86c5e2919483ce92b24001527cc2d9e1924d9be1
[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/CallingConv.h"
19 #include "llvm/Constants.h"
20 #include "llvm/DerivedTypes.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/LLVMContext.h"
24 #include "llvm/Module.h"
25 #include "llvm/Pass.h"
26 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
27 #include "llvm/Target/TargetData.h"
28 #include "llvm/Support/CallSite.h"
29 #include "llvm/Support/Compiler.h"
30 #include "llvm/Support/Debug.h"
31 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
32 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
33 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
34 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
35 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
36 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
37 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
38 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
39 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
40 #include <algorithm>
41 using namespace llvm;
42
43 STATISTIC(NumMarked    , "Number of globals marked constant");
44 STATISTIC(NumSRA       , "Number of aggregate globals broken into scalars");
45 STATISTIC(NumHeapSRA   , "Number of heap objects SRA'd");
46 STATISTIC(NumSubstitute,"Number of globals with initializers stored into them");
47 STATISTIC(NumDeleted   , "Number of globals deleted");
48 STATISTIC(NumFnDeleted , "Number of functions deleted");
49 STATISTIC(NumGlobUses  , "Number of global uses devirtualized");
50 STATISTIC(NumLocalized , "Number of globals localized");
51 STATISTIC(NumShrunkToBool  , "Number of global vars shrunk to booleans");
52 STATISTIC(NumFastCallFns   , "Number of functions converted to fastcc");
53 STATISTIC(NumCtorsEvaluated, "Number of static ctors evaluated");
54 STATISTIC(NumNestRemoved   , "Number of nest attributes removed");
55 STATISTIC(NumAliasesResolved, "Number of global aliases resolved");
56 STATISTIC(NumAliasesRemoved, "Number of global aliases eliminated");
57
58 namespace {
59   struct VISIBILITY_HIDDEN GlobalOpt : public ModulePass {
60     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
61     }
62     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
63     GlobalOpt() : ModulePass(&ID) {}
64
65     bool runOnModule(Module &M);
66
67   private:
68     GlobalVariable *FindGlobalCtors(Module &M);
69     bool OptimizeFunctions(Module &M);
70     bool OptimizeGlobalVars(Module &M);
71     bool OptimizeGlobalAliases(Module &M);
72     bool OptimizeGlobalCtorsList(GlobalVariable *&GCL);
73     bool ProcessInternalGlobal(GlobalVariable *GV,Module::global_iterator &GVI);
74   };
75 }
76
77 char GlobalOpt::ID = 0;
78 static RegisterPass<GlobalOpt> X("globalopt", "Global Variable Optimizer");
79
80 ModulePass *llvm::createGlobalOptimizerPass() { return new GlobalOpt(); }
81
82 namespace {
83
84 /// GlobalStatus - As we analyze each global, keep track of some information
85 /// about it.  If we find out that the address of the global is taken, none of
86 /// this info will be accurate.
87 struct VISIBILITY_HIDDEN GlobalStatus {
88   /// isLoaded - True if the global is ever loaded.  If the global isn't ever
89   /// loaded it can be deleted.
90   bool isLoaded;
91
92   /// StoredType - Keep track of what stores to the global look like.
93   ///
94   enum StoredType {
95     /// NotStored - There is no store to this global.  It can thus be marked
96     /// constant.
97     NotStored,
98
99     /// isInitializerStored - This global is stored to, but the only thing
100     /// stored is the constant it was initialized with.  This is only tracked
101     /// for scalar globals.
102     isInitializerStored,
103
104     /// isStoredOnce - This global is stored to, but only its initializer and
105     /// one other value is ever stored to it.  If this global isStoredOnce, we
106     /// track the value stored to it in StoredOnceValue below.  This is only
107     /// tracked for scalar globals.
108     isStoredOnce,
109
110     /// isStored - This global is stored to by multiple values or something else
111     /// that we cannot track.
112     isStored
113   } StoredType;
114
115   /// StoredOnceValue - If only one value (besides the initializer constant) is
116   /// ever stored to this global, keep track of what value it is.
117   Value *StoredOnceValue;
118
119   /// AccessingFunction/HasMultipleAccessingFunctions - These start out
120   /// null/false.  When the first accessing function is noticed, it is recorded.
121   /// When a second different accessing function is noticed,
122   /// HasMultipleAccessingFunctions is set to true.
123   Function *AccessingFunction;
124   bool HasMultipleAccessingFunctions;
125
126   /// HasNonInstructionUser - Set to true if this global has a user that is not
127   /// an instruction (e.g. a constant expr or GV initializer).
128   bool HasNonInstructionUser;
129
130   /// HasPHIUser - Set to true if this global has a user that is a PHI node.
131   bool HasPHIUser;
132   
133   GlobalStatus() : isLoaded(false), StoredType(NotStored), StoredOnceValue(0),
134                    AccessingFunction(0), HasMultipleAccessingFunctions(false),
135                    HasNonInstructionUser(false), HasPHIUser(false) {}
136 };
137
138 }
139
140 // SafeToDestroyConstant - It is safe to destroy a constant iff it is only used
141 // by constants itself.  Note that constants cannot be cyclic, so this test is
142 // pretty easy to implement recursively.
143 //
144 static bool SafeToDestroyConstant(Constant *C) {
145   if (isa<GlobalValue>(C)) return false;
146
147   for (Value::use_iterator UI = C->use_begin(), E = C->use_end(); UI != E; ++UI)
148     if (Constant *CU = dyn_cast<Constant>(*UI)) {
149       if (!SafeToDestroyConstant(CU)) return false;
150     } else
151       return false;
152   return true;
153 }
154
155
156 /// AnalyzeGlobal - Look at all uses of the global and fill in the GlobalStatus
157 /// structure.  If the global has its address taken, return true to indicate we
158 /// can't do anything with it.
159 ///
160 static bool AnalyzeGlobal(Value *V, GlobalStatus &GS,
161                           SmallPtrSet<PHINode*, 16> &PHIUsers) {
162   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; ++UI)
163     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(*UI)) {
164       GS.HasNonInstructionUser = true;
165
166       if (AnalyzeGlobal(CE, GS, PHIUsers)) return true;
167
168     } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(*UI)) {
169       if (!GS.HasMultipleAccessingFunctions) {
170         Function *F = I->getParent()->getParent();
171         if (GS.AccessingFunction == 0)
172           GS.AccessingFunction = F;
173         else if (GS.AccessingFunction != F)
174           GS.HasMultipleAccessingFunctions = true;
175       }
176       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
177         GS.isLoaded = true;
178         if (LI->isVolatile()) return true;  // Don't hack on volatile loads.
