758275fd8756eab82841a509d1da01a12ebe3ff2
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / GlobalOpt.cpp
1 //===- GlobalOpt.cpp - Optimize Global Variables --------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass transforms simple global variables that never have their address
11 // taken.  If obviously true, it marks read/write globals as constant, deletes
12 // variables only stored to, etc.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #define DEBUG_TYPE "globalopt"
17 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
18 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
19 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
21 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
22 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
23 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
24 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
25 #include "llvm/CallingConv.h"
26 #include "llvm/Constants.h"
27 #include "llvm/DataLayout.h"
28 #include "llvm/DerivedTypes.h"
29 #include "llvm/Instructions.h"
30 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
31 #include "llvm/Module.h"
32 #include "llvm/Operator.h"
33 #include "llvm/Pass.h"
34 #include "llvm/Support/CallSite.h"
35 #include "llvm/Support/Debug.h"
36 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
37 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
38 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
39 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
40 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
41 #include <algorithm>
42 using namespace llvm;
43
44 STATISTIC(NumMarked    , "Number of globals marked constant");
45 STATISTIC(NumUnnamed   , "Number of globals marked unnamed_addr");
46 STATISTIC(NumSRA       , "Number of aggregate globals broken into scalars");
47 STATISTIC(NumHeapSRA   , "Number of heap objects SRA'd");
48 STATISTIC(NumSubstitute,"Number of globals with initializers stored into them");
49 STATISTIC(NumDeleted   , "Number of globals deleted");
50 STATISTIC(NumFnDeleted , "Number of functions deleted");
51 STATISTIC(NumGlobUses  , "Number of global uses devirtualized");
52 STATISTIC(NumLocalized , "Number of globals localized");
53 STATISTIC(NumShrunkToBool  , "Number of global vars shrunk to booleans");
54 STATISTIC(NumFastCallFns   , "Number of functions converted to fastcc");
55 STATISTIC(NumCtorsEvaluated, "Number of static ctors evaluated");
56 STATISTIC(NumNestRemoved   , "Number of nest attributes removed");
57 STATISTIC(NumAliasesResolved, "Number of global aliases resolved");
58 STATISTIC(NumAliasesRemoved, "Number of global aliases eliminated");
59 STATISTIC(NumCXXDtorsRemoved, "Number of global C++ destructors removed");
60
61 namespace {
62   struct GlobalStatus;
63   struct GlobalOpt : public ModulePass {
64     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
65       AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
66     }
67     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
68     GlobalOpt() : ModulePass(ID) {
69       initializeGlobalOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
70     }
71
72     bool runOnModule(Module &M);
73
74   private:
75     GlobalVariable *FindGlobalCtors(Module &M);
76     bool OptimizeFunctions(Module &M);
77     bool OptimizeGlobalVars(Module &M);
78     bool OptimizeGlobalAliases(Module &M);
79     bool OptimizeGlobalCtorsList(GlobalVariable *&GCL);
80     bool ProcessGlobal(GlobalVariable *GV,Module::global_iterator &GVI);
81     bool ProcessInternalGlobal(GlobalVariable *GV,Module::global_iterator &GVI,
82                                const SmallPtrSet<const PHINode*, 16> &PHIUsers,
83                                const GlobalStatus &GS);
84     bool OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(Function *CXAAtExitFn);
85
86     DataLayout *TD;
87     TargetLibraryInfo *TLI;
88   };
89 }
90
91 char GlobalOpt::ID = 0;
92 INITIALIZE_PASS_BEGIN(GlobalOpt, "globalopt",
93                 "Global Variable Optimizer", false, false)
94 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
95 INITIALIZE_PASS_END(GlobalOpt, "globalopt",
96                 "Global Variable Optimizer", false, false)
97
98 ModulePass *llvm::createGlobalOptimizerPass() { return new GlobalOpt(); }
99
100 namespace {
101
102 /// GlobalStatus - As we analyze each global, keep track of some information
103 /// about it.  If we find out that the address of the global is taken, none of
104 /// this info will be accurate.
105 struct GlobalStatus {
106   /// isCompared - True if the global's address is used in a comparison.
107   bool isCompared;
108
109   /// isLoaded - True if the global is ever loaded.  If the global isn't ever
110   /// loaded it can be deleted.
111   bool isLoaded;
112
113   /// StoredType - Keep track of what stores to the global look like.
114   ///
115   enum StoredType {
116     /// NotStored - There is no store to this global.  It can thus be marked
117     /// constant.
118     NotStored,
119
120     /// isInitializerStored - This global is stored to, but the only thing
121     /// stored is the constant it was initialized with.  This is only tracked
122     /// for scalar globals.
123     isInitializerStored,
124
125     /// isStoredOnce - This global is stored to, but only its initializer and
126     /// one other value is ever stored to it.  If this global isStoredOnce, we
127     /// track the value stored to it in StoredOnceValue below.  This is only
128     /// tracked for scalar globals.
129     isStoredOnce,
130
131     /// isStored - This global is stored to by multiple values or something else
132     /// that we cannot track.
133     isStored
134   } StoredType;
135
136   /// StoredOnceValue - If only one value (besides the initializer constant) is
137   /// ever stored to this global, keep track of what value it is.
138   Value *StoredOnceValue;
139
140   /// AccessingFunction/HasMultipleAccessingFunctions - These start out
141   /// null/false.  When the first accessing function is noticed, it is recorded.
142   /// When a second different accessing function is noticed,
143   /// HasMultipleAccessingFunctions is set to true.
144   const Function *AccessingFunction;
145   bool HasMultipleAccessingFunctions;
146
147   /// HasNonInstructionUser - Set to true if this global has a user that is not
148   /// an instruction (e.g. a constant expr or GV initializer).
149   bool HasNonInstructionUser;
150
151   /// AtomicOrdering - Set to the strongest atomic ordering requirement.
152   AtomicOrdering Ordering;
153
154   GlobalStatus() : isCompared(false), isLoaded(false), StoredType(NotStored),
155                    StoredOnceValue(0), AccessingFunction(0),
156                    HasMultipleAccessingFunctions(false),
157                    HasNonInstructionUser(false), Ordering(NotAtomic) {}
158 };
159
160 }
161
162 /// StrongerOrdering - Return the stronger of the two ordering. If the two
163 /// orderings are acquire and release, then return AcquireRelease.
164 ///
165 static AtomicOrdering StrongerOrdering(AtomicOrdering X, AtomicOrdering Y) {
166   if (X == Acquire && Y == Release) return AcquireRelease;
167   if (Y == Acquire && X == Release) return AcquireRelease;
168   return (AtomicOrdering)std::max(X, Y);
169 }
170
171 /// SafeToDestroyConstant - It is safe to destroy a constant iff it is only used
172 /// by constants itself.  Note that constants cannot be cyclic, so this test is
173 /// pretty easy to implement recursively.
174 ///
175 static bool SafeToDestroyConstant(const Constant *C) {
176   if (isa<GlobalValue>(C)) return false;
177
178   for (Value::const_use_iterator UI = C->use_begin(), E = C->use_end(); UI != E;
179        ++UI)
180     if (const Constant *CU = dyn_cast<Constant>(*UI)) {
181       if (!SafeToDestroyConstant(CU)) return false;
182     } else
183       return false;
184   return true;
185 }
186
187
188 /// AnalyzeGlobal - Look at all uses of the global and fill in the GlobalStatus
189 /// structure.  If the global has its address taken, return true to indicate we
190 /// can't do anything with it.
191 ///
192 static bool AnalyzeGlobal(const Value *V, GlobalStatus &GS,
193                           SmallPtrSet<const PHINode*, 16> &PHIUsers) {
194   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;
195        ++UI) {
196     const User *U = *UI;
197     if (const ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
198       GS.HasNonInstructionUser = true;
199
200       // If the result of the constantexpr isn't pointer type, then we won't
201       // know to expect it in various places.  Just reject early.
202       if (!isa<PointerType>(CE->getType())) return true;
203
204       if (AnalyzeGlobal(CE, GS, PHIUsers)) return true;
205     } else if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U)) {
206       if (!GS.HasMultipleAccessingFunctions) {
207         const Function *F = I->getParent()->getParent();
208         if (GS.AccessingFunction == 0)
209           GS.AccessingFunction = F;
210         else if (GS.AccessingFunction != F)
211           GS.HasMultipleAccessingFunctions = true;
212       }
213       if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
214         GS.isLoaded = true;
215         // Don't hack on volatile loads.
216         if (LI->isVolatile()) return true;
217         GS.Ordering = StrongerOrdering(GS.Ordering, LI->getOrdering());
218       } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
219         // Don't allow a store OF the address, only stores TO the address.
220         if (SI->getOperand(0) == V) return true;
221
222         // Don't hack on volatile stores.
223         if (SI->isVolatile()) return true;
224
225         GS.Ordering = StrongerOrdering(GS.Ordering, SI->getOrdering());
226
227         // If this is a direct store to the global (i.e., the global is a scalar
228         // value, not an aggregate), keep more specific information about
229         // stores.
230         if (GS.StoredType != GlobalStatus::isStored) {
231           if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(
232                                                            SI->getOperand(1))) {
233             Value *StoredVal = SI->getOperand(0);
234
235             if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(StoredVal)) {
236               if (C->isThreadDependent()) {
237                 // The stored value changes between threads; don't track it.
238                 return true;
239               }
240             }
241
242             if (StoredVal == GV->getInitializer()) {
243               if (GS.StoredType < GlobalStatus::isInitializerStored)
244                 GS.StoredType = GlobalStatus::isInitializerStored;
245             } else if (isa<LoadInst>(StoredVal) &&
246                        cast<LoadInst>(StoredVal)->getOperand(0) == GV) {
247               if (GS.StoredType < GlobalStatus::isInitializerStored)
248                 GS.StoredType = GlobalStatus::isInitializerStored;
249             } else if (GS.StoredType < GlobalStatus::isStoredOnce) {
250               GS.StoredType = GlobalStatus::isStoredOnce;
251               GS.StoredOnceValue = StoredVal;
252             } else if (GS.StoredType == GlobalStatus::isStoredOnce &&
253                        GS.StoredOnceValue == StoredVal) {
254               // noop.
255             } else {
256               GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
257             }
258           } else {
259             GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
260           }
261         }
262       } else if (isa<BitCastInst>(I)) {
263         if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
264       } else if (isa<GetElementPtrInst>(I)) {
265         if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
266       } else if (isa<SelectInst>(I)) {
267         if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
268       } else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
269         // PHI nodes we can check just like select or GEP instructions, but we
270         // have to be careful about infinite recursion.
271         if (PHIUsers.insert(PN))  // Not already visited.
272           if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
273       } else if (isa<CmpInst>(I)) {
274         GS.isCompared = true;
275       } else if (const MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I)) {
276         if (MTI->isVolatile()) return true;
277         if (MTI->getArgOperand(0) == V)
278           GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
279         if (MTI->getArgOperand(1) == V)
280           GS.isLoaded = true;
281       } else if (const MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(I)) {
282         assert(MSI->getArgOperand(0) == V && "Memset only takes one pointer!");
283         if (MSI->isVolatile()) return true;
284         GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
285       } else {
286         return true;  // Any other non-load instruction might take address!
287       }
288     } else if (const Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
289       GS.HasNonInstructionUser = true;
290       // We might have a dead and dangling constant hanging off of here.
291       if (!SafeToDestroyConstant(C))
292         return true;
293     } else {
294       GS.HasNonInstructionUser = true;
295       // Otherwise must be some other user.
296       return true;
297     }
298   }
299
300   return false;
301 }
302
303 /// isLeakCheckerRoot - Is this global variable possibly used by a leak checker
304 /// as a root?  If so, we might not really want to eliminate the stores to it.
305 static bool isLeakCheckerRoot(GlobalVariable *GV) {
306   // A global variable is a root if it is a pointer, or could plausibly contain
307   // a pointer.  There are two challenges; one is that we could have a struct
308   // the has an inner member which is a pointer.  We recurse through the type to
309   // detect these (up to a point).  The other is that we may actually be a union
310   // of a pointer and another type, and so our LLVM type is an integer which
311   // gets converted into a pointer, or our type is an [i8 x #] with a pointer
312   // potentially contained here.
313
314   if (GV->hasPrivateLinkage())
315     return false;
316
317   SmallVector<Type *, 4> Types;
318   Types.push_back(cast<PointerType>(GV->getType())->getElementType());
319
320   unsigned Limit = 20;
321   do {
322     Type *Ty = Types.pop_back_val();
323     switch (Ty->getTypeID()) {
324       default: break;
325       case Type::PointerTyID: return true;
326       case Type::ArrayTyID:
327       case Type::VectorTyID: {
328         SequentialType *STy = cast<SequentialType>(Ty);
329         Types.push_back(STy->getElementType());
330         break;
331       }
332       case Type::StructTyID: {
333         StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
334         if (STy->isOpaque()) return true;
335         for (StructType::element_iterator I = STy->element_begin(),
336                  E = STy->element_end(); I != E; ++I) {
337           Type *InnerTy = *I;
338           if (isa<PointerType>(InnerTy)) return true;
339           if (isa<CompositeType>(InnerTy))
340             Types.push_back(InnerTy);
341         }
342         break;
343       }
344     }
345     if (--Limit == 0) return true;
346   } while (!Types.empty());
347   return false;
348 }
349
350 /// Given a value that is stored to a global but never read, determine whether
351 /// it's safe to remove the store and the chain of computation that feeds the
352 /// store.
353 static bool IsSafeComputationToRemove(Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
354   do {
355     if (isa<Constant>(V))
356       return true;
357     if (!V->hasOneUse())
358       return false;
359     if (isa<LoadInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) || isa<Argument>(V) ||
360         isa<GlobalValue>(V))
361       return false;
362     if (isAllocationFn(V, TLI))
363       return true;
364
365     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
366     if (I->mayHaveSideEffects())
367       return false;
368     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
369       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
370         return false;
371     } else if (I->getNumOperands() != 1) {
372       return false;
373     }
374
375     V = I->getOperand(0);
376   } while (1);
377 }
378
379 /// CleanupPointerRootUsers - This GV is a pointer root.  Loop over all users
380 /// of the global and clean up any that obviously don't assign the global a
381 /// value that isn't dynamically allocated.
382 ///
383 static bool CleanupPointerRootUsers(GlobalVariable *GV,
384                                     const TargetLibraryInfo *TLI) {
385   // A brief explanation of leak checkers.  The goal is to find bugs where
386   // pointers are forgotten, causing an accumulating growth in memory
387   // usage over time.  The common strategy for leak checkers is to whitelist the
388   // memory pointed to by globals at exit.  This is popular because it also
389   // solves another problem where the main thread of a C++ program may shut down
390   // before other threads that are still expecting to use those globals.  To
391   // handle that case, we expect the program may create a singleton and never
392   // destroy it.
393
394   bool Changed = false;
395
396   // If Dead[n].first is the only use of a malloc result, we can delete its
397   // chain of computation and the store to the global in Dead[n].second.
398   SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 32> Dead;
399
400   // Constants can't be pointers to dynamically allocated memory.
