAAtExitFn = FindCXAAtExit(M, TLI);
3187     if (CXAAtExitFn)
3188       LocalChange |= OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(CXAAtExitFn);
3189
3190     Changed |= LocalChange;
3191   }
3192
3193   // TODO: Move all global ctors functions to the end of the module for code
3194   // layout.
3195
3196   return Changed;
3197 }