179       } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
180         // Don't allow a store OF the address, only stores TO the address.
181         if (SI->getOperand(0) == V) return true;
182
183         if (SI->isVolatile()) return true;  // Don't hack on volatile stores.
184
185         // If this is a direct store to the global (i.e., the global is a scalar
186         // value, not an aggregate), keep more specific information about
187         // stores.
188         if (GS.StoredType != GlobalStatus::isStored) {
189           if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(SI->getOperand(1))){
190             Value *StoredVal = SI->getOperand(0);
191             if (StoredVal == GV->getInitializer()) {
192               if (GS.StoredType < GlobalStatus::isInitializerStored)
193                 GS.StoredType = GlobalStatus::isInitializerStored;
194             } else if (isa<LoadInst>(StoredVal) &&
195                        cast<LoadInst>(StoredVal)->getOperand(0) == GV) {
196               // G = G
197               if (GS.StoredType < GlobalStatus::isInitializerStored)
198                 GS.StoredType = GlobalStatus::isInitializerStored;
199             } else if (GS.StoredType < GlobalStatus::isStoredOnce) {
200               GS.StoredType = GlobalStatus::isStoredOnce;
201               GS.StoredOnceValue = StoredVal;
202             } else if (GS.StoredType == GlobalStatus::isStoredOnce &&
203                        GS.StoredOnceValue == StoredVal) {
204               // noop.
205             } else {
206               GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
207             }
208           } else {
209             GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
210           }
211         }
212       } else if (isa<GetElementPtrInst>(I)) {
213         if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
214       } else if (isa<SelectInst>(I)) {
215         if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
216       } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
217         // PHI nodes we can check just like select or GEP instructions, but we
218         // have to be careful about infinite recursion.
219         if (PHIUsers.insert(PN))  // Not already visited.
220           if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
221         GS.HasPHIUser = true;
222       } else if (isa<CmpInst>(I)) {
223       } else if (isa<MemTransferInst>(I)) {
224         if (I->getOperand(1) == V)
225           GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
226         if (I->getOperand(2) == V)
227           GS.isLoaded = true;
228       } else if (isa<MemSetInst>(I)) {
229         assert(I->getOperand(1) == V && "Memset only takes one pointer!");
230         GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
231       } else {
232         return true;  // Any other non-load instruction might take address!
233       }
234     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(*UI)) {
235       GS.HasNonInstructionUser = true;
236       // We might have a dead and dangling constant hanging off of here.
237       if (!SafeToDestroyConstant(C))
238         return true;
239     } else {
240       GS.HasNonInstructionUser = true;
241       // Otherwise must be some other user.
242       return true;
243     }
244
245   return false;
246 }
247
248 static Constant *getAggregateConstantElement(Constant *Agg, Constant *Idx,
249                                              LLVMContext &Context) {
250   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Idx);
251   if (!CI) return 0;
252   unsigned IdxV = CI->getZExtValue();
253
254   if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Agg)) {
255     if (IdxV < CS->getNumOperands()) return CS->getOperand(IdxV);
256   } else if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Agg)) {
257     if (IdxV < CA->getNumOperands()) return CA->getOperand(IdxV);
258   } else if (ConstantVector *CP = dyn_cast<ConstantVector>(Agg)) {
259     if (IdxV < CP->getNumOperands()) return CP->getOperand(IdxV);
260   } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Agg)) {
261     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Agg->getType())) {
262       if (IdxV < STy->getNumElements())
263         return Constant::getNullValue(STy->getElementType(IdxV));
264     } else if (const SequentialType *STy =
265                dyn_cast<SequentialType>(Agg->getType())) {
266       return Constant::getNullValue(STy->getElementType());
267     }
268   } else if (isa<UndefValue>(Agg)) {
269     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Agg->getType())) {
270       if (IdxV < STy->getNumElements())
271         return UndefValue::get(STy->getElementType(IdxV));
272     } else if (const SequentialType *STy =
273                dyn_cast<SequentialType>(Agg->getType())) {
274       return UndefValue::get(STy->getElementType());
275     }
276   }
277   return 0;
278 }
279
280
281 /// CleanupConstantGlobalUsers - We just marked GV constant.  Loop over all
282 /// users of the global, cleaning up the obvious ones.  This is largely just a
283 /// quick scan over the use list to clean up the easy and obvious cruft.  This
284 /// returns true if it made a change.
285 static bool CleanupConstantGlobalUsers(Value *V, Constant *Init,
286                                        LLVMContext &Context) {
287   bool Changed = false;
288   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;) {
289     User *U = *UI++;
290
291     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
292       if (Init) {
293         // Replace the load with the initializer.
294         LI->replaceAllUsesWith(Init);
295         LI->eraseFromParent();
296         Changed = true;
297       }
298     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
299       // Store must be unreachable or storing Init into the global.
300       SI->eraseFromParent();
301       Changed = true;
302     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
303       if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
304         Constant *SubInit = 0;
305         if (Init)
306           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE, Context);
307         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, SubInit, Context);
308       } else if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast && 
309                  isa<PointerType>(CE->getType())) {
310         // Pointer cast, delete any stores and memsets to the global.
311         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, 0, Context);
312       }
313
314       if (CE->use_empty()) {
315         CE->destroyConstant();
316         Changed = true;
317       }
318     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
319       // Do not transform "gepinst (gep constexpr (GV))" here, because forming
320       // "gepconstexpr (gep constexpr (GV))" will cause the two gep's to fold
321       // and will invalidate our notion of what Init is.
322       Constant *SubInit = 0;
323       if (!isa<ConstantExpr>(GEP->getOperand(0))) {
324         ConstantExpr *CE = 
325           dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(ConstantFoldInstruction(GEP, Context));
326         if (Init && CE && CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
327           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE, Context);
328       }
329       Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(GEP, SubInit, Context);
330
331       if (GEP->use_empty()) {
332         GEP->eraseFromParent();
333         Changed = true;
334       }
335     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U)) { // memset/cpy/mv
336       if (MI->getRawDest() == V) {
337         MI->eraseFromParent();
338         Changed = true;
339       }
340
341     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
342       // If we have a chain of dead constantexprs or other things dangling from
343       // us, and if they are all dead, nuke them without remorse.