401   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
402        UI != E;) {
403     User *U = *UI++;
404     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
405       Value *V = SI->getValueOperand();
406       if (isa<Constant>(V)) {
407         Changed = true;
408         SI->eraseFromParent();
409       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
410         if (I->hasOneUse())
411           Dead.push_back(std::make_pair(I, SI));
412       }
413     } else if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(U)) {
414       if (isa<Constant>(MSI->getValue())) {
415         Changed = true;
416         MSI->eraseFromParent();
417       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(MSI->getValue())) {
418         if (I->hasOneUse())
419           Dead.push_back(std::make_pair(I, MSI));
420       }
421     } else if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(U)) {
422       GlobalVariable *MemSrc = dyn_cast<GlobalVariable>(MTI->getSource());
423       if (MemSrc && MemSrc->isConstant()) {
424         Changed = true;
425         MTI->eraseFromParent();
426       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(MemSrc)) {
427         if (I->hasOneUse())
428           Dead.push_back(std::make_pair(I, MTI));
429       }
430     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
431       if (CE->use_empty()) {
432         CE->destroyConstant();
433         Changed = true;
434       }
435     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
436       if (SafeToDestroyConstant(C)) {
437         C->destroyConstant();
438         // This could have invalidated UI, start over from scratch.
439         Dead.clear();
440         CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
441         return true;
442       }
443     }
444   }
445
446   for (int i = 0, e = Dead.size(); i != e; ++i) {
447     if (IsSafeComputationToRemove(Dead[i].first, TLI)) {
448       Dead[i].second->eraseFromParent();
449       Instruction *I = Dead[i].first;
450       do {
451         if (isAllocationFn(I, TLI))
452           break;
453         Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
454         if (!J)
455           break;
456         I->eraseFromParent();
457         I = J;
458       } while (1);
459       I->eraseFromParent();
460     }
461   }
462
463   return Changed;
464 }
465
466 /// CleanupConstantGlobalUsers - We just marked GV constant.  Loop over all
467 /// users of the global, cleaning up the obvious ones.  This is largely just a
468 /// quick scan over the use list to clean up the easy and obvious cruft.  This
469 /// returns true if it made a change.
470 static bool CleanupConstantGlobalUsers(Value *V, Constant *Init,
471                                        DataLayout *TD, TargetLibraryInfo *TLI) {
472   bool Changed = false;
473   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;) {
474     User *U = *UI++;
475
476     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
477       if (Init) {
478         // Replace the load with the initializer.
479         LI->replaceAllUsesWith(Init);
480         LI->eraseFromParent();
481         Changed = true;
482       }
483     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
484       // Store must be unreachable or storing Init into the global.
485       SI->eraseFromParent();
486       Changed = true;
487     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
488       if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
489         Constant *SubInit = 0;
490         if (Init)
491           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE);
492         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, SubInit, TD, TLI);
493       } else if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast &&
494                  CE->getType()->isPointerTy()) {
495         // Pointer cast, delete any stores and memsets to the global.
496         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, 0, TD, TLI);
497       }
498
499       if (CE->use_empty()) {
500         CE->destroyConstant();
501         Changed = true;
502       }
503     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
504       // Do not transform "gepinst (gep constexpr (GV))" here, because forming
505       // "gepconstexpr (gep constexpr (GV))" will cause the two gep's to fold
506       // and will invalidate our notion of what Init is.
507       Constant *SubInit = 0;
508       if (!isa<ConstantExpr>(GEP->getOperand(0))) {
509         ConstantExpr *CE =
510           dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(ConstantFoldInstruction(GEP, TD, TLI));
511         if (Init && CE && CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
512           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE);
513
514         // If the initializer is an all-null value and we have an inbounds GEP,
515         // we already know what the result of any load from that GEP is.
516         // TODO: Handle splats.
517         if (Init && isa<ConstantAggregateZero>(Init) && GEP->isInBounds())
518           SubInit = Constant::getNullValue(GEP->getType()->getElementType());
519       }
520       Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(GEP, SubInit, TD, TLI);
521
522       if (GEP->use_empty()) {
523         GEP->eraseFromParent();
524         Changed = true;
525       }
526     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U)) { // memset/cpy/mv
527       if (MI->getRawDest() == V) {
528         MI->eraseFromParent();
529         Changed = true;
530       }
531
532     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
533       // If we have a chain of dead constantexprs or other things dangling from
534       // us, and if they are all dead, nuke them without remorse.
535       if (SafeToDestroyConstant(C)) {
536         C->destroyConstant();
537         // This could have invalidated UI, start over from scratch.
538         CleanupConstantGlobalUsers(V, Init, TD, TLI);
539         return true;
540       }
541     }
542   }
543   return Changed;
544 }
545
546 /// isSafeSROAElementUse - Return true if the specified instruction is a safe
547 /// user of a derived expression from a global that we want to SROA.
548 static bool isSafeSROAElementUse(Value *V) {
549   // We might have a dead and dangling constant hanging off of here.
550   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
551     return SafeToDestroyConstant(C);
552
553   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
554   if (!I) return false;
555
556   // Loads are ok.
557   if (isa<LoadInst>(I)) return true;
558
559   // Stores *to* the pointer are ok.
560   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
561     return SI->getOperand(0) != V;
562
563   // Otherwise, it must be a GEP.
564   GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I);
565   if (GEPI == 0) return false;
566
567   if (GEPI->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEPI->getOperand(1)) ||
568       !cast<Constant>(GEPI->getOperand(1))->isNullValue())
569     return false;
570
571   for (Value::use_iterator I = GEPI->use_begin(), E = GEPI->use_end();
572        I != E; ++I)
573     if (!isSafeSROAElementUse(*I))
574       return false;
575   return true;
576 }
577
578
579 /// IsUserOfGlobalSafeForSRA - U is a direct user of the specified global value.
580 /// Look at it and its uses and decide whether it is safe to SROA this global.
581 ///
582 static bool IsUserOfGlobalSafeForSRA(User *U, GlobalValue *GV) {
583   // The user of the global must be a GEP Inst or a ConstantExpr GEP.
584   if (!isa<GetElementPtrInst>(U) &&
585       (!isa<ConstantExpr>(U) ||
586        cast<ConstantExpr>(U)->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr))
587     return false;
588
589   // Check to see if this ConstantExpr GEP is SRA'able.  In particular, we
590   // don't like < 3 operand CE's, and we don't like non-constant integer
591   // indices.  This enforces that all uses are 'gep GV, 0, C, ...' for some
592   // value of C.
593   if (U->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(U->getOperand(1)) ||
594       !cast<Constant>(U->getOperand(1))->isNullValue() ||
595       !isa<ConstantInt>(U->getOperand(2)))
596     return false;
597
598   gep_type_iterator GEPI = gep_type_begin(U), E = gep_type_end(U);
599   ++GEPI;  // Skip over the pointer index.
600
601   // If this is a use of an array allocation, do a bit more checking for sanity.
602   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*GEPI)) {
603     uint64_t NumElements = AT->getNumElements();
604     ConstantInt *Idx = cast<ConstantInt>(U->getOperand(2));
605
606     // Check to make sure that index falls within the array.  If not,
607     // something funny is going on, so we won't do the optimization.
608     //
609     if (Idx->getZExtValue() >= NumElements)
610       return false;
611
612     // We cannot scalar repl this level of the array unless any array
613     // sub-indices are in-range constants.  In particular, consider:
614     // A[0][i].  We cannot know that the user isn't doing invalid things like
615     // allowing i to index an out-of-range subscript that accesses A[1].
616     //
617     // Scalar replacing *just* the outer index of the array is probably not
618     // going to be a win anyway, so just give up.
619     for (++GEPI; // Skip array index.
620          GEPI != E;
621          ++GEPI) {
622       uint64_t NumElements;
623       if (ArrayType *SubArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(*GEPI))
624         NumElements = SubArrayTy->getNumElements();
625       else if (VectorType *SubVectorTy = dyn_cast<VectorType>(*GEPI))
626         NumElements = SubVectorTy->getNumElements();
627       else {
628         assert((*GEPI)->isStructTy() &&
629                "Indexed GEP type is not array, vector, or struct!");
630         continue;
631       }
632
633       ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPI.getOperand());
634       if (!IdxVal || IdxVal->getZExtValue() >= NumElements)
635         return false;
636     }
637   }
638
639   for (Value::use_iterator I = U->use_begin(), E = U->use_end(); I != E; ++I)
640     if (!isSafeSROAElementUse(*I))
641       return false;
642   return true;
643 }
644
645 /// GlobalUsersSafeToSRA - Look at all uses of the global and decide whether it
646 /// is safe for us to perform this transformation.
647 ///
648 static bool GlobalUsersSafeToSRA(GlobalValue *GV) {
649   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
650        UI != E; ++UI) {
651     if (!IsUserOfGlobalSafeForSRA(*UI, GV))
652       return false;
653   }
654   return true;
655 }
656
657
658 /// SRAGlobal - Perform scalar replacement of aggregates on the specified global
659 /// variable.  This opens the door for other optimizations by exposing the
660 /// behavior of the program in a more fine-grained way.  We have determined that
661 /// this transformation is safe already.  We return the first global variable we
662 /// insert so that the caller can reprocess it.
663 static GlobalVariable *SRAGlobal(GlobalVariable *GV, const DataLayout &TD) {
664   // Make sure this global only has simple uses that we can SRA.
665   if (!GlobalUsersSafeToSRA(GV))
666     return 0;
667
668   assert(GV->hasLocalLinkage() && !GV->isConstant());
669   Constant *Init = GV->getInitializer();
670   Type *Ty = Init->getType();
671
672   std::vector<GlobalVariable*> NewGlobals;
673   Module::GlobalListType &Globals = GV->getParent()->getGlobalList();
674
675   // Get the alignment of the global, either explicit or target-specific.
676   unsigned StartAlignment = GV->getAlignment();
677   if (StartAlignment == 0)
678     StartAlignment = TD.getABITypeAlignment(GV->getType());
679
680   if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
681     NewGlobals.reserve(STy->getNumElements());
682     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(STy);
683     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
684       Constant *In = Init->getAggregateElement(i);
685       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
686       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(STy->getElementType(i), false,
687                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
688                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
689                                                GV->getThreadLocalMode(),
690                                               GV->getType()->getAddressSpace());
691       Globals.insert(GV, NGV);
692       NewGlobals.push_back(NGV);
693
694       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
695       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
696       // propagate info to each field.
697       uint64_t FieldOffset = Layout.getElementOffset(i);
698       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, FieldOffset);
699       if (NewAlign > TD.getABITypeAlignment(STy->getElementType(i)))
700         NGV->setAlignment(NewAlign);
701     }
702   } else if (SequentialType *STy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
703     unsigned NumElements = 0;
704     if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(STy))
705       NumElements = ATy->getNumElements();
706     else
707       NumElements = cast<VectorType>(STy)->getNumElements();
708
709     if (NumElements > 16 && GV->hasNUsesOrMore(16))
710       return 0; // It's not worth it.
711     NewGlobals.reserve(NumElements);
712
713     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSize(STy->getElementType());
714     unsigned EltAlign = TD.getABITypeAlignment(STy->getElementType());
715     for (unsigned i = 0, e = NumElements; i != e; ++i) {
716       Constant *In = Init->getAggregateElement(i);
717       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
718
719       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(STy->getElementType(), false,
720                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
721                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
722                                                GV->getThreadLocalMode(),
723                                               GV->getType()->getAddressSpace());
724       Globals.insert(GV, NGV);
725       NewGlobals.push_back(NGV);
726
727       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
728       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
729       // propagate info to each field.
730       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, EltSize*i);
731       if (NewAlign > EltAlign)
732         NGV->setAlignment(NewAlign);
733     }
734   }
735
736   if (NewGlobals.empty())
737     return 0;
738
739   DEBUG(dbgs() << "PERFORMING GLOBAL SRA ON: " << *GV);
740
741   Constant *NullInt =Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GV->getContext()));
742
743   // Loop over all of the uses of the global, replacing the constantexpr geps,
744   // with smaller constantexpr geps or direct references.
745   while (!GV->use_empty()) {
746     User *GEP = GV->use_back();
747     assert(((isa<ConstantExpr>(GEP) &&
748              cast<ConstantExpr>(GEP)->getOpcode()==Instruction::GetElementPtr)||
749             isa<GetElementPtrInst>(GEP)) && "NonGEP CE's are not SRAable!");
750
751     // Ignore the 1th operand, which has to be zero or else the program is quite
752     // broken (undefined).  Get the 2nd operand, which is the structure or array
753     // index.
754     unsigned Val = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2))->getZExtValue();
755     if (Val >= NewGlobals.size()) Val = 0; // Out of bound array access.
756
757     Value *NewPtr = NewGlobals[Val];
758
759     // Form a shorter GEP if needed.
760     if (GEP->getNumOperands() > 3) {
761       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GEP)) {
762         SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
763         Idxs.push_back(NullInt);
764         for (unsigned i = 3, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
765           Idxs.push_back(CE->getOperand(i));
766         NewPtr = ConstantExpr::getGetElementPtr(cast<Constant>(NewPtr), Idxs);
767       } else {
768         GetElementPtrInst *GEPI = cast<GetElementPtrInst>(GEP);
769         SmallVector<Value*, 8> Idxs;
770         Idxs.push_back(NullInt);
771         for (unsigned i = 3, e = GEPI->getNumOperands(); i != e; ++i)
772           Idxs.push_back(GEPI->getOperand(i));
773         NewPtr = GetElementPtrInst::Create(NewPtr, Idxs,
774                                            GEPI->getName()+"."+Twine(Val),GEPI);
775       }
776     }
777     GEP->replaceAllUsesWith(NewPtr);
778
779     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(GEP))
780       GEPI->eraseFromParent();
781     else
782       cast<ConstantExpr>(GEP)->destroyConstant();
783   }
784
785   // Delete the old global, now that it is dead.
786   Globals.erase(GV);
787   ++NumSRA;
788
789   // Loop over the new globals array deleting any globals that are obviously
790   // dead.  This can arise due to scalarization of a structure or an array that
791   // has elements that are dead.
792   unsigned FirstGlobal = 0;
793   for (unsigned i = 0, e = NewGlobals.size(); i != e; ++i)
794     if (NewGlobals[i]->use_empty()) {
795       Globals.erase(NewGlobals[i]);
796       if (FirstGlobal == i) ++FirstGlobal;
797     }
798
799   return FirstGlobal != NewGlobals.size() ? NewGlobals[FirstGlobal] : 0;
800 }
801
802 /// AllUsesOfValueWillTrapIfNull - Return true if all users of the specified
803 /// value will trap if the value is dynamically null.  PHIs keeps track of any
804 /// phi nodes we've seen to avoid reprocessing them.
805 static bool AllUsesOfValueWillTrapIfNull(const Value *V,
806                                          SmallPtrSet<const PHINode*, 8> &PHIs) {
807   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;
808        ++UI) {
809     const User *U = *UI;
810
811     if (isa<LoadInst>(U)) {
812       // Will trap.
813     } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
814       if (SI->getOperand(0) == V) {
815         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
816         return false;  // Storing the value.
817       }
818     } else if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(U)) {
819       if (CI->getCalledValue() != V) {
820         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
821         return false;  // Not calling the ptr
822       }
823     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(U)) {
824       if (II->getCalledValue() != V) {
825         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
826         return false;  // Not calling the ptr
827       }
828     } else if (const BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
829       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(CI, PHIs)) return false;
830     } else if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
831       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(GEPI, PHIs)) return false;
832     } else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
833       // If we've already seen this phi node, ignore it, it has already been
834       // checked.
835       if (PHIs.insert(PN) && !AllUsesOfValueWillTrapIfNull(PN, PHIs))
836         return false;
837     } else if (isa<ICmpInst>(U) &&
838                isa<ConstantPointerNull>(UI->getOperand(1))) {
839       // Ignore icmp X, null
840     } else {
841       //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
842       return false;
843     }
844   }
845   return true;
846 }
847
848 /// AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull - Return true if all uses of any loads
849 /// from GV will trap if the loaded value is null.  Note that this also permits
850 /// comparisons of the loaded value against null, as a special case.