344       if (SafeToDestroyConstant(C)) {
345         C->destroyConstant();
346         // This could have invalidated UI, start over from scratch.
347         CleanupConstantGlobalUsers(V, Init, Context);
348         return true;
349       }
350     }
351   }
352   return Changed;
353 }
354
355 /// isSafeSROAElementUse - Return true if the specified instruction is a safe
356 /// user of a derived expression from a global that we want to SROA.
357 static bool isSafeSROAElementUse(Value *V) {
358   // We might have a dead and dangling constant hanging off of here.
359   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
360     return SafeToDestroyConstant(C);
361   
362   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
363   if (!I) return false;
364
365   // Loads are ok.
366   if (isa<LoadInst>(I)) return true;
367
368   // Stores *to* the pointer are ok.
369   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
370     return SI->getOperand(0) != V;
371     
372   // Otherwise, it must be a GEP.
373   GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I);
374   if (GEPI == 0) return false;
375   
376   if (GEPI->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEPI->getOperand(1)) ||
377       !cast<Constant>(GEPI->getOperand(1))->isNullValue())
378     return false;
379   
380   for (Value::use_iterator I = GEPI->use_begin(), E = GEPI->use_end();
381        I != E; ++I)
382     if (!isSafeSROAElementUse(*I))
383       return false;
384   return true;
385 }
386
387
388 /// IsUserOfGlobalSafeForSRA - U is a direct user of the specified global value.
389 /// Look at it and its uses and decide whether it is safe to SROA this global.
390 ///
391 static bool IsUserOfGlobalSafeForSRA(User *U, GlobalValue *GV) {
392   // The user of the global must be a GEP Inst or a ConstantExpr GEP.
393   if (!isa<GetElementPtrInst>(U) && 
394       (!isa<ConstantExpr>(U) || 
395        cast<ConstantExpr>(U)->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr))
396     return false;
397   
398   // Check to see if this ConstantExpr GEP is SRA'able.  In particular, we
399   // don't like < 3 operand CE's, and we don't like non-constant integer
400   // indices.  This enforces that all uses are 'gep GV, 0, C, ...' for some
401   // value of C.
402   if (U->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(U->getOperand(1)) ||
403       !cast<Constant>(U->getOperand(1))->isNullValue() ||
404       !isa<ConstantInt>(U->getOperand(2)))
405     return false;
406
407   gep_type_iterator GEPI = gep_type_begin(U), E = gep_type_end(U);
408   ++GEPI;  // Skip over the pointer index.
409   
410   // If this is a use of an array allocation, do a bit more checking for sanity.
411   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*GEPI)) {
412     uint64_t NumElements = AT->getNumElements();
413     ConstantInt *Idx = cast<ConstantInt>(U->getOperand(2));
414     
415     // Check to make sure that index falls within the array.  If not,
416     // something funny is going on, so we won't do the optimization.
417     //
418     if (Idx->getZExtValue() >= NumElements)
419       return false;
420       
421     // We cannot scalar repl this level of the array unless any array
422     // sub-indices are in-range constants.  In particular, consider:
423     // A[0][i].  We cannot know that the user isn't doing invalid things like
424     // allowing i to index an out-of-range subscript that accesses A[1].
425     //
426     // Scalar replacing *just* the outer index of the array is probably not
427     // going to be a win anyway, so just give up.
428     for (++GEPI; // Skip array index.
429          GEPI != E;
430          ++GEPI) {
431       uint64_t NumElements;
432       if (const ArrayType *SubArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(*GEPI))
433         NumElements = SubArrayTy->getNumElements();
434       else if (const VectorType *SubVectorTy = dyn_cast<VectorType>(*GEPI))
435         NumElements = SubVectorTy->getNumElements();
436       else {
437         assert(isa<StructType>(*GEPI) &&
438                "Indexed GEP type is not array, vector, or struct!");
439         continue;
440       }
441       
442       ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPI.getOperand());
443       if (!IdxVal || IdxVal->getZExtValue() >= NumElements)
444         return false;
445     }
446   }
447
448   for (Value::use_iterator I = U->use_begin(), E = U->use_end(); I != E; ++I)
449     if (!isSafeSROAElementUse(*I))
450       return false;
451   return true;
452 }
453
454 /// GlobalUsersSafeToSRA - Look at all uses of the global and decide whether it
455 /// is safe for us to perform this transformation.
456 ///
457 static bool GlobalUsersSafeToSRA(GlobalValue *GV) {
458   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
459        UI != E; ++UI) {
460     if (!IsUserOfGlobalSafeForSRA(*UI, GV))
461       return false;
462   }
463   return true;
464 }
465  
466
467 /// SRAGlobal - Perform scalar replacement of aggregates on the specified global
468 /// variable.  This opens the door for other optimizations by exposing the
469 /// behavior of the program in a more fine-grained way.  We have determined that
470 /// this transformation is safe already.  We return the first global variable we
471 /// insert so that the caller can reprocess it.
472 static GlobalVariable *SRAGlobal(GlobalVariable *GV, const TargetData &TD,
473                                  LLVMContext &Context) {
474   // Make sure this global only has simple uses that we can SRA.
475   if (!GlobalUsersSafeToSRA(GV))
476     return 0;
477   
478   assert(GV->hasLocalLinkage() && !GV->isConstant());
479   Constant *Init = GV->getInitializer();
480   const Type *Ty = Init->getType();
481
482   std::vector<GlobalVariable*> NewGlobals;
483   Module::GlobalListType &Globals = GV->getParent()->getGlobalList();
484
485   // Get the alignment of the global, either explicit or target-specific.
486   unsigned StartAlignment = GV->getAlignment();
487   if (StartAlignment == 0)
488     StartAlignment = TD.getABITypeAlignment(GV->getType());
489    
490   if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
491     NewGlobals.reserve(STy->getNumElements());
492     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(STy);
493     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
494       Constant *In = getAggregateConstantElement(Init,
495                                 ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), i),
496                                     Context);
497       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
498       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(Context,
499                                                STy->getElementType(i), false,
500                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
501                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
502                                                GV->isThreadLocal(),
503                                               GV->getType()->getAddressSpace());
504       Globals.insert(GV, NGV);
505       NewGlobals.push_back(NGV);
506       
507       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
508       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
509       // propagate info to each field.
510       uint64_t FieldOffset = Layout.getElementOffset(i);
511       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, FieldOffset);
512       if (NewAlign > TD.getABITypeAlignment(STy->getElementType(i)))
513         NGV->setAlignment(NewAlign);
514     }
515   } else if (const SequentialType *STy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
516     unsigned NumElements = 0;
517     if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(STy))
518       NumElements = ATy->getNumElements();
519     else
520       NumElements = cast<VectorType>(STy)->getNumElements();
521
522     if (NumElements > 16 && GV->hasNUsesOrMore(16))
523       return 0; // It's not worth it.
524     NewGlobals.reserve(NumElements);
525     
526     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSize(STy->getElementType());
527     unsigned EltAlign = TD.getABITypeAlignment(STy->getElementType());
528     for (unsigned i = 0, e = NumElements; i != e; ++i) {
529       Constant *In = getAggregateConstantElement(Init,
530                                 ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), i),
531                                     Context);
532       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
533
534       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(Context,
535                                                STy->getElementType(), false,
536                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
537                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
538                                                GV->isThreadLocal(),
539                                               GV->getType()->getAddressSpace());
540       Globals.insert(GV, NGV);
541       NewGlobals.push_back(NGV);
542       
543       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
544       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
545       // propagate info to each field.
546       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, EltSize*i);
547       if (NewAlign > EltAlign)
548         NGV->setAlignment(NewAlign);
549     }
550   }
551
552   if (NewGlobals.empty())
553     return 0;
554
555   DEBUG(errs() << "PERFORMING GLOBAL SRA ON: " << *GV);
556
557   Constant *NullInt = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(Context));
558
559   // Loop over all of the uses of the global, replacing the constantexpr geps,
560   // with smaller constantexpr geps or direct references.
561   while (!GV->use_empty()) {
562     User *GEP = GV->use_back();
563     assert(((isa<ConstantExpr>(GEP) &&
564              cast<ConstantExpr>(GEP)->getOpcode()==Instruction::GetElementPtr)||
565             isa<GetElementPtrInst>(GEP)) && "NonGEP CE's are not SRAable!");
566
567     // Ignore the 1th operand, which has to be zero or else the program is quite
568     // broken (undefined).  Get the 2nd operand, which is the structure or array
569     // index.
570     unsigned Val = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2))->getZExtValue();
571     if (Val >= NewGlobals.size()) Val = 0; // Out of bound array access.
572
573     Value *NewPtr = NewGlobals[Val];
574
575     // Form a shorter GEP if needed.
576     if (GEP->getNumOperands() > 3) {
577       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GEP)) {
578         SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
579         Idxs.push_back(NullInt);
580         for (unsigned i = 3, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
581           Idxs.push_back(CE->getOperand(i));
582         NewPtr = ConstantExpr::getGetElementPtr(cast<Constant>(NewPtr),
583                                                 &Idxs[0], Idxs.size());
584       } else {
585         GetElementPtrInst *GEPI = cast<GetElementPtrInst>(GEP);
586         SmallVector<Value*, 8> Idxs;
587         Idxs.push_back(NullInt);
588         for (unsigned i = 3, e = GEPI->getNumOperands(); i != e; ++i)
589           Idxs.push_back(GEPI->getOperand(i));
590         NewPtr = GetElementPtrInst::Create(NewPtr, Idxs.begin(), Idxs.end(),
591                                            GEPI->getName()+"."+Twine(Val),GEPI);
592       }
593     }
594     GEP->replaceAllUsesWith(NewPtr);
595
596     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(GEP))
597       GEPI->eraseFromParent();
598     else
599       cast<ConstantExpr>(GEP)->destroyConstant();
600   }
601
602   // Delete the old global, now that it is dead.
603   Globals.erase(GV);
604   ++NumSRA;
605
606   // Loop over the new globals array deleting any globals that are obviously
607   // dead.  This can arise due to scalarization of a structure or an array that
608   // has elements that are dead.
609   unsigned FirstGlobal = 0;
610   for (unsigned i = 0, e = NewGlobals.size(); i != e; ++i)
611     if (NewGlobals[i]->use_empty()) {
612       Globals.erase(NewGlobals[i]);
613       if (FirstGlobal == i) ++FirstGlobal;
614     }
615
616   return FirstGlobal != NewGlobals.size() ? NewGlobals[FirstGlobal] : 0;
617 }
618
619 /// AllUsesOfValueWillTrapIfNull - Return true if all users of the specified
620 /// value will trap if the value is dynamically null.  PHIs keeps track of any 
621 /// phi nodes we've seen to avoid reprocessing them.
622 static bool AllUsesOfValueWillTrapIfNull(Value *V,
623                                          SmallPtrSet<PHINode*, 8> &PHIs) {
624   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; ++UI)
625     if (isa<LoadInst>(*UI)) {
626       // Will trap.
627     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(*UI)) {
628       if (SI->getOperand(0) == V) {
629         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << **UI;
630         return false;  // Storing the value.
631       }
632     } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(*UI)) {
633       if (CI->getOperand(0) != V) {
634         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << **UI;
635         return false;  // Not calling the ptr
636       }
637     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(*UI)) {
638       if (II->getOperand(0) != V) {
639         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << **UI;
640         return false;  // Not calling the ptr
641       }
642     } else if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(*UI)) {
643       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(CI, PHIs)) return false;
644     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*UI)) {
645       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(GEPI, PHIs)) return false;
646     } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(*UI)) {
647       // If we've already seen this phi node, ignore it, it has already been
648       // checked.
649       if (PHIs.insert(PN))
650         return AllUsesOfValueWillTrapIfNull(PN, PHIs);
651     } else if (isa<ICmpInst>(*UI) &&
652                isa<ConstantPointerNull>(UI->getOperand(1))) {
653       // Ignore setcc X, null
654     } else {
655       //cerr << "NONTRAPPING USE: " << **UI;
656       return false;
657     }
658   return true;
659 }
660
661 /// AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull - Return true if all uses of any loads
662 /// from GV will trap if the loaded value is null.  Note that this also permits
663 /// comparisons of the loaded value against null, as a special case.