851 static bool AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(const GlobalVariable *GV) {
852   for (Value::const_use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
853        UI != E; ++UI) {
854     const User *U = *UI;
855
856     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
857       SmallPtrSet<const PHINode*, 8> PHIs;
858       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(LI, PHIs))
859         return false;
860     } else if (isa<StoreInst>(U)) {
861       // Ignore stores to the global.
862     } else {
863       // We don't know or understand this user, bail out.
864       //cerr << "UNKNOWN USER OF GLOBAL!: " << *U;
865       return false;
866     }
867   }
868   return true;
869 }
870
871 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(Value *V, Constant *NewV) {
872   bool Changed = false;
873   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; ) {
874     Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
875     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
876       LI->setOperand(0, NewV);
877       Changed = true;
878     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
879       if (SI->getOperand(1) == V) {
880         SI->setOperand(1, NewV);
881         Changed = true;
882       }
883     } else if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I)) {
884       CallSite CS(I);
885       if (CS.getCalledValue() == V) {
886         // Calling through the pointer!  Turn into a direct call, but be careful
887         // that the pointer is not also being passed as an argument.
888         CS.setCalledFunction(NewV);
889         Changed = true;
890         bool PassedAsArg = false;
891         for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
892           if (CS.getArgument(i) == V) {
893             PassedAsArg = true;
894             CS.setArgument(i, NewV);
895           }
896
897         if (PassedAsArg) {
898           // Being passed as an argument also.  Be careful to not invalidate UI!
899           UI = V->use_begin();
900         }
901       }
902     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
903       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(CI,
904                                 ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
905                                                       NewV, CI->getType()));
906       if (CI->use_empty()) {
907         Changed = true;
908         CI->eraseFromParent();
909       }
910     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
911       // Should handle GEP here.
912       SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
913       Idxs.reserve(GEPI->getNumOperands()-1);
914       for (User::op_iterator i = GEPI->op_begin() + 1, e = GEPI->op_end();
915            i != e; ++i)
916         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(*i))
917           Idxs.push_back(C);
918         else
919           break;
920       if (Idxs.size() == GEPI->getNumOperands()-1)
921         Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(GEPI,
922                           ConstantExpr::getGetElementPtr(NewV, Idxs));
923       if (GEPI->use_empty()) {
924         Changed = true;
925         GEPI->eraseFromParent();
926       }
927     }
928   }
929
930   return Changed;
931 }
932
933
934 /// OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads - The specified global has only one non-null
935 /// value stored into it.  If there are uses of the loaded value that would trap
936 /// if the loaded value is dynamically null, then we know that they cannot be
937 /// reachable with a null optimize away the load.
938 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GlobalVariable *GV, Constant *LV,
939                                             DataLayout *TD,
940                                             TargetLibraryInfo *TLI) {
941   bool Changed = false;
942
943   // Keep track of whether we are able to remove all the uses of the global
944   // other than the store that defines it.
945   bool AllNonStoreUsesGone = true;
946
947   // Replace all uses of loads with uses of uses of the stored value.
948   for (Value::use_iterator GUI = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); GUI != E;){
949     User *GlobalUser = *GUI++;
950     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(GlobalUser)) {
951       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(LI, LV);
952       // If we were able to delete all uses of the loads
953       if (LI->use_empty()) {
954         LI->eraseFromParent();
955         Changed = true;
956       } else {
957         AllNonStoreUsesGone = false;
958       }
959     } else if (isa<StoreInst>(GlobalUser)) {
960       // Ignore the store that stores "LV" to the global.
961       assert(GlobalUser->getOperand(1) == GV &&
962              "Must be storing *to* the global");
963     } else {
964       AllNonStoreUsesGone = false;
965
966       // If we get here we could have other crazy uses that are transitively
967       // loaded.
968       assert((isa<PHINode>(GlobalUser) || isa<SelectInst>(GlobalUser) ||
969               isa<ConstantExpr>(GlobalUser) || isa<CmpInst>(GlobalUser) ||
970               isa<BitCastInst>(GlobalUser) ||
971               isa<GetElementPtrInst>(GlobalUser)) &&
972              "Only expect load and stores!");
973     }
974   }
975
976   if (Changed) {
977     DEBUG(dbgs() << "OPTIMIZED LOADS FROM STORED ONCE POINTER: " << *GV);
978     ++NumGlobUses;
979   }
980
981   // If we nuked all of the loads, then none of the stores are needed either,
982   // nor is the global.
983   if (AllNonStoreUsesGone) {
984     if (isLeakCheckerRoot(GV)) {
985       Changed |= CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
986     } else {
987       Changed = true;
988       CleanupConstantGlobalUsers(GV, 0, TD, TLI);
989     }
990     if (GV->use_empty()) {
991       DEBUG(dbgs() << "  *** GLOBAL NOW DEAD!\n");
992       Changed = true;
993       GV->eraseFromParent();
994       ++NumDeleted;
995     }
996   }
997   return Changed;
998 }
999
1000 /// ConstantPropUsersOf - Walk the use list of V, constant folding all of the
1001 /// instructions that are foldable.
1002 static void ConstantPropUsersOf(Value *V,
1003                                 DataLayout *TD, TargetLibraryInfo *TLI) {
1004   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; )
1005     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(*UI++))
1006       if (Constant *NewC = ConstantFoldInstruction(I, TD, TLI)) {
1007         I->replaceAllUsesWith(NewC);
1008
1009         // Advance UI to the next non-I use to avoid invalidating it!
1010         // Instructions could multiply use V.
1011         while (UI != E && *UI == I)
1012           ++UI;
1013         I->eraseFromParent();
1014       }
1015 }
1016
1017 /// OptimizeGlobalAddressOfMalloc - This function takes the specified global
1018 /// variable, and transforms the program as if it always contained the result of
1019 /// the specified malloc.  Because it is always the result of the specified
1020 /// malloc, there is no reason to actually DO the malloc.  Instead, turn the
1021 /// malloc into a global, and any loads of GV as uses of the new global.
1022 static GlobalVariable *OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GlobalVariable *GV,
1023                                                      CallInst *CI,
1024                                                      Type *AllocTy,
1025                                                      ConstantInt *NElements,
1026                                                      DataLayout *TD,
1027                                                      TargetLibraryInfo *TLI) {
1028   DEBUG(errs() << "PROMOTING GLOBAL: " << *GV << "  CALL = " << *CI << '\n');
1029
1030   Type *GlobalType;
1031   if (NElements->getZExtValue() == 1)
1032     GlobalType = AllocTy;
1033   else
1034     // If we have an array allocation, the global variable is of an array.
1035     GlobalType = ArrayType::get(AllocTy, NElements->getZExtValue());
1036
1037   // Create the new global variable.  The contents of the malloc'd memory is
1038   // undefined, so initialize with an undef value.
1039   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(*GV->getParent(),
1040                                              GlobalType, false,
1041                                              GlobalValue::InternalLinkage,
1042                                              UndefValue::get(GlobalType),
1043                                              GV->getName()+".body",
1044                                              GV,
1045                                              GV->getThreadLocalMode());
1046
1047   // If there are bitcast users of the malloc (which is typical, usually we have
1048   // a malloc + bitcast) then replace them with uses of the new global.  Update
1049   // other users to use the global as well.
1050   BitCastInst *TheBC = 0;
1051   while (!CI->use_empty()) {
1052     Instruction *User = cast<Instruction>(CI->use_back());
1053     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1054       if (BCI->getType() == NewGV->getType()) {
1055         BCI->replaceAllUsesWith(NewGV);
1056         BCI->eraseFromParent();
1057       } else {
1058         BCI->setOperand(0, NewGV);
1059       }
1060     } else {
1061       if (TheBC == 0)
1062         TheBC = new BitCastInst(NewGV, CI->getType(), "newgv", CI);
1063       User->replaceUsesOfWith(CI, TheBC);
1064     }
1065   }
1066
1067   Constant *RepValue = NewGV;
1068   if (NewGV->getType() != GV->getType()->getElementType())
1069     RepValue = ConstantExpr::getBitCast(RepValue,
1070                                         GV->getType()->getElementType());
1071
1072   // If there is a comparison against null, we will insert a global bool to
1073   // keep track of whether the global was initialized yet or not.
1074   GlobalVariable *InitBool =
1075     new GlobalVariable(Type::getInt1Ty(GV->getContext()), false,
1076                        GlobalValue::InternalLinkage,
1077                        ConstantInt::getFalse(GV->getContext()),
1078                        GV->getName()+".init", GV->getThreadLocalMode());
1079   bool InitBoolUsed = false;
1080
1081   // Loop over all uses of GV, processing them in turn.
1082   while (!GV->use_empty()) {
1083     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GV->use_back())) {
1084       // The global is initialized when the store to it occurs.
1085       new StoreInst(ConstantInt::getTrue(GV->getContext()), InitBool, false, 0,
1086                     SI->getOrdering(), SI->getSynchScope(), SI);
1087       SI->eraseFromParent();
1088       continue;
1089     }
1090
1091     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(GV->use_back());
1092     while (!LI->use_empty()) {
1093       Use &LoadUse = LI->use_begin().getUse();
1094       if (!isa<ICmpInst>(LoadUse.getUser())) {
1095         LoadUse = RepValue;
1096         continue;
1097       }
1098
1099       ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(LoadUse.getUser());
1100       // Replace the cmp X, 0 with a use of the bool value.
1101       // Sink the load to where the compare was, if atomic rules allow us to.
1102       Value *LV = new LoadInst(InitBool, InitBool->getName()+".val", false, 0,
1103                                LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(),
1104                                LI->isUnordered() ? (Instruction*)ICI : LI);
1105       InitBoolUsed = true;
1106       switch (ICI->getPredicate()) {
1107       default: llvm_unreachable("Unknown ICmp Predicate!");
1108       case ICmpInst::ICMP_ULT:
1109       case ICmpInst::ICMP_SLT:   // X < null -> always false
1110         LV = ConstantInt::getFalse(GV->getContext());
1111         break;
1112       case ICmpInst::ICMP_ULE:
1113       case ICmpInst::ICMP_SLE:
1114       case ICmpInst::ICMP_EQ:
1115         LV = BinaryOperator::CreateNot(LV, "notinit", ICI);
1116         break;
1117       case ICmpInst::ICMP_NE:
1118       case ICmpInst::ICMP_UGE:
1119       case ICmpInst::ICMP_SGE:
1120       case ICmpInst::ICMP_UGT:
1121       case ICmpInst::ICMP_SGT:
1122         break;  // no change.
1123       }
1124       ICI->replaceAllUsesWith(LV);
1125       ICI->eraseFromParent();
1126     }
1127     LI->eraseFromParent();
1128   }
1129
1130   // If the initialization boolean was used, insert it, otherwise delete it.
1131   if (!InitBoolUsed) {
1132     while (!InitBool->use_empty())  // Delete initializations
1133       cast<StoreInst>(InitBool->use_back())->eraseFromParent();
1134     delete InitBool;
1135   } else
1136     GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV, InitBool);
1137
1138   // Now the GV is dead, nuke it and the malloc..
1139   GV->eraseFromParent();
1140   CI->eraseFromParent();
1141
1142   // To further other optimizations, loop over all users of NewGV and try to
1143   // constant prop them.  This will promote GEP instructions with constant
1144   // indices into GEP constant-exprs, which will allow global-opt to hack on it.
1145   ConstantPropUsersOf(NewGV, TD, TLI);
1146   if (RepValue != NewGV)
1147     ConstantPropUsersOf(RepValue, TD, TLI);
1148
1149   return NewGV;
1150 }
1151
1152 /// ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal - Scan the use-list of V checking
1153 /// to make sure that there are no complex uses of V.  We permit simple things
1154 /// like dereferencing the pointer, but not storing through the address, unless
1155 /// it is to the specified global.
1156 static bool ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(const Instruction *V,
1157                                                       const GlobalVariable *GV,
1158                                          SmallPtrSet<const PHINode*, 8> &PHIs) {
1159   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end();
1160        UI != E; ++UI) {
1161     const Instruction *Inst = cast<Instruction>(*UI);
1162
1163     if (isa<LoadInst>(Inst) || isa<CmpInst>(Inst)) {
1164       continue; // Fine, ignore.
1165     }
1166
1167     if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1168       if (SI->getOperand(0) == V && SI->getOperand(1) != GV)
1169         return false;  // Storing the pointer itself... bad.
1170       continue; // Otherwise, storing through it, or storing into GV... fine.
1171     }
1172
1173     // Must index into the array and into the struct.
1174     if (isa<GetElementPtrInst>(Inst) && Inst->getNumOperands() >= 3) {
1175       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(Inst, GV, PHIs))
1176         return false;
1177       continue;
1178     }
1179
1180     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Inst)) {
1181       // PHIs are ok if all uses are ok.  Don't infinitely recurse through PHI
1182       // cycles.
1183       if (PHIs.insert(PN))
1184         if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(PN, GV, PHIs))
1185           return false;
1186       continue;
1187     }
1188
1189     if (const BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Inst)) {
1190       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(BCI, GV, PHIs))
1191         return false;
1192       continue;
1193     }
1194
1195     return false;
1196   }
1197   return true;
1198 }
1199
1200 /// ReplaceUsesOfMallocWithGlobal - The Alloc pointer is stored into GV
1201 /// somewhere.  Transform all uses of the allocation into loads from the
1202 /// global and uses of the resultant pointer.  Further, delete the store into
1203 /// GV.  This assumes that these value pass the
1204 /// 'ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal' predicate.
1205 static void ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(Instruction *Alloc,
1206                                           GlobalVariable *GV) {
1207   while (!Alloc->use_empty()) {
1208     Instruction *U = cast<Instruction>(*Alloc->use_begin());
1209     Instruction *InsertPt = U;
1210     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1211       // If this is the store of the allocation into the global, remove it.
1212       if (SI->getOperand(1) == GV) {
1213         SI->eraseFromParent();
1214         continue;
1215       }
1216     } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1217       // Insert the load in the corresponding predecessor, not right before the
1218       // PHI.
1219       InsertPt = PN->getIncomingBlock(Alloc->use_begin())->getTerminator();
1220     } else if (isa<BitCastInst>(U)) {
1221       // Must be bitcast between the malloc and store to initialize the global.
1222       ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(U, GV);
1223       U->eraseFromParent();
1224       continue;
1225     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
1226       // If this is a "GEP bitcast" and the user is a store to the global, then
1227       // just process it as a bitcast.
1228       if (GEPI->hasAllZeroIndices() && GEPI->hasOneUse())
1229         if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GEPI->use_back()))
1230           if (SI->getOperand(1) == GV) {
1231             // Must be bitcast GEP between the malloc and store to initialize
1232             // the global.
1233             ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(GEPI, GV);
1234             GEPI->eraseFromParent();
1235             continue;
1236           }
1237     }
1238
1239     // Insert a load from the global, and use it instead of the malloc.
1240     Value *NL = new LoadInst(GV, GV->getName()+".val", InsertPt);
1241     U->replaceUsesOfWith(Alloc, NL);
1242   }
1243 }
1244
1245 /// LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA - Verify that all uses of V (a load, or a phi
1246 /// of a load) are simple enough to perform heap SRA on.  This permits GEP's
1247 /// that index through the array and struct field, icmps of null, and PHIs.