664 static bool AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(GlobalVariable *GV) {
665   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); UI!=E; ++UI)
666     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
667       SmallPtrSet<PHINode*, 8> PHIs;
668       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(LI, PHIs))
669         return false;
670     } else if (isa<StoreInst>(*UI)) {
671       // Ignore stores to the global.
672     } else {
673       // We don't know or understand this user, bail out.
674       //cerr << "UNKNOWN USER OF GLOBAL!: " << **UI;
675       return false;
676     }
677
678   return true;
679 }
680
681 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(Value *V, Constant *NewV,
682                                            LLVMContext &Context) {
683   bool Changed = false;
684   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; ) {
685     Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
686     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
687       LI->setOperand(0, NewV);
688       Changed = true;
689     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
690       if (SI->getOperand(1) == V) {
691         SI->setOperand(1, NewV);
692         Changed = true;
693       }
694     } else if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I)) {
695       if (I->getOperand(0) == V) {
696         // Calling through the pointer!  Turn into a direct call, but be careful
697         // that the pointer is not also being passed as an argument.
698         I->setOperand(0, NewV);
699         Changed = true;
700         bool PassedAsArg = false;
701         for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
702           if (I->getOperand(i) == V) {
703             PassedAsArg = true;
704             I->setOperand(i, NewV);
705           }
706
707         if (PassedAsArg) {
708           // Being passed as an argument also.  Be careful to not invalidate UI!
709           UI = V->use_begin();
710         }
711       }
712     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
713       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(CI,
714                                 ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
715                                                 NewV, CI->getType()), Context);
716       if (CI->use_empty()) {
717         Changed = true;
718         CI->eraseFromParent();
719       }
720     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
721       // Should handle GEP here.
722       SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
723       Idxs.reserve(GEPI->getNumOperands()-1);
724       for (User::op_iterator i = GEPI->op_begin() + 1, e = GEPI->op_end();
725            i != e; ++i)
726         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(*i))
727           Idxs.push_back(C);
728         else
729           break;
730       if (Idxs.size() == GEPI->getNumOperands()-1)
731         Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(GEPI,
732                           ConstantExpr::getGetElementPtr(NewV, &Idxs[0],
733                                                         Idxs.size()), Context);
734       if (GEPI->use_empty()) {
735         Changed = true;
736         GEPI->eraseFromParent();
737       }
738     }
739   }
740
741   return Changed;
742 }
743
744
745 /// OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads - The specified global has only one non-null
746 /// value stored into it.  If there are uses of the loaded value that would trap
747 /// if the loaded value is dynamically null, then we know that they cannot be
748 /// reachable with a null optimize away the load.
749 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GlobalVariable *GV, Constant *LV,
750                                             LLVMContext &Context) {
751   bool Changed = false;
752
753   // Keep track of whether we are able to remove all the uses of the global
754   // other than the store that defines it.
755   bool AllNonStoreUsesGone = true;
756   
757   // Replace all uses of loads with uses of uses of the stored value.
758   for (Value::use_iterator GUI = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); GUI != E;){
759     User *GlobalUser = *GUI++;
760     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(GlobalUser)) {
761       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(LI, LV, Context);
762       // If we were able to delete all uses of the loads
763       if (LI->use_empty()) {
764         LI->eraseFromParent();
765         Changed = true;
766       } else {
767         AllNonStoreUsesGone = false;
768       }
769     } else if (isa<StoreInst>(GlobalUser)) {
770       // Ignore the store that stores "LV" to the global.
771       assert(GlobalUser->getOperand(1) == GV &&
772              "Must be storing *to* the global");
773     } else {
774       AllNonStoreUsesGone = false;
775
776       // If we get here we could have other crazy uses that are transitively
777       // loaded.
778       assert((isa<PHINode>(GlobalUser) || isa<SelectInst>(GlobalUser) ||
779               isa<ConstantExpr>(GlobalUser)) && "Only expect load and stores!");
780     }
781   }
782
783   if (Changed) {
784     DEBUG(errs() << "OPTIMIZED LOADS FROM STORED ONCE POINTER: " << *GV);
785     ++NumGlobUses;
786   }
787
788   // If we nuked all of the loads, then none of the stores are needed either,
789   // nor is the global.
790   if (AllNonStoreUsesGone) {
791     DEBUG(errs() << "  *** GLOBAL NOW DEAD!\n");
792     CleanupConstantGlobalUsers(GV, 0, Context);
793     if (GV->use_empty()) {
794       GV->eraseFromParent();
795       ++NumDeleted;
796     }
797     Changed = true;
798   }
799   return Changed;
800 }
801
802 /// ConstantPropUsersOf - Walk the use list of V, constant folding all of the
803 /// instructions that are foldable.
804 static void ConstantPropUsersOf(Value *V, LLVMContext &Context) {
805   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; )
806     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(*UI++))
807       if (Constant *NewC = ConstantFoldInstruction(I, Context)) {
808         I->replaceAllUsesWith(NewC);
809
810         // Advance UI to the next non-I use to avoid invalidating it!
811         // Instructions could multiply use V.
812         while (UI != E && *UI == I)
813           ++UI;
814         I->eraseFromParent();
815       }
816 }
817
818 /// OptimizeGlobalAddressOfMalloc - This function takes the specified global
819 /// variable, and transforms the program as if it always contained the result of
820 /// the specified malloc.  Because it is always the result of the specified
821 /// malloc, there is no reason to actually DO the malloc.  Instead, turn the
822 /// malloc into a global, and any loads of GV as uses of the new global.
823 static GlobalVariable *OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GlobalVariable *GV,
824                                                      MallocInst *MI,
825                                                      LLVMContext &Context) {
826   DEBUG(errs() << "PROMOTING MALLOC GLOBAL: " << *GV << "  MALLOC = " << *MI);
827   ConstantInt *NElements = cast<ConstantInt>(MI->getArraySize());
828
829   if (NElements->getZExtValue() != 1) {
830     // If we have an array allocation, transform it to a single element
831     // allocation to make the code below simpler.