1248 static bool LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(const Value *V,
1249                         SmallPtrSet<const PHINode*, 32> &LoadUsingPHIs,
1250                         SmallPtrSet<const PHINode*, 32> &LoadUsingPHIsPerLoad) {
1251   // We permit two users of the load: setcc comparing against the null
1252   // pointer, and a getelementptr of a specific form.
1253   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;
1254        ++UI) {
1255     const Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1256
1257     // Comparison against null is ok.
1258     if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(User)) {
1259       if (!isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1260         return false;
1261       continue;
1262     }
1263
1264     // getelementptr is also ok, but only a simple form.
1265     if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1266       // Must index into the array and into the struct.
1267       if (GEPI->getNumOperands() < 3)
1268         return false;
1269
1270       // Otherwise the GEP is ok.
1271       continue;
1272     }
1273
1274     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1275       if (!LoadUsingPHIsPerLoad.insert(PN))
1276         // This means some phi nodes are dependent on each other.
1277         // Avoid infinite looping!
1278         return false;
1279       if (!LoadUsingPHIs.insert(PN))
1280         // If we have already analyzed this PHI, then it is safe.
1281         continue;
1282
1283       // Make sure all uses of the PHI are simple enough to transform.
1284       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(PN,
1285                                           LoadUsingPHIs, LoadUsingPHIsPerLoad))
1286         return false;
1287
1288       continue;
1289     }
1290
1291     // Otherwise we don't know what this is, not ok.
1292     return false;
1293   }
1294
1295   return true;
1296 }
1297
1298
1299 /// AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA - If all users of values loaded from
1300 /// GV are simple enough to perform HeapSRA, return true.
1301 static bool AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(const GlobalVariable *GV,
1302                                                     Instruction *StoredVal) {
1303   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> LoadUsingPHIs;
1304   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> LoadUsingPHIsPerLoad;
1305   for (Value::const_use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
1306        UI != E; ++UI)
1307     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
1308       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(LI, LoadUsingPHIs,
1309                                           LoadUsingPHIsPerLoad))
1310         return false;
1311       LoadUsingPHIsPerLoad.clear();
1312     }
1313
1314   // If we reach here, we know that all uses of the loads and transitive uses
1315   // (through PHI nodes) are simple enough to transform.  However, we don't know
1316   // that all inputs the to the PHI nodes are in the same equivalence sets.
1317   // Check to verify that all operands of the PHIs are either PHIS that can be
1318   // transformed, loads from GV, or MI itself.
1319   for (SmallPtrSet<const PHINode*, 32>::const_iterator I = LoadUsingPHIs.begin()
1320        , E = LoadUsingPHIs.end(); I != E; ++I) {
1321     const PHINode *PN = *I;
1322     for (unsigned op = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); op != e; ++op) {
1323       Value *InVal = PN->getIncomingValue(op);
1324
1325       // PHI of the stored value itself is ok.
1326       if (InVal == StoredVal) continue;
1327
1328       if (const PHINode *InPN = dyn_cast<PHINode>(InVal)) {
1329         // One of the PHIs in our set is (optimistically) ok.
1330         if (LoadUsingPHIs.count(InPN))
1331           continue;
1332         return false;
1333       }
1334
1335       // Load from GV is ok.
1336       if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(InVal))
1337         if (LI->getOperand(0) == GV)
1338           continue;
1339
1340       // UNDEF? NULL?
1341
1342       // Anything else is rejected.
1343       return false;
1344     }
1345   }
1346
1347   return true;
1348 }
1349
1350 static Value *GetHeapSROAValue(Value *V, unsigned FieldNo,
1351                DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1352                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1353   std::vector<Value*> &FieldVals = InsertedScalarizedValues[V];
1354
1355   if (FieldNo >= FieldVals.size())
1356     FieldVals.resize(FieldNo+1);
1357
1358   // If we already have this value, just reuse the previously scalarized
1359   // version.
1360   if (Value *FieldVal = FieldVals[FieldNo])
1361     return FieldVal;
1362
1363   // Depending on what instruction this is, we have several cases.
1364   Value *Result;
1365   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
1366     // This is a scalarized version of the load from the global.  Just create
1367     // a new Load of the scalarized global.
1368     Result = new LoadInst(GetHeapSROAValue(LI->getOperand(0), FieldNo,
1369                                            InsertedScalarizedValues,
1370                                            PHIsToRewrite),
1371                           LI->getName()+".f"+Twine(FieldNo), LI);
1372   } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1373     // PN's type is pointer to struct.  Make a new PHI of pointer to struct
1374     // field.
1375     StructType *ST =
1376       cast<StructType>(cast<PointerType>(PN->getType())->getElementType());
1377
1378     PHINode *NewPN =
1379      PHINode::Create(PointerType::getUnqual(ST->getElementType(FieldNo)),
1380                      PN->getNumIncomingValues(),
1381                      PN->getName()+".f"+Twine(FieldNo), PN);
1382     Result = NewPN;
1383     PHIsToRewrite.push_back(std::make_pair(PN, FieldNo));
1384   } else {
1385     llvm_unreachable("Unknown usable value");
1386   }
1387
1388   return FieldVals[FieldNo] = Result;
1389 }
1390
1391 /// RewriteHeapSROALoadUser - Given a load instruction and a value derived from
1392 /// the load, rewrite the derived value to use the HeapSRoA'd load.
1393 static void RewriteHeapSROALoadUser(Instruction *LoadUser,
1394              DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1395                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1396   // If this is a comparison against null, handle it.
1397   if (ICmpInst *SCI = dyn_cast<ICmpInst>(LoadUser)) {
1398     assert(isa<ConstantPointerNull>(SCI->getOperand(1)));
1399     // If we have a setcc of the loaded pointer, we can use a setcc of any
1400     // field.
1401     Value *NPtr = GetHeapSROAValue(SCI->getOperand(0), 0,
1402                                    InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1403
1404     Value *New = new ICmpInst(SCI, SCI->getPredicate(), NPtr,
1405                               Constant::getNullValue(NPtr->getType()),
1406                               SCI->getName());
1407     SCI->replaceAllUsesWith(New);
1408     SCI->eraseFromParent();
1409     return;
1410   }
1411
1412   // Handle 'getelementptr Ptr, Idx, i32 FieldNo ...'
1413   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LoadUser)) {
1414     assert(GEPI->getNumOperands() >= 3 && isa<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))
1415            && "Unexpected GEPI!");
1416
1417     // Load the pointer for this field.
1418     unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))->getZExtValue();
1419     Value *NewPtr = GetHeapSROAValue(GEPI->getOperand(0), FieldNo,
1420                                      InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1421
1422     // Create the new GEP idx vector.
1423     SmallVector<Value*, 8> GEPIdx;
1424     GEPIdx.push_back(GEPI->getOperand(1));
1425     GEPIdx.append(GEPI->op_begin()+3, GEPI->op_end());
1426
1427     Value *NGEPI = GetElementPtrInst::Create(NewPtr, GEPIdx,
1428                                              GEPI->getName(), GEPI);
1429     GEPI->replaceAllUsesWith(NGEPI);
1430     GEPI->eraseFromParent();
1431     return;
1432   }
1433
1434   // Recursively transform the users of PHI nodes.  This will lazily create the
1435   // PHIs that are needed for individual elements.  Keep track of what PHIs we
1436   // see in InsertedScalarizedValues so that we don't get infinite loops (very
1437   // antisocial).  If the PHI is already in InsertedScalarizedValues, it has
1438   // already been seen first by another load, so its uses have already been
1439   // processed.
1440   PHINode *PN = cast<PHINode>(LoadUser);
1441   if (!InsertedScalarizedValues.insert(std::make_pair(PN,
1442                                               std::vector<Value*>())).second)
1443     return;
1444
1445   // If this is the first time we've seen this PHI, recursively process all
1446   // users.
1447   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end(); UI != E; ) {
1448     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1449     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1450   }
1451 }
1452
1453 /// RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA - We are performing Heap SRoA on a global.  Ptr
1454 /// is a value loaded from the global.  Eliminate all uses of Ptr, making them
1455 /// use FieldGlobals instead.  All uses of loaded values satisfy
1456 /// AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA.
1457 static void RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LoadInst *Load,
1458                DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1459                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1460   for (Value::use_iterator UI = Load->use_begin(), E = Load->use_end();
1461        UI != E; ) {
1462     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1463     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1464   }
1465
1466   if (Load->use_empty()) {
1467     Load->eraseFromParent();
1468     InsertedScalarizedValues.erase(Load);
1469   }
1470 }
1471
1472 /// PerformHeapAllocSRoA - CI is an allocation of an array of structures.  Break
1473 /// it up into multiple allocations of arrays of the fields.
1474 static GlobalVariable *PerformHeapAllocSRoA(GlobalVariable *GV, CallInst *CI,
1475                                             Value *NElems, DataLayout *TD,
1476                                             const TargetLibraryInfo *TLI) {
1477   DEBUG(dbgs() << "SROA HEAP ALLOC: " << *GV << "  MALLOC = " << *CI << '\n');
1478   Type *MAT = getMallocAllocatedType(CI, TLI);
1479   StructType *STy = cast<StructType>(MAT);
1480
1481   // There is guaranteed to be at least one use of the malloc (storing
1482   // it into GV).  If there are other uses, change them to be uses of
1483   // the global to simplify later code.  This also deletes the store
1484   // into GV.
1485   ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(CI, GV);
1486
1487   // Okay, at this point, there are no users of the malloc.  Insert N
1488   // new mallocs at the same place as CI, and N globals.
1489   std::vector<Value*> FieldGlobals;
1490   std::vector<Value*> FieldMallocs;
1491
1492   for (unsigned FieldNo = 0, e = STy->getNumElements(); FieldNo != e;++FieldNo){
1493     Type *FieldTy = STy->getElementType(FieldNo);
1494     PointerType *PFieldTy = PointerType::getUnqual(FieldTy);
1495
1496     GlobalVariable *NGV =
1497       new GlobalVariable(*GV->getParent(),
1498                          PFieldTy, false, GlobalValue::InternalLinkage,
1499                          Constant::getNullValue(PFieldTy),
1500                          GV->getName() + ".f" + Twine(FieldNo), GV,
1501                          GV->getThreadLocalMode());
1502     FieldGlobals.push_back(NGV);
1503
1504     unsigned TypeSize = TD->getTypeAllocSize(FieldTy);
1505     if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(FieldTy))
1506       TypeSize = TD->getStructLayout(ST)->getSizeInBytes();
1507     Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(CI->getContext());
1508     Value *NMI = CallInst::CreateMalloc(CI, IntPtrTy, FieldTy,
1509                                         ConstantInt::get(IntPtrTy, TypeSize),
1510                                         NElems, 0,
1511                                         CI->getName() + ".f" + Twine(FieldNo));
1512     FieldMallocs.push_back(NMI);
1513     new StoreInst(NMI, NGV, CI);
1514   }
1515
1516   // The tricky aspect of this transformation is handling the case when malloc
1517   // fails.  In the original code, malloc failing would set the result pointer
1518   // of malloc to null.  In this case, some mallocs could succeed and others
1519   // could fail.  As such, we emit code that looks like this:
1520   //    F0 = malloc(field0)
1521   //    F1 = malloc(field1)
1522   //    F2 = malloc(field2)
1523   //    if (F0 == 0 || F1 == 0 || F2 == 0) {
1524   //      if (F0) { free(F0); F0 = 0; }
1525   //      if (F1) { free(F1); F1 = 0; }
1526   //      if (F2) { free(F2); F2 = 0; }
1527   //    }
1528   // The malloc can also fail if its argument is too large.
1529   Constant *ConstantZero = ConstantInt::get(CI->getArgOperand(0)->getType(), 0);
1530   Value *RunningOr = new ICmpInst(CI, ICmpInst::ICMP_SLT, CI->getArgOperand(0),
1531                                   ConstantZero, "isneg");
1532   for (unsigned i = 0, e = FieldMallocs.size(); i != e; ++i) {
1533     Value *Cond = new ICmpInst(CI, ICmpInst::ICMP_EQ, FieldMallocs[i],
1534                              Constant::getNullValue(FieldMallocs[i]->getType()),
1535                                "isnull");
1536     RunningOr = BinaryOperator::CreateOr(RunningOr, Cond, "tmp", CI);
1537   }
1538
1539   // Split the basic block at the old malloc.
1540   BasicBlock *OrigBB = CI->getParent();
1541   BasicBlock *ContBB = OrigBB->splitBasicBlock(CI, "malloc_cont");
1542
1543   // Create the block to check the first condition.  Put all these blocks at the
1544   // end of the function as they are unlikely to be executed.
1545   BasicBlock *NullPtrBlock = BasicBlock::Create(OrigBB->getContext(),
1546                                                 "malloc_ret_null",
1547                                                 OrigBB->getParent());
1548
1549   // Remove the uncond branch from OrigBB to ContBB, turning it into a cond
1550   // branch on RunningOr.
1551   OrigBB->getTerminator()->eraseFromParent();
1552   BranchInst::Create(NullPtrBlock, ContBB, RunningOr, OrigBB);
1553
1554   // Within the NullPtrBlock, we need to emit a comparison and branch for each
1555   // pointer, because some may be null while others are not.
1556   for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1557     Value *GVVal = new LoadInst(FieldGlobals[i], "tmp", NullPtrBlock);
1558     Value *Cmp = new ICmpInst(*NullPtrBlock, ICmpInst::ICMP_NE, GVVal,
1559                               Constant::getNullValue(GVVal->getType()));
1560     BasicBlock *FreeBlock = BasicBlock::Create(Cmp->getContext(), "free_it",
1561                                                OrigBB->getParent());
1562     BasicBlock *NextBlock = BasicBlock::Create(Cmp->getContext(), "next",
1563                                                OrigBB->getParent());
1564     Instruction *BI = BranchInst::Create(FreeBlock, NextBlock,
1565                                          Cmp, NullPtrBlock);
1566
1567     // Fill in FreeBlock.
1568     CallInst::CreateFree(GVVal, BI);
1569     new StoreInst(Constant::getNullValue(GVVal->getType()), FieldGlobals[i],
1570                   FreeBlock);
1571     BranchInst::Create(NextBlock, FreeBlock);
1572
1573     NullPtrBlock = NextBlock;
1574   }
1575
1576   BranchInst::Create(ContBB, NullPtrBlock);
1577
1578   // CI is no longer needed, remove it.
1579   CI->eraseFromParent();
1580
1581   /// InsertedScalarizedLoads - As we process loads, if we can't immediately
1582   /// update all uses of the load, keep track of what scalarized loads are
1583   /// inserted for a given load.
1584   DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > InsertedScalarizedValues;
1585   InsertedScalarizedValues[GV] = FieldGlobals;
1586
1587   std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > PHIsToRewrite;
1588
1589   // Okay, the malloc site is completely handled.  All of the uses of GV are now
1590   // loads, and all uses of those loads are simple.  Rewrite them to use loads
1591   // of the per-field globals instead.
1592   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); UI != E;) {
1593     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1594
1595     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1596       RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LI, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1597       continue;
1598     }
1599
1600     // Must be a store of null.
1601     StoreInst *SI = cast<StoreInst>(User);
1602     assert(isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(0)) &&
1603            "Unexpected heap-sra user!");
1604
1605     // Insert a store of null into each global.
1606     for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1607       PointerType *PT = cast<PointerType>(FieldGlobals[i]->getType());
1608       Constant *Null = Constant::getNullValue(PT->getElementType());
1609       new StoreInst(Null, FieldGlobals[i], SI);
1610     }
1611     // Erase the original store.
1612     SI->eraseFromParent();
1613   }
1614
1615   // While we have PHIs that are interesting to rewrite, do it.