832     Type *NewTy = ArrayType::get(MI->getAllocatedType(),
833                                  NElements->getZExtValue());
834     MallocInst *NewMI =
835       new MallocInst(NewTy, Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(Context)),
836                      MI->getAlignment(), MI->getName(), MI);
837     Value* Indices[2];
838     Indices[0] = Indices[1] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(Context));
839     Value *NewGEP = GetElementPtrInst::Create(NewMI, Indices, Indices + 2,
840                                               NewMI->getName()+".el0", MI);
841     MI->replaceAllUsesWith(NewGEP);
842     MI->eraseFromParent();
843     MI = NewMI;
844   }
845
846   // Create the new global variable.  The contents of the malloc'd memory is
847   // undefined, so initialize with an undef value.
848   // FIXME: This new global should have the alignment returned by malloc.  Code
849   // could depend on malloc returning large alignment (on the mac, 16 bytes) but
850   // this would only guarantee some lower alignment.
851   Constant *Init = UndefValue::get(MI->getAllocatedType());
852   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(*GV->getParent(), 
853                                              MI->getAllocatedType(), false,
854                                              GlobalValue::InternalLinkage, Init,
855                                              GV->getName()+".body",
856                                              GV,
857                                              GV->isThreadLocal());
858   
859   // Anything that used the malloc now uses the global directly.
860   MI->replaceAllUsesWith(NewGV);
861
862   Constant *RepValue = NewGV;
863   if (NewGV->getType() != GV->getType()->getElementType())
864     RepValue = ConstantExpr::getBitCast(RepValue, 
865                                         GV->getType()->getElementType());
866
867   // If there is a comparison against null, we will insert a global bool to
868   // keep track of whether the global was initialized yet or not.
869   GlobalVariable *InitBool =
870     new GlobalVariable(Context, Type::getInt1Ty(Context), false,
871                        GlobalValue::InternalLinkage,
872                        ConstantInt::getFalse(Context), GV->getName()+".init",
873                        GV->isThreadLocal());
874   bool InitBoolUsed = false;
875
876   // Loop over all uses of GV, processing them in turn.
877   std::vector<StoreInst*> Stores;
878   while (!GV->use_empty())
879     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(GV->use_back())) {
880       while (!LI->use_empty()) {
881         Use &LoadUse = LI->use_begin().getUse();
882         if (!isa<ICmpInst>(LoadUse.getUser()))
883           LoadUse = RepValue;
884         else {
885           ICmpInst *CI = cast<ICmpInst>(LoadUse.getUser());
886           // Replace the cmp X, 0 with a use of the bool value.
887           Value *LV = new LoadInst(InitBool, InitBool->getName()+".val", CI);
888           InitBoolUsed = true;
889           switch (CI->getPredicate()) {
890           default: llvm_unreachable("Unknown ICmp Predicate!");
891           case ICmpInst::ICMP_ULT:
892           case ICmpInst::ICMP_SLT:
893             LV = ConstantInt::getFalse(Context);   // X < null -> always false
894             break;
895           case ICmpInst::ICMP_ULE:
896           case ICmpInst::ICMP_SLE:
897           case ICmpInst::ICMP_EQ:
898             LV = BinaryOperator::CreateNot(LV, "notinit", CI);
899             break;
900           case ICmpInst::ICMP_NE:
901           case ICmpInst::ICMP_UGE:
902           case ICmpInst::ICMP_SGE:
903           case ICmpInst::ICMP_UGT:
904           case ICmpInst::ICMP_SGT:
905             break;  // no change.
906           }
907           CI->replaceAllUsesWith(LV);
908           CI->eraseFromParent();
909         }
910       }
911       LI->eraseFromParent();
912     } else {
913       StoreInst *SI = cast<StoreInst>(GV->use_back());
914       // The global is initialized when the store to it occurs.
915       new StoreInst(ConstantInt::getTrue(Context), InitBool, SI);
916       SI->eraseFromParent();
917     }
918
919   // If the initialization boolean was used, insert it, otherwise delete it.
920   if (!InitBoolUsed) {
921     while (!InitBool->use_empty())  // Delete initializations
922       cast<Instruction>(InitBool->use_back())->eraseFromParent();
923     delete InitBool;
924   } else
925     GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV, InitBool);
926
927
928   // Now the GV is dead, nuke it and the malloc.
929   GV->eraseFromParent();
930   MI->eraseFromParent();
931
932   // To further other optimizations, loop over all users of NewGV and try to
933   // constant prop them.  This will promote GEP instructions with constant
934   // indices into GEP constant-exprs, which will allow global-opt to hack on it.
935   ConstantPropUsersOf(NewGV, Context);
936   if (RepValue != NewGV)
937     ConstantPropUsersOf(RepValue, Context);
938
939   return NewGV;
940 }
941
942 /// ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal - Scan the use-list of V checking
943 /// to make sure that there are no complex uses of V.  We permit simple things
944 /// like dereferencing the pointer, but not storing through the address, unless
945 /// it is to the specified global.
946 static bool ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(Instruction *V,
947                                                       GlobalVariable *GV,
948                                               SmallPtrSet<PHINode*, 8> &PHIs) {
949   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;++UI){
950     Instruction *Inst = cast<Instruction>(*UI);
951     
952     if (isa<LoadInst>(Inst) || isa<CmpInst>(Inst)) {
953       continue; // Fine, ignore.
954     }
955     
956     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
957       if (SI->getOperand(0) == V && SI->getOperand(1) != GV)
958         return false;  // Storing the pointer itself... bad.
959       continue; // Otherwise, storing through it, or storing into GV... fine.
960     }
961     
962     if (isa<GetElementPtrInst>(Inst)) {
963       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(Inst, GV, PHIs))
964         return false;
965       continue;
966     }
967     
968     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Inst)) {
969       // PHIs are ok if all uses are ok.  Don't infinitely recurse through PHI
970       // cycles.
971       if (PHIs.insert(PN))
972         if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(PN, GV, PHIs))
973           return false;
974       continue;
975     }
976     
977     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Inst)) {
978       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(BCI, GV, PHIs))
979         return false;
980       continue;
981     }
982     
983     return false;
984   }
985   return true;
986 }
987
988 /// ReplaceUsesOfMallocWithGlobal - The Alloc pointer is stored into GV
989 /// somewhere.  Transform all uses of the allocation into loads from the
990 /// global and uses of the resultant pointer.  Further, delete the store into
991 /// GV.  This assumes that these value pass the 
992 /// 'ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal' predicate.
993 static void ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(Instruction *Alloc, 
994                                           GlobalVariable *GV) {
995   while (!Alloc->use_empty()) {
996     Instruction *U = cast<Instruction>(*Alloc->use_begin());
997     Instruction *InsertPt = U;
998     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
999       // If this is the store of the allocation into the global, remove it.
1000       if (SI->getOperand(1) == GV) {
1001         SI->eraseFromParent();
1002         continue;
1003       }
1004     } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1005       // Insert the load in the corresponding predecessor, not right before the
1006       // PHI.
1007       InsertPt = PN->getIncomingBlock(Alloc->use_begin())->getTerminator();
1008     } else if (isa<BitCastInst>(U)) {
1009       // Must be bitcast between the malloc and store to initialize the global.
1010       ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(U, GV);
1011       U->eraseFromParent();
1012       continue;
1013     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
1014       // If this is a "GEP bitcast" and the user is a store to the global, then
1015       // just process it as a bitcast.
1016       if (GEPI->hasAllZeroIndices() && GEPI->hasOneUse())
1017         if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GEPI->use_back()))
1018           if (SI->getOperand(1) == GV) {
1019             // Must be bitcast GEP between the malloc and store to initialize
1020             // the global.
1021             ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(GEPI, GV);
1022             GEPI->eraseFromParent();
1023             continue;
1024           }
1025     }
1026       
1027     // Insert a load from the global, and use it instead of the malloc.
1028     Value *NL = new LoadInst(GV, GV->getName()+".val", InsertPt);
1029     U->replaceUsesOfWith(Alloc, NL);
1030   }
1031 }
1032
1033 /// LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA - Verify that all uses of V (a load, or a phi
1034 /// of a load) are simple enough to perform heap SRA on.  This permits GEP's
1035 /// that index through the array and struct field, icmps of null, and PHIs.
1036 static bool LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(Value *V,
1037                               SmallPtrSet<PHINode*, 32> &LoadUsingPHIs,
1038                               SmallPtrSet<PHINode*, 32> &LoadUsingPHIsPerLoad) {
1039   // We permit two users of the load: setcc comparing against the null
1040   // pointer, and a getelementptr of a specific form.
1041   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;++UI){
1042     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1043     
1044     // Comparison against null is ok.
1045     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(User)) {
1046       if (!isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1047         return false;
1048       continue;
1049     }
1050     
1051     // getelementptr is also ok, but only a simple form.
1052     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1053       // Must index into the array and into the struct.
1054       if (GEPI->getNumOperands() < 3)
1055         return false;
1056       
1057       // Otherwise the GEP is ok.
1058       continue;
1059     }
1060     
1061     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1062       if (!LoadUsingPHIsPerLoad.insert(PN))
1063         // This means some phi nodes are dependent on each other.
1064         // Avoid infinite looping!
1065         return false;
1066       if (!LoadUsingPHIs.insert(PN))
1067         // If we have already analyzed this PHI, then it is safe.
1068         continue;
1069       
1070       // Make sure all uses of the PHI are simple enough to transform.
1071       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(PN,
1072                                           LoadUsingPHIs, LoadUsingPHIsPerLoad))
1073         return false;
1074       
1075       continue;
1076     }
1077     
1078     // Otherwise we don't know what this is, not ok.
1079     return false;
1080   }
1081   
1082   return true;
1083 }
1084
1085
1086 /// AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA - If all users of values loaded from
1087 /// GV are simple enough to perform HeapSRA, return true.
1088 static bool AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(GlobalVariable *GV,
1089                                                     MallocInst *MI) {
1090   SmallPtrSet<PHINode*, 32> LoadUsingPHIs;
1091   SmallPtrSet<PHINode*, 32> LoadUsingPHIsPerLoad;
1092   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); UI != E; 
1093        ++UI)
1094     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
1095       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(LI, LoadUsingPHIs,
1096                                           LoadUsingPHIsPerLoad))
1097         return false;
1098       LoadUsingPHIsPerLoad.clear();
1099     }
1100   
1101   // If we reach here, we know that all uses of the loads and transitive uses
1102   // (through PHI nodes) are simple enough to transform.  However, we don't know
1103   // that all inputs the to the PHI nodes are in the same equivalence sets. 
1104   // Check to verify that all operands of the PHIs are either PHIS that can be
1105   // transformed, loads from GV, or MI itself.
1106   for (SmallPtrSet<PHINode*, 32>::iterator I = LoadUsingPHIs.begin(),
1107        E = LoadUsingPHIs.end(); I != E; ++I) {
1108     PHINode *PN = *I;
1109     for (unsigned op = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); op != e; ++op) {
1110       Value *InVal = PN->getIncomingValue(op);
1111       
1112       // PHI of the stored value itself is ok.
1113       if (InVal == MI) continue;
1114       
1115       if (PHINode *InPN = dyn_cast<PHINode>(InVal)) {
1116         // One of the PHIs in our set is (optimistically) ok.
1117         if (LoadUsingPHIs.count(InPN))
1118           continue;
1119         return false;
1120       }
1121       
1122       // Load from GV is ok.
1123       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(InVal))
1124         if (LI->getOperand(0) == GV)
1125           continue;
1126       
1127       // UNDEF? NULL?
1128       
1129       // Anything else is rejected.
1130       return false;
1131     }
1132   }
1133   
1134   return true;
1135 }
1136
1137 static Value *GetHeapSROAValue(Value *V, unsigned FieldNo,
1138                DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1139                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite,
1140                    LLVMContext &Context) {
1141   std::vector<Value*> &FieldVals = InsertedScalarizedValues[V];
1142   
1143   if (FieldNo >= FieldVals.size())
1144     FieldVals.resize(FieldNo+1);
1145   
1146   // If we already have this value, just reuse the previously scalarized
1147   // version.
1148   if (Value *FieldVal = FieldVals[FieldNo])
1149     return FieldVal;
1150   
1151   // Depending on what instruction this is, we have several cases.
1152   Value *Result;
1153   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
1154     // This is a scalarized version of the load from the global.  Just create
1155     // a new Load of the scalarized global.
1156     Result = new LoadInst(GetHeapSROAValue(LI->getOperand(0), FieldNo,
1157                                            InsertedScalarizedValues,
1158                                            PHIsToRewrite, Context),
1159                           LI->getName()+".f"+Twine(FieldNo), LI);
1160   } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1161     // PN's type is pointer to struct.  Make a new PHI of pointer to struct
1162     // field.