1616   while (!PHIsToRewrite.empty()) {
1617     PHINode *PN = PHIsToRewrite.back().first;
1618     unsigned FieldNo = PHIsToRewrite.back().second;
1619     PHIsToRewrite.pop_back();
1620     PHINode *FieldPN = cast<PHINode>(InsertedScalarizedValues[PN][FieldNo]);
1621     assert(FieldPN->getNumIncomingValues() == 0 &&"Already processed this phi");
1622
1623     // Add all the incoming values.  This can materialize more phis.
1624     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1625       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1626       InVal = GetHeapSROAValue(InVal, FieldNo, InsertedScalarizedValues,
1627                                PHIsToRewrite);
1628       FieldPN->addIncoming(InVal, PN->getIncomingBlock(i));
1629     }
1630   }
1631
1632   // Drop all inter-phi links and any loads that made it this far.
1633   for (DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator
1634        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1635        I != E; ++I) {
1636     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1637       PN->dropAllReferences();
1638     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1639       LI->dropAllReferences();
1640   }
1641
1642   // Delete all the phis and loads now that inter-references are dead.
1643   for (DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator
1644        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1645        I != E; ++I) {
1646     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1647       PN->eraseFromParent();
1648     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1649       LI->eraseFromParent();
1650   }
1651
1652   // The old global is now dead, remove it.
1653   GV->eraseFromParent();
1654
1655   ++NumHeapSRA;
1656   return cast<GlobalVariable>(FieldGlobals[0]);
1657 }
1658
1659 /// TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal - This function is called when we see a
1660 /// pointer global variable with a single value stored it that is a malloc or
1661 /// cast of malloc.
1662 static bool TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GlobalVariable *GV,
1663                                                CallInst *CI,
1664                                                Type *AllocTy,
1665                                                AtomicOrdering Ordering,
1666                                                Module::global_iterator &GVI,
1667                                                DataLayout *TD,
1668                                                TargetLibraryInfo *TLI) {
1669   if (!TD)
1670     return false;
1671
1672   // If this is a malloc of an abstract type, don't touch it.
1673   if (!AllocTy->isSized())
1674     return false;
1675
1676   // We can't optimize this global unless all uses of it are *known* to be
1677   // of the malloc value, not of the null initializer value (consider a use
1678   // that compares the global's value against zero to see if the malloc has
1679   // been reached).  To do this, we check to see if all uses of the global
1680   // would trap if the global were null: this proves that they must all
1681   // happen after the malloc.
1682   if (!AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(GV))
1683     return false;
1684
1685   // We can't optimize this if the malloc itself is used in a complex way,
1686   // for example, being stored into multiple globals.  This allows the
1687   // malloc to be stored into the specified global, loaded icmp'd, and
1688   // GEP'd.  These are all things we could transform to using the global
1689   // for.
1690   SmallPtrSet<const PHINode*, 8> PHIs;
1691   if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(CI, GV, PHIs))
1692     return false;
1693
1694   // If we have a global that is only initialized with a fixed size malloc,
1695   // transform the program to use global memory instead of malloc'd memory.
1696   // This eliminates dynamic allocation, avoids an indirection accessing the
1697   // data, and exposes the resultant global to further GlobalOpt.
1698   // We cannot optimize the malloc if we cannot determine malloc array size.
1699   Value *NElems = getMallocArraySize(CI, TD, TLI, true);
1700   if (!NElems)
1701     return false;
1702
1703   if (ConstantInt *NElements = dyn_cast<ConstantInt>(NElems))
1704     // Restrict this transformation to only working on small allocations
1705     // (2048 bytes currently), as we don't want to introduce a 16M global or
1706     // something.
1707     if (NElements->getZExtValue() * TD->getTypeAllocSize(AllocTy) < 2048) {
1708       GVI = OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GV, CI, AllocTy, NElements, TD, TLI);
1709       return true;
1710     }
1711
1712   // If the allocation is an array of structures, consider transforming this
1713   // into multiple malloc'd arrays, one for each field.  This is basically
1714   // SRoA for malloc'd memory.
1715
1716   if (Ordering != NotAtomic)
1717     return false;
1718
1719   // If this is an allocation of a fixed size array of structs, analyze as a
1720   // variable size array.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1721   if (NElems == ConstantInt::get(CI->getArgOperand(0)->getType(), 1))
1722     if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(AllocTy))
1723       AllocTy = AT->getElementType();
1724
1725   StructType *AllocSTy = dyn_cast<StructType>(AllocTy);
1726   if (!AllocSTy)
1727     return false;
1728
1729   // This the structure has an unreasonable number of fields, leave it
1730   // alone.
1731   if (AllocSTy->getNumElements() <= 16 && AllocSTy->getNumElements() != 0 &&
1732       AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(GV, CI)) {
1733
1734     // If this is a fixed size array, transform the Malloc to be an alloc of
1735     // structs.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1736     if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(getMallocAllocatedType(CI, TLI))) {
1737       Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(CI->getContext());
1738       unsigned TypeSize = TD->getStructLayout(AllocSTy)->getSizeInBytes();
1739       Value *AllocSize = ConstantInt::get(IntPtrTy, TypeSize);
1740       Value *NumElements = ConstantInt::get(IntPtrTy, AT->getNumElements());
1741       Instruction *Malloc = CallInst::CreateMalloc(CI, IntPtrTy, AllocSTy,
1742                                                    AllocSize, NumElements,
1743                                                    0, CI->getName());
1744       Instruction *Cast = new BitCastInst(Malloc, CI->getType(), "tmp", CI);
1745       CI->replaceAllUsesWith(Cast);
1746       CI->eraseFromParent();
1747       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Malloc))
1748         CI = cast<CallInst>(BCI->getOperand(0));
1749       else
1750         CI = cast<CallInst>(Malloc);
1751     }
1752
1753     GVI = PerformHeapAllocSRoA(GV, CI, getMallocArraySize(CI, TD, TLI, true),
1754                                TD, TLI);
1755     return true;
1756   }
1757
1758   return false;
1759 }
1760
1761 // OptimizeOnceStoredGlobal - Try to optimize globals based on the knowledge
1762 // that only one value (besides its initializer) is ever stored to the global.
1763 static bool OptimizeOnceStoredGlobal(GlobalVariable *GV, Value *StoredOnceVal,
1764                                      AtomicOrdering Ordering,
1765                                      Module::global_iterator &GVI,
1766                                      DataLayout *TD, TargetLibraryInfo *TLI) {
1767   // Ignore no-op GEPs and bitcasts.
1768   StoredOnceVal = StoredOnceVal->stripPointerCasts();
1769
1770   // If we are dealing with a pointer global that is initialized to null and
1771   // only has one (non-null) value stored into it, then we can optimize any
1772   // users of the loaded value (often calls and loads) that would trap if the
1773   // value was null.
1774   if (GV->getInitializer()->getType()->isPointerTy() &&
1775       GV->getInitializer()->isNullValue()) {
1776     if (Constant *SOVC = dyn_cast<Constant>(StoredOnceVal)) {
1777       if (GV->getInitializer()->getType() != SOVC->getType())
1778         SOVC = ConstantExpr::getBitCast(SOVC, GV->getInitializer()->getType());
1779
1780       // Optimize away any trapping uses of the loaded value.
1781       if (OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GV, SOVC, TD, TLI))
1782         return true;
1783     } else if (CallInst *CI = extractMallocCall(StoredOnceVal, TLI)) {
1784       Type *MallocType = getMallocAllocatedType(CI, TLI);
1785       if (MallocType &&
1786           TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GV, CI, MallocType, Ordering, GVI,
1787                                              TD, TLI))
1788         return true;
1789     }
1790   }
1791
1792   return false;
1793 }
1794
1795 /// TryToShrinkGlobalToBoolean - At this point, we have learned that the only
1796 /// two values ever stored into GV are its initializer and OtherVal.  See if we
1797 /// can shrink the global into a boolean and select between the two values
1798 /// whenever it is used.  This exposes the values to other scalar optimizations.
1799 static bool TryToShrinkGlobalToBoolean(GlobalVariable *GV, Constant *OtherVal) {
1800   Type *GVElType = GV->getType()->getElementType();
1801
1802   // If GVElType is already i1, it is already shrunk.  If the type of the GV is
1803   // an FP value, pointer or vector, don't do this optimization because a select
1804   // between them is very expensive and unlikely to lead to later
1805   // simplification.  In these cases, we typically end up with "cond ? v1 : v2"
1806   // where v1 and v2 both require constant pool loads, a big loss.
1807   if (GVElType == Type::getInt1Ty(GV->getContext()) ||
1808       GVElType->isFloatingPointTy() ||
1809       GVElType->isPointerTy() || GVElType->isVectorTy())
1810     return false;
1811
1812   // Walk the use list of the global seeing if all the uses are load or store.
1813   // If there is anything else, bail out.
1814   for (Value::use_iterator I = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); I != E; ++I){
1815     User *U = *I;
1816     if (!isa<LoadInst>(U) && !isa<StoreInst>(U))
1817       return false;
1818   }
1819
1820   DEBUG(dbgs() << "   *** SHRINKING TO BOOL: " << *GV);
1821
1822   // Create the new global, initializing it to false.
1823   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(Type::getInt1Ty(GV->getContext()),
1824                                              false,
1825                                              GlobalValue::InternalLinkage,
1826                                         ConstantInt::getFalse(GV->getContext()),
1827                                              GV->getName()+".b",
1828                                              GV->getThreadLocalMode());
1829   GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV, NewGV);
1830
1831   Constant *InitVal = GV->getInitializer();
1832   assert(InitVal->getType() != Type::getInt1Ty(GV->getContext()) &&
1833          "No reason to shrink to bool!");
1834
1835   // If initialized to zero and storing one into the global, we can use a cast
1836   // instead of a select to synthesize the desired value.
1837   bool IsOneZero = false;
1838   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal))
1839     IsOneZero = InitVal->isNullValue() && CI->isOne();
1840
1841   while (!GV->use_empty()) {
1842     Instruction *UI = cast<Instruction>(GV->use_back());
1843     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
1844       // Change the store into a boolean store.
1845       bool StoringOther = SI->getOperand(0) == OtherVal;
1846       // Only do this if we weren't storing a loaded value.
1847       Value *StoreVal;
1848       if (StoringOther || SI->getOperand(0) == InitVal)
1849         StoreVal = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(GV->getContext()),
1850                                     StoringOther);
1851       else {
1852         // Otherwise, we are storing a previously loaded copy.  To do this,
1853         // change the copy from copying the original value to just copying the
1854         // bool.
1855         Instruction *StoredVal = cast<Instruction>(SI->getOperand(0));
1856
1857         // If we've already replaced the input, StoredVal will be a cast or
1858         // select instruction.  If not, it will be a load of the original
1859         // global.
1860         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(StoredVal)) {
1861           assert(LI->getOperand(0) == GV && "Not a copy!");
1862           // Insert a new load, to preserve the saved value.
1863           StoreVal = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", false, 0,
1864                                   LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(), LI);
1865         } else {
1866           assert((isa<CastInst>(StoredVal) || isa<SelectInst>(StoredVal)) &&
1867                  "This is not a form that we understand!");
1868           StoreVal = StoredVal->getOperand(0);
1869           assert(isa<LoadInst>(StoreVal) && "Not a load of NewGV!");
1870         }
1871       }
1872       new StoreInst(StoreVal, NewGV, false, 0,
1873                     SI->getOrdering(), SI->getSynchScope(), SI);
1874     } else {
1875       // Change the load into a load of bool then a select.
1876       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(UI);
1877       LoadInst *NLI = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", false, 0,
1878                                    LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(), LI);
1879       Value *NSI;
1880       if (IsOneZero)
1881         NSI = new ZExtInst(NLI, LI->getType(), "", LI);
1882       else
1883         NSI = SelectInst::Create(NLI, OtherVal, InitVal, "", LI);
1884       NSI->takeName(LI);
1885       LI->replaceAllUsesWith(NSI);
1886     }
1887     UI->eraseFromParent();
1888   }
1889
1890   GV->eraseFromParent();
1891   return true;
1892 }
1893
1894
1895 /// ProcessGlobal - Analyze the specified global variable and optimize it if
1896 /// possible.  If we make a change, return true.
1897 bool GlobalOpt::ProcessGlobal(GlobalVariable *GV,
1898                               Module::global_iterator &GVI) {
1899   if (!GV->isDiscardableIfUnused())
1900     return false;
1901
1902   // Do more involved optimizations if the global is internal.
1903   GV->removeDeadConstantUsers();
1904
1905   if (GV->use_empty()) {
1906     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL DEAD: " << *GV);
1907     GV->eraseFromParent();
1908     ++NumDeleted;
1909     return true;
1910   }
1911
1912   if (!GV->hasLocalLinkage())
1913     return false;
1914
1915   SmallPtrSet<const PHINode*, 16> PHIUsers;
1916   GlobalStatus GS;
1917
1918   if (AnalyzeGlobal(GV, GS, PHIUsers))
1919     return false;
1920
1921   if (!GS.isCompared && !GV->hasUnnamedAddr()) {
1922     GV->setUnnamedAddr(true);
1923     NumUnnamed++;
1924   }
1925
1926   if (GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
1927     return false;
1928
1929   return ProcessInternalGlobal(GV, GVI, PHIUsers, GS);
1930 }
1931
1932 /// ProcessInternalGlobal - Analyze the specified global variable and optimize
1933 /// it if possible.  If we make a change, return true.
1934 bool GlobalOpt::ProcessInternalGlobal(GlobalVariable *GV,
1935                                       Module::global_iterator &GVI,
1936                                 const SmallPtrSet<const PHINode*, 16> &PHIUsers,
1937                                       const GlobalStatus &GS) {
1938   // If this is a first class global and has only one accessing function
1939   // and this function is main (which we know is not recursive we can make
1940   // this global a local variable) we replace the global with a local alloca
1941   // in this function.
1942   //
1943   // NOTE: It doesn't make sense to promote non single-value types since we
1944   // are just replacing static memory to stack memory.
1945   //
1946   // If the global is in different address space, don't bring it to stack.
1947   if (!GS.HasMultipleAccessingFunctions &&
1948       GS.AccessingFunction && !GS.HasNonInstructionUser &&
1949       GV->getType()->getElementType()->isSingleValueType() &&
1950       GS.AccessingFunction->getName() == "main" &&
1951       GS.AccessingFunction->hasExternalLinkage() &&
1952       GV->getType()->getAddressSpace() == 0) {
1953     DEBUG(dbgs() << "LOCALIZING GLOBAL: " << *GV);
1954     Instruction &FirstI = const_cast<Instruction&>(*GS.AccessingFunction
1955                                                    ->getEntryBlock().begin());
1956     Type *ElemTy = GV->getType()->getElementType();
1957     // FIXME: Pass Global's alignment when globals have alignment
1958     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(ElemTy, NULL, GV->getName(), &FirstI);
1959     if (!isa<UndefValue>(GV->getInitializer()))
1960       new StoreInst(GV->getInitializer(), Alloca, &FirstI);
1961
1962     GV->replaceAllUsesWith(Alloca);
1963     GV->eraseFromParent();
1964     ++NumLocalized;
1965     return true;
1966   }
1967
1968   // If the global is never loaded (but may be stored to), it is dead.
1969   // Delete it now.
1970   if (!GS.isLoaded) {
1971     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL NEVER LOADED: " << *GV);
1972
1973     bool Changed;
1974     if (isLeakCheckerRoot(GV)) {
1975       // Delete any constant stores to the global.
1976       Changed = CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
1977     } else {
1978       // Delete any stores we can find to the global.  We may not be able to
1979       // make it completely dead though.
1980       Changed = CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), TD, TLI);
1981     }
1982
1983     // If the global is dead now, delete it.
1984     if (GV->use_empty()) {
1985       GV->eraseFromParent();
1986       ++NumDeleted;
1987       Changed = true;
1988     }
1989     return Changed;
1990
1991   } else if (GS.StoredType <= GlobalStatus::isInitializerStored) {
1992     DEBUG(dbgs() << "MARKING CONSTANT: " << *GV);
1993     GV->setConstant(true);
1994
1995     // Clean up any obviously simplifiable users now.
1996     CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), TD, TLI);
1997
1998     // If the global is dead now, just nuke it.
1999     if (GV->use_empty()) {
2000       DEBUG(dbgs() << "   *** Marking constant allowed us to simplify "
2001             << "all users and delete global!\n");
2002       GV->eraseFromParent();
2003       ++NumDeleted;
2004     }
2005
2006     ++NumMarked;
2007     return true;
2008   } else if (!GV->getInitializer()->getType()->isSingleValueType()) {
2009     if (DataLayout *TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>())
2010       if (GlobalVariable *FirstNewGV = SRAGlobal(GV, *TD)) {
2011         GVI = FirstNewGV;  // Don't skip the newly produced globals!
2012         return true;
2013       }
2014   } else if (GS.StoredType == GlobalStatus::isStoredOnce) {
2015     // If the initial value for the global was an undef value, and if only
2016     // one other value was stored into it, we can just change the
2017     // initializer to be the stored value, then delete all stores to the
2018     // global.  This allows us to mark it constant.
2019     if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue))
2020       if (isa<UndefValue>(GV->getInitializer())) {
2021         // Change the initial value here.
2022         GV->setInitializer(SOVConstant);
2023
2024         // Clean up any obviously simplifiable users now.
2025         CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), TD, TLI);
2026
2027         if (GV->use_empty()) {
2028           DEBUG(dbgs() << "   *** Substituting initializer allowed us to "
2029                        << "simplify all users and delete global!\n");
2030           GV->eraseFromParent();
2031           ++NumDeleted;
2032         } else {
2033           GVI = GV;
2034         }
2035         ++NumSubstitute;
2036         return true;
2037       }
2038
2039     // Try to optimize globals based on the knowledge that only one value
2040     // (besides its initializer) is ever stored to the global.
2041     if (OptimizeOnceStoredGlobal(GV, GS.StoredOnceValue, GS.Ordering, GVI,
2042                                  TD, TLI))
2043       return true;
2044
2045     // Otherwise, if the global was not a boolean, we can shrink it to be a
2046     // boolean.
2047     if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue))
2048       if (TryToShrinkGlobalToBoolean(GV, SOVConstant)) {
2049         ++NumShrunkToBool;
2050         return true;
2051       }
2052   }
2053
2054   return false;
2055 }
2056
2057 /// ChangeCalleesToFastCall - Walk all of the direct calls of the specified
2058 /// function, changing them to FastCC.
2059 static void ChangeCalleesToFastCall(Function *F) {
2060   for (Value::use_iterator UI = F->use_begin(), E = F->use_end(); UI != E;++UI){
2061     if (isa<BlockAddress>(*UI))
2062       continue;
2063     CallSite User(cast<Instruction>(*UI));
2064     User.setCallingConv(CallingConv::Fast);
2065   }
2066 }
2067
2068 static AttributeSet StripNest(LLVMContext &C, const AttributeSet &Attrs) {
2069   for (unsigned i = 0, e = Attrs.getNumSlots(); i != e; ++i) {
2070     if (!Attrs.getSlot(i).Attrs.hasAttribute(Attribute::Nest))
2071       continue;
2072
2073     // There can be only one.
2074     return Attrs.removeAttr(C, Attrs.getSlot(i).Index,
2075                             Attribute::get(C, Attribute::Nest));
2076   }
2077
2078   return Attrs;
2079 }
2080
2081 static void RemoveNestAttribute(Function *F) {
2082   F->setAttributes(StripNest(F->getContext(), F->getAttributes()));
2083   for (Value::use_iterator UI = F->use_begin(), E = F->use_end(); UI != E;++UI){
2084     if (isa<BlockAddress>(*UI))
2085       continue;
2086     CallSite User(cast<Instruction>(*UI));
2087     User.setAttributes(StripNest(F->getContext(), User.getAttributes()));
2088   }
2089 }
2090
2091 bool GlobalOpt::OptimizeFunctions(Module &M) {
2092   bool Changed = false;
2093   // Optimize functions.
2094   for (Module::iterator FI = M.begin(), E = M.end(); FI != E; ) {
2095     Function *F = FI++;
2096     // Functions without names cannot be referenced outside this module.
2097     if (!F->hasName() && !F->isDeclaration())
2098       F->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
2099     F->removeDeadConstantUsers();
2100     if (F->isDefTriviallyDead()) {
2101       F->eraseFromParent();
2102       Changed = true;
2103       ++NumFnDeleted;
2104     } else if (F->hasLocalLinkage()) {
2105       if (F->getCallingConv() == CallingConv::C && !F->isVarArg() &&
2106           !F->hasAddressTaken()) {
2107         // If this function has C calling conventions, is not a varargs
2108         // function, and is only called directly, promote it to use the Fast
2109         // calling convention.
2110         F->setCallingConv(CallingConv::Fast);
2111         ChangeCalleesToFastCall(F);
2112         ++NumFastCallFns;
2113         Changed = true;
2114       }
2115
2116       if (F->getAttributes().hasAttrSomewhere(Attribute::Nest) &&
2117           !F->hasAddressTaken()) {
2118         // The function is not used by a trampoline intrinsic, so it is safe
2119         // to remove the 'nest' attribute.
2120         RemoveNestAttribute(F);
2121         ++NumNestRemoved;
2122         Changed = true;
2123       }
2124     }
2125   }
2126   return Changed;
2127 }
2128
2129 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalVars(Module &M) {
2130   bool Changed = false;
2131   for (Module::global_iterator GVI = M.global_begin(), E = M.global_end();
2132        GVI != E; ) {
2133     GlobalVariable *GV = GVI++;
2134     // Global variables without names cannot be referenced outside this module.
2135     if (!GV->hasName() && !GV->isDeclaration())
2136       GV->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
2137     // Simplify the initializer.
2138     if (GV->hasInitializer())
2139       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GV->getInitializer())) {
2140         Constant *New = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2141         if (New && New != CE)
2142           GV->setInitializer(New);
2143       }
2144
2145     Changed |= ProcessGlobal(GV, GVI);
2146   }
2147   return Changed;
2148 }
2149
2150 /// FindGlobalCtors - Find the llvm.global_ctors list, verifying that all
2151 /// initializers have an init priority of 65535.
2152 GlobalVariable *GlobalOpt::FindGlobalCtors(Module &M) {
2153   GlobalVariable *GV = M.getGlobalVariable("llvm.global_ctors");
2154   if (GV == 0) return 0;
2155
2156   // Verify that the initializer is simple enough for us to handle. We are
2157   // only allowed to optimize the initializer if it is unique.
2158   if (!GV->hasUniqueInitializer()) return 0;
2159
2160   if (isa<ConstantAggregateZero>(GV->getInitializer()))
2161     return GV;
2162   ConstantArray *CA = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
2163
2164   for (User::op_iterator i = CA->op_begin(), e = CA->op_end(); i != e; ++i) {
2165     if (isa<ConstantAggregateZero>(*i))
2166       continue;
2167     ConstantStruct *CS = cast<ConstantStruct>(*i);
2168     if (isa<ConstantPointerNull>(CS->getOperand(1)))
2169       continue;
2170
2171     // Must have a function or null ptr.
2172     if (!isa<Function>(CS->getOperand(1)))
2173       return 0;
2174
2175     // Init priority must be standard.
2176     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(CS->getOperand(0));
2177     if (CI->getZExtValue() != 65535)
2178       return 0;
2179   }
2180
2181   return GV;
2182 }
2183
2184 /// ParseGlobalCtors - Given a llvm.global_ctors list that we can understand,
2185 /// return a list of the functions and null terminator as a vector.
2186 static std::vector<Function*> ParseGlobalCtors(GlobalVariable *GV) {
2187   if (GV->getInitializer()->isNullValue())
2188     return std::vector<Function*>();
2189   ConstantArray *CA = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
2190   std::vector<Function*> Result;
2191   Result.reserve(CA->getNumOperands());
2192   for (User::op_iterator i = CA->op_begin(), e = CA->op_end(); i != e; ++i) {
2193     ConstantStruct *CS = cast<ConstantStruct>(*i);
2194     Result.push_back(dyn_cast<Function>(CS->getOperand(1)));
2195   }
2196   return Result;
2197 }
2198
2199 /// InstallGlobalCtors - Given a specified llvm.global_ctors list, install the
2200 /// specified array, returning the new global to use.
2201 static GlobalVariable *InstallGlobalCtors(GlobalVariable *GCL,
2202                                           const std::vector<Function*> &Ctors) {
2203   // If we made a change, reassemble the initializer list.
2204   Constant *CSVals[2];
2205   CSVals[0] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(GCL->getContext()), 65535);
2206   CSVals[1] = 0;
2207
2208   StructType *StructTy =
2209     cast <StructType>(
2210     cast<ArrayType>(GCL->getType()->getElementType())->getElementType());
2211
2212   // Create the new init list.
2213   std::vector<Constant*> CAList;
2214   for (unsigned i = 0, e = Ctors.size(); i != e; ++i) {
2215     if (Ctors[i]) {
2216       CSVals[1] = Ctors[i];
2217     } else {
2218       Type *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(GCL->getContext()),
2219                                           false);
2220       PointerType *PFTy = PointerType::getUnqual(FTy);
2221       CSVals[1] = Constant::getNullValue(PFTy);
2222       CSVals[0] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(GCL->getContext()),
2223                                    0x7fffffff);
2224     }
2225     CAList.push_back(ConstantStruct::get(StructTy, CSVals));
2226   }
2227
2228   // Create the array initializer.
2229   Constant *CA = ConstantArray::get(ArrayType::get(StructTy,
2230                                                    CAList.size()), CAList);
2231
2232   // If we didn't change the number of elements, don't create a new GV.
2233   if (CA->getType() == GCL->getInitializer()->getType()) {
2234     GCL->setInitializer(CA);
2235     return GCL;
2236   }
2237
2238   // Create the new global and insert it next to the existing list.
2239   GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(CA->getType(), GCL->isConstant(),
2240                                            GCL->getLinkage(), CA, "",
2241                                            GCL->getThreadLocalMode());
2242   GCL->getParent()->getGlobalList().insert(GCL, NGV);
2243   NGV->takeName(GCL);
2244
2245   // Nuke the old list, replacing any uses with the new one.
2246   if (!GCL->use_empty()) {
2247     Constant *V = NGV;
2248     if (V->getType() != GCL->getType())
2249       V = ConstantExpr::getBitCast(V, GCL->getType());
2250     GCL->replaceAllUsesWith(V);
2251   }
2252   GCL->eraseFromParent();
2253
2254   if (Ctors.size())
2255     return NGV;
2256   else
2257     return 0;
2258 }
2259
2260
2261 static inline bool
2262 isSimpleEnoughValueToCommit(Constant *C,
2263                             SmallPtrSet<Constant*, 8> &SimpleConstants,
2264                             const DataLayout *TD);
2265
2266
2267 /// isSimpleEnoughValueToCommit - Return true if the specified constant can be
2268 /// handled by the code generator.  We don't want to generate something like:
2269 ///   void *X = &X/42;
2270 /// because the code generator doesn't have a relocation that can handle that.
2271 ///
2272 /// This function should be called if C was not found (but just got inserted)
2273 /// in SimpleConstants to avoid having to rescan the same constants all the
2274 /// time.
2275 static bool isSimpleEnoughValueToCommitHelper(Constant *C,
2276                                    SmallPtrSet<Constant*, 8> &SimpleConstants,
2277                                    const DataLayout *TD) {
2278   // Simple integer, undef, constant aggregate zero, global addresses, etc are
2279   // all supported.
2280   if (C->getNumOperands() == 0 || isa<BlockAddress>(C) ||
2281       isa<GlobalValue>(C))
2282     return true;
2283
2284   // Aggregate values are safe if all their elements are.
2285   if (isa<ConstantArray>(C) || isa<ConstantStruct>(C) ||
2286       isa<ConstantVector>(C)) {
2287     for (unsigned i = 0, e = C->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2288       Constant *Op = cast<Constant>(C->getOperand(i));
2289       if (!isSimpleEnoughValueToCommit(Op, SimpleConstants, TD))
2290         return false;
2291     }
2292     return true;
2293   }
2294
2295   // We don't know exactly what relocations are allowed in constant expressions,
2296   // so we allow &global+constantoffset, which is safe and uniformly supported
2297   // across targets.
2298   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(C);
2299   switch (CE->getOpcode()) {
2300   case Instruction::BitCast:
2301     // Bitcast is fine if the casted value is fine.
2302     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2303
2304   case Instruction::IntToPtr:
2305   case Instruction::PtrToInt:
2306     // int <=> ptr is fine if the int type is the same size as the
2307     // pointer type.
2308     if (!TD || TD->getTypeSizeInBits(CE->getType()) !=
2309                TD->getTypeSizeInBits(CE->getOperand(0)->getType()))
2310       return false;
2311     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2312
2313   // GEP is fine if it is simple + constant offset.
2314   case Instruction::GetElementPtr:
2315     for (unsigned i = 1, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
2316       if (!isa<ConstantInt>(CE->getOperand(i)))
2317         return false;
2318     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2319
2320   case Instruction::Add:
2321     // We allow simple+cst.
2322     if (!isa<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
2323       return false;
2324     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2325   }
2326   return false;
2327 }
2328
2329 static inline bool
2330 isSimpleEnoughValueToCommit(Constant *C,
2331                             SmallPtrSet<Constant*, 8> &SimpleConstants,
2332                             const DataLayout *TD) {
2333   // If we already checked this constant, we win.
2334   if (!SimpleConstants.insert(C)) return true;
2335   // Check the constant.
2336   return isSimpleEnoughValueToCommitHelper(C, SimpleConstants, TD);
2337 }
2338
2339
2340 /// isSimpleEnoughPointerToCommit - Return true if this constant is simple
2341 /// enough for us to understand.  In particular, if it is a cast to anything
2342 /// other than from one pointer type to another pointer type, we punt.
2343 /// We basically just support direct accesses to globals and GEP's of
2344 /// globals.  This should be kept up to date with CommitValueTo.
2345 static bool isSimpleEnoughPointerToCommit(Constant *C) {
2346   // Conservatively, avoid aggregate types. This is because we don't
2347   // want to worry about them partially overlapping other stores.
2348   if (!cast<PointerType>(C->getType())->getElementType()->isSingleValueType())
2349     return false;
2350
2351   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(C))
2352     // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2353     // external globals.
2354     return GV->hasUniqueInitializer();
2355
2356   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C)) {
2357     // Handle a constantexpr gep.
2358     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
2359         isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0)) &&
2360         cast<GEPOperator>(CE)->isInBounds()) {
2361       GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2362       // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2363       // external globals.
2364       if (!GV->hasUniqueInitializer())
2365         return false;
2366
2367       // The first index must be zero.
2368       ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*llvm::next(CE->op_begin()));
2369       if (!CI || !CI->isZero()) return false;
2370
2371       // The remaining indices must be compile-time known integers within the
2372       // notional bounds of the corresponding static array types.
2373       if (!CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing())
2374         return false;
2375
2376       return ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE);
2377
2378     // A constantexpr bitcast from a pointer to another pointer is a no-op,
2379     // and we know how to evaluate it by moving the bitcast from the pointer
2380     // operand to the value operand.
2381     } else if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast &&
2382                isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))) {
2383       // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2384       // external globals.
2385       return cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))->hasUniqueInitializer();
2386     }
2387   }
2388
2389   return false;
2390 }
2391
2392 /// EvaluateStoreInto - Evaluate a piece of a constantexpr store into a global
2393 /// initializer.  This returns 'Init' modified to reflect 'Val' stored into it.
2394 /// At this point, the GEP operands of Addr [0, OpNo) have been stepped into.
2395 static Constant *EvaluateStoreInto(Constant *Init, Constant *Val,
2396                                    ConstantExpr *Addr, unsigned OpNo) {
2397   // Base case of the recursion.
2398   if (OpNo == Addr->getNumOperands()) {
2399     assert(Val->getType() == Init->getType() && "Type mismatch!");
2400     return Val;
2401   }
2402
2403   SmallVector<Constant*, 32> Elts;
2404   if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
2405     // Break up the constant into its elements.
2406     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
2407       Elts.push_back(Init->getAggregateElement(i));
2408
2409     // Replace the element that we are supposed to.
2410     ConstantInt *CU = cast<ConstantInt>(Addr->getOperand(OpNo));
2411     unsigned Idx = CU->getZExtValue();
2412     assert(Idx < STy->getNumElements() && "Struct index out of range!");
2413     Elts[Idx] = EvaluateStoreInto(Elts[Idx], Val, Addr, OpNo+1);
2414
2415     // Return the modified struct.
2416     return ConstantStruct::get(STy, Elts);
2417   }
2418
2419   ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(Addr->getOperand(OpNo));
2420   SequentialType *InitTy = cast<SequentialType>(Init->getType());
2421
2422   uint64_t NumElts;
2423   if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(InitTy))
2424     NumElts = ATy->getNumElements();
2425   else
2426     NumElts = InitTy->getVectorNumElements();
2427
2428   // Break up the array into elements.
2429   for (uint64_t i = 0, e = NumElts; i != e; ++i)
2430     Elts.push_back(Init->getAggregateElement(i));
2431
2432   assert(CI->getZExtValue() < NumElts);
2433   Elts[CI->getZExtValue()] =
2434     EvaluateStoreInto(Elts[CI->getZExtValue()], Val, Addr, OpNo+1);
2435
2436   if (Init->getType()->isArrayTy())
2437     return ConstantArray::get(cast<ArrayType>(InitTy), Elts);
2438   return ConstantVector::get(Elts);
2439 }
2440
2441 /// CommitValueTo - We have decided that Addr (which satisfies the predicate
2442 /// isSimpleEnoughPointerToCommit) should get Val as its value.  Make it happen.
2443 static void CommitValueTo(Constant *Val, Constant *Addr) {
2444   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Addr)) {
2445     assert(GV->hasInitializer());
2446     GV->setInitializer(Val);
2447     return;
2448   }
2449
2450   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(Addr);
2451   GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2452   GV->setInitializer(EvaluateStoreInto(GV->getInitializer(), Val, CE, 2));
2453 }
2454
2455 namespace {
2456
2457 /// Evaluator - This class evaluates LLVM IR, producing the Constant
2458 /// representing each SSA instruction.  Changes to global variables are stored
2459 /// in a mapping that can be iterated over after the evaluation is complete.
2460 /// Once an evaluation call fails, the evaluation object should not be reused.
2461 class Evaluator {
2462 public:
2463   Evaluator(const DataLayout *TD, const TargetLibraryInfo *TLI)
2464     : TD(TD), TLI(TLI) {
2465     ValueStack.push_back(new DenseMap<Value*, Constant*>);
2466   }
2467
2468   ~Evaluator() {
2469     DeleteContainerPointers(ValueStack);
2470     while (!AllocaTmps.empty()) {
2471       GlobalVariable *Tmp = AllocaTmps.back();
2472       AllocaTmps.pop_back();
2473
2474       // If there are still users of the alloca, the program is doing something
2475       // silly, e.g. storing the address of the alloca somewhere and using it
2476       // later.  Since this is undefined, we'll just make it be null.
2477       if (!Tmp->use_empty())
2478         Tmp->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(Tmp->getType()));
2479       delete Tmp;
2480     }
2481   }
2482
2483   /// EvaluateFunction - Evaluate a call to function F, returning true if
2484   /// successful, false if we can't evaluate it.  ActualArgs contains the formal
2485   /// arguments for the function.
2486   bool EvaluateFunction(Function *F, Constant *&RetVal,
2487                         const SmallVectorImpl<Constant*> &ActualArgs);
2488
2489   /// EvaluateBlock - Evaluate all instructions in block BB, returning true if
2490   /// successful, false if we can't evaluate it.  NewBB returns the next BB that
2491   /// control flows into, or null upon return.
2492   bool EvaluateBlock(BasicBlock::iterator CurInst, BasicBlock *&NextBB);
2493
2494   Constant *getVal(Value *V) {
2495     if (Constant *CV = dyn_cast<Constant>(V)) return CV;
2496     Constant *R = ValueStack.back()->lookup(V);
2497     assert(R && "Reference to an uncomputed value!");
2498     return R;
2499   }
2500
2501   void setVal(Value *V, Constant *C) {
2502     ValueStack.back()->operator[](V) = C;
2503   }
2504
2505   const DenseMap<Constant*, Constant*> &getMutatedMemory() const {
2506     return MutatedMemory;
2507   }
2508
2509   const SmallPtrSet<GlobalVariable*, 8> &getInvariants() const {
2510     return Invariants;
2511   }
2512
2513 private:
2514   Constant *ComputeLoadResult(Constant *P);
2515
2516   /// ValueStack - As we compute SSA register values, we store their contents
2517   /// here. The back of the vector contains the current function and the stack
2518   /// contains the values in the calling frames.
2519   SmallVector<DenseMap<Value*, Constant*>*, 4> ValueStack;
2520
2521   /// CallStack - This is used to detect recursion.  In pathological situations
2522   /// we could hit exponential behavior, but at least there is nothing
2523   /// unbounded.
2524   SmallVector<Function*, 4> CallStack;
2525
2526   /// MutatedMemory - For each store we execute, we update this map.  Loads
2527   /// check this to get the most up-to-date value.  If evaluation is successful,
2528   /// this state is committed to the process.
2529   DenseMap<Constant*, Constant*> MutatedMemory;
2530
2531   /// AllocaTmps - To 'execute' an alloca, we create a temporary global variable
2532   /// to represent its body.  This vector is needed so we can delete the
2533   /// temporary globals when we are done.
2534   SmallVector<GlobalVariable*, 32> AllocaTmps;
2535
2536   /// Invariants - These global variables have been marked invariant by the
2537   /// static constructor.
2538   SmallPtrSet<GlobalVariable*, 8> Invariants;
2539
2540   /// SimpleConstants - These are constants we have checked and know to be
2541   /// simple enough to live in a static initializer of a global.
2542   SmallPtrSet<Constant*, 8> SimpleConstants;
2543
2544   const DataLayout *TD;
2545   const TargetLibraryInfo *TLI;
2546 };
2547
2548 }  // anonymous namespace
2549
2550 /// ComputeLoadResult - Return the value that would be computed by a load from
2551 /// P after the stores reflected by 'memory' have been performed.  If we can't
2552 /// decide, return null.
2553 Constant *Evaluator::ComputeLoadResult(Constant *P) {
2554   // If this memory location has been recently stored, use the stored value: it
2555   // is the most up-to-date.
2556   DenseMap<Constant*, Constant*>::const_iterator I = MutatedMemory.find(P);
2557   if (I != MutatedMemory.end()) return I->second;
2558
2559   // Access it.
2560   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(P)) {
2561     if (GV->hasDefinitiveInitializer())
2562       return GV->getInitializer();
2563     return 0;
2564   }
2565
2566   // Handle a constantexpr getelementptr.
2567   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(P))
2568     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
2569         isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))) {
2570       GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2571       if (GV->hasDefinitiveInitializer())
2572         return ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE);
2573     }
2574
2575   return 0;  // don't know how to evaluate.
2576 }
2577
2578 /// EvaluateBlock - Evaluate all instructions in block BB, returning true if
2579 /// successful, false if we can't evaluate it.  NewBB returns the next BB that
2580 /// control flows into, or null upon return.
2581 bool Evaluator::EvaluateBlock(BasicBlock::iterator CurInst,
2582                               BasicBlock *&NextBB) {
2583   // This is the main evaluation loop.
2584   while (1) {
2585     Constant *InstResult = 0;
2586
2587     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurInst)) {
2588       if (!SI->isSimple()) return false;  // no volatile/atomic accesses.
2589       Constant *Ptr = getVal(SI->getOperand(1));
2590       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2591         Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2592       if (!isSimpleEnoughPointerToCommit(Ptr))
2593         // If this is too complex for us to commit, reject it.
2594         return false;
2595
2596       Constant *Val = getVal(SI->getOperand(0));
2597
2598       // If this might be too difficult for the backend to handle (e.g. the addr
2599       // of one global variable divided by another) then we can't commit it.
2600       if (!isSimpleEnoughValueToCommit(Val, SimpleConstants, TD))
2601         return false;
2602
2603       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2604         if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast) {
2605           // If we're evaluating a store through a bitcast, then we need
2606           // to pull the bitcast off the pointer type and push it onto the
2607           // stored value.
2608           Ptr = CE->getOperand(0);
2609
2610           Type *NewTy = cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType();
2611
2612           // In order to push the bitcast onto the stored value, a bitcast
2613           // from NewTy to Val's type must be legal.  If it's not, we can try
2614           // introspecting NewTy to find a legal conversion.
2615           while (!Val->getType()->canLosslesslyBitCastTo(NewTy)) {
2616             // If NewTy is a struct, we can convert the pointer to the struct
2617             // into a pointer to its first member.
2618             // FIXME: This could be extended to support arrays as well.
2619             if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(NewTy)) {
2620               NewTy = STy->getTypeAtIndex(0U);
2621
2622               IntegerType *IdxTy = IntegerType::get(NewTy->getContext(), 32);
2623               Constant *IdxZero = ConstantInt::get(IdxTy, 0, false);
2624               Constant * const IdxList[] = {IdxZero, IdxZero};
2625
2626               Ptr = ConstantExpr::getGetElementPtr(Ptr, IdxList);
2627               if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2628                 Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2629
2630             // If we can't improve the situation by introspecting NewTy,
2631             // we have to give up.
2632             } else {
2633               return false;
2634             }
2635           }
2636
2637           // If we found compatible types, go ahead and push the bitcast
2638           // onto the stored value.
2639           Val = ConstantExpr::getBitCast(Val, NewTy);
2640         }
2641
2642       MutatedMemory[Ptr] = Val;
2643     } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CurInst)) {
2644       InstResult = ConstantExpr::get(BO->getOpcode(),
2645                                      getVal(BO->getOperand(0)),
2646                                      getVal(BO->getOperand(1)));
2647     } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(CurInst)) {
2648       InstResult = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(),
2649                                             getVal(CI->getOperand(0)),
2650                                             getVal(CI->getOperand(1)));
2651     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurInst)) {
2652       InstResult = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
2653                                          getVal(CI->getOperand(0)),
2654                                          CI->getType());
2655     } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CurInst)) {
2656       InstResult = ConstantExpr::getSelect(getVal(SI->getOperand(0)),
2657                                            getVal(SI->getOperand(1)),
2658                                            getVal(SI->getOperand(2)));
2659     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurInst)) {
2660       Constant *P = getVal(GEP->getOperand(0));
2661       SmallVector<Constant*, 8> GEPOps;
2662       for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
2663            i != e; ++i)
2664         GEPOps.push_back(getVal(*i));
2665       InstResult =
2666         ConstantExpr::getGetElementPtr(P, GEPOps,
2667                                        cast<GEPOperator>(GEP)->isInBounds());
2668     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(CurInst)) {
2669       if (!LI->isSimple()) return false;  // no volatile/atomic accesses.
2670       Constant *Ptr = getVal(LI->getOperand(0));
2671       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2672         Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2673       InstResult = ComputeLoadResult(Ptr);
2674       if (InstResult == 0) return false; // Could not evaluate load.
2675     } else if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(CurInst)) {
2676       if (AI->isArrayAllocation()) return false;  // Cannot handle array allocs.
2677       Type *Ty = AI->getType()->getElementType();
2678       AllocaTmps.push_back(new GlobalVariable(Ty, false,
2679                                               GlobalValue::InternalLinkage,
2680                                               UndefValue::get(Ty),
2681                                               AI->getName()));
2682       InstResult = AllocaTmps.back();
2683     } else if (isa<CallInst>(CurInst) || isa<InvokeInst>(CurInst)) {
2684       CallSite CS(CurInst);
2685
2686       // Debug info can safely be ignored here.
2687       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(CS.getInstruction())) {
2688         ++CurInst;
2689         continue;
2690       }
2691
2692       // Cannot handle inline asm.
2693       if (isa<InlineAsm>(CS.getCalledValue())) return false;
2694
2695       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction())) {
2696         if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(II)) {
2697           if (MSI->isVolatile()) return false;
2698           Constant *Ptr = getVal(MSI->getDest());
2699           Constant *Val = getVal(MSI->getValue());
2700           Constant *DestVal = ComputeLoadResult(getVal(Ptr));
2701           if (Val->isNullValue() && DestVal && DestVal->isNullValue()) {
2702             // This memset is a no-op.
2703             ++CurInst;
2704             continue;
2705           }
2706         }
2707
2708         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2709             II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
2710           ++CurInst;
2711           continue;
2712         }
2713
2714         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::invariant_start) {
2715           // We don't insert an entry into Values, as it doesn't have a
2716           // meaningful return value.
2717           if (!II->use_empty())
2718             return false;
2719           ConstantInt *Size = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0));
2720           Value *PtrArg = getVal(II->getArgOperand(1));
2721           Value *Ptr = PtrArg->stripPointerCasts();
2722           if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Ptr)) {
2723             Type *ElemTy = cast<PointerType>(GV->getType())->getElementType();
2724             if (!Size->isAllOnesValue() &&
2725                 Size->getValue().getLimitedValue() >=
2726                 TD->getTypeStoreSize(ElemTy))
2727               Invariants.insert(GV);
2728           }
2729           // Continue even if we do nothing.
2730           ++CurInst;
2731           continue;
2732         }
2733         return false;
2734       }
2735
2736       // Resolve function pointers.
2737       Function *Callee = dyn_cast<Function>(getVal(CS.getCalledValue()));
2738       if (!Callee || Callee->mayBeOverridden())
2739         return false;  // Cannot resolve.
2740
2741       SmallVector<Constant*, 8> Formals;
2742       for (User::op_iterator i = CS.arg_begin(), e = CS.arg_end(); i != e; ++i)
2743         Formals.push_back(getVal(*i));
2744
2745       if (Callee->isDeclaration()) {
2746         // If this is a function we can constant fold, do it.
2747         if (Constant *C = ConstantFoldCall(Callee, Formals, TLI)) {
2748           InstResult = C;
2749         } else {
2750           return false;
2751         }
2752       } else {
2753         if (Callee->getFunctionType()->isVarArg())
2754           return false;
2755
2756         Constant *RetVal;
2757         // Execute the call, if successful, use the return value.
2758         ValueStack.push_back(new DenseMap<Value*, Constant*>);
2759         if (!EvaluateFunction(Callee, RetVal, Formals))
2760           return false;
2761         delete ValueStack.pop_back_val();
2762         InstResult = RetVal;
2763       }
2764     } else if (isa<TerminatorInst>(CurInst)) {
2765       if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CurInst)) {
2766         if (BI->isUnconditional()) {
2767           NextBB = BI->getSuccessor(0);
2768         } else {
2769           ConstantInt *Cond =
2770             dyn_cast<ConstantInt>(getVal(BI->getCondition()));
2771           if (!Cond) return false;  // Cannot determine.
2772
2773           NextBB = BI->getSuccessor(!Cond->getZExtValue());
2774         }
2775       } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(CurInst)) {
2776         ConstantInt *Val =
2777           dyn_cast<ConstantInt>(getVal(SI->getCondition()));
2778         if (!Val) return false;  // Cannot determine.
2779         NextBB = SI->findCaseValue(Val).getCaseSuccessor();
2780       } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(CurInst)) {
2781         Value *Val = getVal(IBI->getAddress())->stripPointerCasts();
2782         if (BlockAddress *BA = dyn_cast<BlockAddress>(Val))
2783           NextBB = BA->getBasicBlock();
2784         else
2785           return false;  // Cannot determine.
2786       } else if (isa<ReturnInst>(CurInst)) {
2787         NextBB = 0;
2788       } else {
2789         // invoke, unwind, resume, unreachable.
2790         return false;  // Cannot handle this terminator.
2791       }
2792
2793       // We succeeded at evaluating this block!
2794       return true;
2795     } else {
2796       // Did not know how to evaluate this!
2797       return false;
2798     }
2799
2800     if (!CurInst->use_empty()) {
2801       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(InstResult))
2802         InstResult = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2803
2804       setVal(CurInst, InstResult);
2805     }
2806
2807     // If we just processed an invoke, we finished evaluating the block.
2808     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(CurInst)) {
2809       NextBB = II->getNormalDest();
2810       return true;
2811     }
2812
2813     // Advance program counter.
2814     ++CurInst;
2815   }
2816 }
2817
2818 /// EvaluateFunction - Evaluate a call to function F, returning true if
2819 /// successful, false if we can't evaluate it.  ActualArgs contains the formal
2820 /// arguments for the function.
2821 bool Evaluator::EvaluateFunction(Function *F, Constant *&RetVal,
2822                                  const SmallVectorImpl<Constant*> &ActualArgs) {
2823   // Check to see if this function is already executing (recursion).  If so,
2824   // bail out.  TODO: we might want to accept limited recursion.
2825   if (std::find(CallStack.begin(), CallStack.end(), F) != CallStack.end())
2826     return false;
2827
2828   CallStack.push_back(F);
2829
2830   // Initialize arguments to the incoming values specified.
2831   unsigned ArgNo = 0;
2832   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); AI != E;
2833        ++AI, ++ArgNo)
2834     setVal(AI, ActualArgs[ArgNo]);
2835
2836   // ExecutedBlocks - We only handle non-looping, non-recursive code.  As such,
2837   // we can only evaluate any one basic block at most once.  This set keeps
2838   // track of what we have executed so we can detect recursive cases etc.
2839   SmallPtrSet<BasicBlock*, 32> ExecutedBlocks;
2840
2841   // CurBB - The current basic block we're evaluating.
2842   BasicBlock *CurBB = F->begin();
2843
2844   BasicBlock::iterator CurInst = CurBB->begin();
2845
2846   while (1) {
2847     BasicBlock *NextBB = 0; // Initialized to avoid compiler warnings.
2848     if (!EvaluateBlock(CurInst, NextBB))
2849       return false;
2850
2851     if (NextBB == 0) {
2852       // Successfully running until there's no next block means that we found
2853       // the return.  Fill it the return value and pop the call stack.
2854       ReturnInst *RI = cast<ReturnInst>(CurBB->getTerminator());
2855       if (RI->getNumOperands())
2856         RetVal = getVal(RI->getOperand(0));
2857       CallStack.pop_back();
2858       return true;
2859     }
2860
2861     // Okay, we succeeded in evaluating this control flow.  See if we have
2862     // executed the new block before.  If so, we have a looping function,
2863     // which we cannot evaluate in reasonable time.
2864     if (!ExecutedBlocks.insert(NextBB))
2865       return false;  // looped!
2866
2867     // Okay, we have never been in this block before.  Check to see if there
2868     // are any PHI nodes.  If so, evaluate them with information about where
2869     // we came from.
2870     PHINode *PN = 0;
2871     for (CurInst = NextBB->begin();
2872          (PN = dyn_cast<PHINode>(CurInst)); ++CurInst)
2873       setVal(PN, getVal(PN->getIncomingValueForBlock(CurBB)));
2874
2875     // Advance to the next block.
2876     CurBB = NextBB;
2877   }
2878 }
2879
2880 /// EvaluateStaticConstructor - Evaluate static constructors in the function, if
2881 /// we can.  Return true if we can, false otherwise.
2882 static bool EvaluateStaticConstructor(Function *F, const DataLayout *TD,
2883                                       const TargetLibraryInfo *TLI) {
2884   // Call the function.
2885   Evaluator Eval(TD, TLI);
2886   Constant *RetValDummy;
2887   bool EvalSuccess = Eval.EvaluateFunction(F, RetValDummy,
2888                                            SmallVector<Constant*, 0>());
2889
2890   if (EvalSuccess) {
2891     // We succeeded at evaluation: commit the result.
2892     DEBUG(dbgs() << "FULLY EVALUATED GLOBAL CTOR FUNCTION '"
2893           << F->getName() << "' to " << Eval.getMutatedMemory().size()
2894           << " stores.\n");
2895     for (DenseMap<Constant*, Constant*>::const_iterator I =
2896            Eval.getMutatedMemory().begin(), E = Eval.getMutatedMemory().end();
2897          I != E; ++I)
2898       CommitValueTo(I->second, I->first);
2899     for (SmallPtrSet<GlobalVariable*, 8>::const_iterator I =
2900            Eval.getInvariants().begin(), E = Eval.getInvariants().end();
2901          I != E; ++I)
2902       (*I)->setConstant(true);
2903   }
2904
2905   return EvalSuccess;
2906 }
2907
2908 /// OptimizeGlobalCtorsList - Simplify and evaluation global ctors if possible.
2909 /// Return true if anything changed.
2910 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalCtorsList(GlobalVariable *&GCL) {
2911   std::vector<Function*> Ctors = ParseGlobalCtors(GCL);
2912   bool MadeChange = false;
2913   if (Ctors.empty()) return false;
2914
2915   // Loop over global ctors, optimizing them when we can.
2916   for (unsigned i = 0; i != Ctors.size(); ++i) {
2917     Function *F = Ctors[i];
2918     // Found a null terminator in the middle of the list, prune off the rest of
2919     // the list.
2920     if (F == 0) {
2921       if (i != Ctors.size()-1) {
2922         Ctors.resize(i+1);
2923         MadeChange = true;
2924       }
2925       break;
2926     }
2927
2928     // We cannot simplify external ctor functions.
2929     if (F->empty()) continue;
2930
2931     // If we can evaluate the ctor at compile time, do.
2932     if (EvaluateStaticConstructor(F, TD, TLI)) {
2933       Ctors.erase(Ctors.begin()+i);
2934       MadeChange = true;
2935       --i;
2936       ++NumCtorsEvaluated;
2937       continue;
2938     }
2939   }
2940
2941   if (!MadeChange) return false;
2942
2943   GCL = InstallGlobalCtors(GCL, Ctors);
2944   return true;
2945 }
2946
2947 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalAliases(Module &M) {
2948   bool Changed = false;
2949
2950   for (Module::alias_iterator I = M.alias_begin(), E = M.alias_end();
2951        I != E;) {
2952     Module::alias_iterator J = I++;
2953     // Aliases without names cannot be referenced outside this module.
2954     if (!J->hasName() && !J->isDeclaration())
2955       J->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
2956     // If the aliasee may change at link time, nothing can be done - bail out.
2957     if (J->mayBeOverridden())
2958       continue;
2959
2960     Constant *Aliasee = J->getAliasee();
2961     GlobalValue *Target = cast<GlobalValue>(Aliasee->stripPointerCasts());
2962     Target->removeDeadConstantUsers();
2963     bool hasOneUse = Target->hasOneUse() && Aliasee->hasOneUse();
2964
2965     // Make all users of the alias use the aliasee instead.
2966     if (!J->use_empty()) {
2967       J->replaceAllUsesWith(Aliasee);
2968       ++NumAliasesResolved;
2969       Changed = true;
2970     }
2971
2972     // If the alias is externally visible, we may still be able to simplify it.
2973     if (!J->hasLocalLinkage()) {
2974       // If the aliasee has internal linkage, give it the name and linkage
2975       // of the alias, and delete the alias.  This turns:
2976       //   define internal ... @f(...)
2977       //   @a = alias ... @f
2978       // into:
2979       //   define ... @a(...)
2980       if (!Target->hasLocalLinkage())
2981         continue;
2982
2983       // Do not perform the transform if multiple aliases potentially target the
2984       // aliasee. This check also ensures that it is safe to replace the section
2985       // and other attributes of the aliasee with those of the alias.
2986       if (!hasOneUse)
2987         continue;
2988
2989       // Give the aliasee the name, linkage and other attributes of the alias.
2990       Target->takeName(J);
2991       Target->setLinkage(J->getLinkage());
2992       Target->GlobalValue::copyAttributesFrom(J);
2993     }
2994
2995     // Delete the alias.
2996     M.getAliasList().erase(J);
2997     ++NumAliasesRemoved;
2998     Changed = true;
2999   }
3000
3001   return Changed;
3002 }
3003
3004 static Function *FindCXAAtExit(Module &M, TargetLibraryInfo *TLI) {
3005   if (!TLI->has(LibFunc::cxa_atexit))
3006     return 0;
3007
3008   Function *Fn = M.getFunction(TLI->getName(LibFunc::cxa_atexit));
3009
3010   if (!Fn)
3011     return 0;
3012
3013   FunctionType *FTy = Fn->getFunctionType();
3014
3015   // Checking that the function has the right return type, the right number of
3016   // parameters and that they all have pointer types should be enough.
3017   if (!FTy->getReturnType()->isIntegerTy() ||
3018       FTy->getNumParams() != 3 ||
3019       !FTy->getParamType(0)->isPointerTy() ||
3020       !FTy->getParamType(1)->isPointerTy() ||
3021       !FTy->getParamType(2)->isPointerTy())
3022     return 0;
3023
3024   return Fn;
3025 }
3026
3027 /// cxxDtorIsEmpty - Returns whether the given function is an empty C++
3028 /// destructor and can therefore be eliminated.
3029 /// Note that we assume that other optimization passes have already simplified
3030 /// the code so we only look for a function with a single basic block, where
3031 /// the only allowed instructions are 'ret', 'call' to an empty C++ dtor and
3032 /// other side-effect free instructions.
3033 static bool cxxDtorIsEmpty(const Function &Fn,
3034                            SmallPtrSet<const Function *, 8> &CalledFunctions) {
3035   // FIXME: We could eliminate C++ destructors if they're readonly/readnone and
3036   // nounwind, but that doesn't seem worth doing.
3037   if (Fn.isDeclaration())
3038     return false;
3039
3040   if (++Fn.begin() != Fn.end())
3041     return false;
3042
3043   const BasicBlock &EntryBlock = Fn.getEntryBlock();
3044   for (BasicBlock::const_iterator I = EntryBlock.begin(), E = EntryBlock.end();
3045        I != E; ++I) {
3046     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
3047       // Ignore debug intrinsics.
3048       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(CI))
3049         continue;
3050
3051       const Function *CalledFn = CI->getCalledFunction();
3052
3053       if (!CalledFn)
3054         return false;
3055
3056       SmallPtrSet<const Function *, 8> NewCalledFunctions(CalledFunctions);
3057
3058       // Don't treat recursive functions as empty.
3059       if (!NewCalledFunctions.insert(CalledFn))
3060         return false;
3061
3062       if (!cxxDtorIsEmpty(*CalledFn, NewCalledFunctions))
3063         return false;
3064     } else if (isa<ReturnInst>(*I))
3065       return true; // We're done.
3066     else if (I->mayHaveSideEffects())
3067       return false; // Destructor with side effects, bail.
3068   }
3069
3070   return false;
3071 }
3072
3073 bool GlobalOpt::OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(Function *CXAAtExitFn) {
3074   /// Itanium C++ ABI p3.3.5:
3075   ///
3076   ///   After constructing a global (or local static) object, that will require
3077   ///   destruction on exit, a termination function is registered as follows:
3078   ///
3079   ///   extern "C" int __cxa_atexit ( void (*f)(void *), void *p, void *d );
3080   ///
3081   ///   This registration, e.g. __cxa_atexit(f,p,d), is intended to cause the
3082   ///   call f(p) when DSO d is unloaded, before all such termination calls
3083   ///   registered before this one. It returns zero if registration is
3084   ///   successful, nonzero on failure.
3085
3086   // This pass will look for calls to __cxa_atexit where the function is trivial
3087   // and remove them.
3088   bool Changed = false;
3089
3090   for (Function::use_iterator I = CXAAtExitFn->use_begin(),
3091        E = CXAAtExitFn->use_end(); I != E;) {
3092     // We're only interested in calls. Theoretically, we could handle invoke
3093     // instructions as well, but neither llvm-gcc nor clang generate invokes
3094     // to __cxa_atexit.
3095     CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(*I++);
3096     if (!CI)
3097       continue;
3098
3099     Function *DtorFn =
3100       dyn_cast<Function>(CI->getArgOperand(0)->stripPointerCasts());
3101     if (!DtorFn)
3102       continue;
3103
3104     SmallPtrSet<const Function *, 8> CalledFunctions;
3105     if (!cxxDtorIsEmpty(*DtorFn, CalledFunctions))
3106       continue;
3107
3108     // Just remove the call.
3109     CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
3110     CI->eraseFromParent();
3111
3112     ++NumCXXDtorsRemoved;
3113
3114     Changed |= true;
3115   }
3116
3117   return Changed;
3118 }
3119
3120 bool GlobalOpt::runOnModule(Module &M) {
3121   bool Changed = false;
3122
3123   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
3124   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
3125
3126   // Try to find the llvm.globalctors list.
3127   GlobalVariable *GlobalCtors = FindGlobalCtors(M);
3128
3129   Function *CXAAtExitFn = FindCXAAtExit(M, TLI);
3130
3131   bool LocalChange = true;
3132   while (LocalChange) {
3133     LocalChange = false;
3134
3135     // Delete functions that are trivially dead, ccc -> fastcc
3136     LocalChange |= OptimizeFunctions(M);
3137
3138     // Optimize global_ctors list.
3139     if (GlobalCtors)
3140       LocalChange |= OptimizeGlobalCtorsList(GlobalCtors);
3141
3142     // Optimize non-address-taken globals.
3143     LocalChange |= OptimizeGlobalVars(M);
3144
3145     // Resolve aliases, when possible.
3146     LocalChange |= OptimizeGlobalAliases(M);
3147
3148     // Try to remove trivial global destructors.
3149     if (CXAAtExitFn)
3150       LocalChange |= OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(CXAAtExitFn);
3151
3152     Changed |= LocalChange;
3153   }
3154
3155   // TODO: Move all global ctors functions to the end of the module for code
3156   // layout.
3157
3158   return Changed;
3159 }