1163     const StructType *ST = 
1164       cast<StructType>(cast<PointerType>(PN->getType())->getElementType());
1165     
1166     Result =
1167      PHINode::Create(PointerType::getUnqual(ST->getElementType(FieldNo)),
1168                      PN->getName()+".f"+Twine(FieldNo), PN);
1169     PHIsToRewrite.push_back(std::make_pair(PN, FieldNo));
1170   } else {
1171     llvm_unreachable("Unknown usable value");
1172     Result = 0;
1173   }
1174   
1175   return FieldVals[FieldNo] = Result;
1176 }
1177
1178 /// RewriteHeapSROALoadUser - Given a load instruction and a value derived from
1179 /// the load, rewrite the derived value to use the HeapSRoA'd load.
1180 static void RewriteHeapSROALoadUser(Instruction *LoadUser, 
1181              DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1182                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite,
1183                    LLVMContext &Context) {
1184   // If this is a comparison against null, handle it.
1185   if (ICmpInst *SCI = dyn_cast<ICmpInst>(LoadUser)) {
1186     assert(isa<ConstantPointerNull>(SCI->getOperand(1)));
1187     // If we have a setcc of the loaded pointer, we can use a setcc of any
1188     // field.
1189     Value *NPtr = GetHeapSROAValue(SCI->getOperand(0), 0,
1190                                    InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite,
1191                                    Context);
1192     
1193     Value *New = new ICmpInst(SCI, SCI->getPredicate(), NPtr,
1194                               Constant::getNullValue(NPtr->getType()), 
1195                               SCI->getName());
1196     SCI->replaceAllUsesWith(New);
1197     SCI->eraseFromParent();
1198     return;
1199   }
1200   
1201   // Handle 'getelementptr Ptr, Idx, i32 FieldNo ...'
1202   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LoadUser)) {
1203     assert(GEPI->getNumOperands() >= 3 && isa<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))
1204            && "Unexpected GEPI!");
1205   
1206     // Load the pointer for this field.
1207     unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))->getZExtValue();
1208     Value *NewPtr = GetHeapSROAValue(GEPI->getOperand(0), FieldNo,
1209                                      InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite,
1210                                      Context);
1211     
1212     // Create the new GEP idx vector.
1213     SmallVector<Value*, 8> GEPIdx;
1214     GEPIdx.push_back(GEPI->getOperand(1));
1215     GEPIdx.append(GEPI->op_begin()+3, GEPI->op_end());
1216     
1217     Value *NGEPI = GetElementPtrInst::Create(NewPtr,
1218                                              GEPIdx.begin(), GEPIdx.end(),
1219                                              GEPI->getName(), GEPI);
1220     GEPI->replaceAllUsesWith(NGEPI);
1221     GEPI->eraseFromParent();
1222     return;
1223   }
1224
1225   // Recursively transform the users of PHI nodes.  This will lazily create the
1226   // PHIs that are needed for individual elements.  Keep track of what PHIs we
1227   // see in InsertedScalarizedValues so that we don't get infinite loops (very
1228   // antisocial).  If the PHI is already in InsertedScalarizedValues, it has
1229   // already been seen first by another load, so its uses have already been
1230   // processed.
1231   PHINode *PN = cast<PHINode>(LoadUser);
1232   bool Inserted;
1233   DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator InsertPos;
1234   tie(InsertPos, Inserted) =
1235     InsertedScalarizedValues.insert(std::make_pair(PN, std::vector<Value*>()));
1236   if (!Inserted) return;
1237   
1238   // If this is the first time we've seen this PHI, recursively process all
1239   // users.
1240   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end(); UI != E; ) {
1241     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1242     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite,
1243                             Context);
1244   }
1245 }
1246
1247 /// RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA - We are performing Heap SRoA on a global.  Ptr
1248 /// is a value loaded from the global.  Eliminate all uses of Ptr, making them
1249 /// use FieldGlobals instead.  All uses of loaded values satisfy
1250 /// AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA.
1251 static void RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LoadInst *Load, 
1252                DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1253                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite,
1254                    LLVMContext &Context) {
1255   for (Value::use_iterator UI = Load->use_begin(), E = Load->use_end();
1256        UI != E; ) {
1257     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1258     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite,
1259                             Context);
1260   }
1261   
1262   if (Load->use_empty()) {
1263     Load->eraseFromParent();
1264     InsertedScalarizedValues.erase(Load);
1265   }
1266 }
1267
1268 /// PerformHeapAllocSRoA - MI is an allocation of an array of structures.  Break
1269 /// it up into multiple allocations of arrays of the fields.
1270 static GlobalVariable *PerformHeapAllocSRoA(GlobalVariable *GV, MallocInst *MI,
1271                                             LLVMContext &Context){
1272   DEBUG(errs() << "SROA HEAP ALLOC: " << *GV << "  MALLOC = " << *MI);
1273   const StructType *STy = cast<StructType>(MI->getAllocatedType());
1274
1275   // There is guaranteed to be at least one use of the malloc (storing
1276   // it into GV).  If there are other uses, change them to be uses of
1277   // the global to simplify later code.  This also deletes the store
1278   // into GV.
1279   ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(MI, GV);
1280   
1281   // Okay, at this point, there are no users of the malloc.  Insert N
1282   // new mallocs at the same place as MI, and N globals.
1283   std::vector<Value*> FieldGlobals;
1284   std::vector<MallocInst*> FieldMallocs;
1285   
1286   for (unsigned FieldNo = 0, e = STy->getNumElements(); FieldNo != e;++FieldNo){
1287     const Type *FieldTy = STy->getElementType(FieldNo);
1288     const Type *PFieldTy = PointerType::getUnqual(FieldTy);
1289     
1290     GlobalVariable *NGV =
1291       new GlobalVariable(*GV->getParent(),
1292                          PFieldTy, false, GlobalValue::InternalLinkage,
1293                          Constant::getNullValue(PFieldTy),
1294                          GV->getName() + ".f" + Twine(FieldNo), GV,
1295                          GV->isThreadLocal());
1296     FieldGlobals.push_back(NGV);
1297     
1298     MallocInst *NMI = new MallocInst(FieldTy, MI->getArraySize(),
1299                                      MI->getName() + ".f" + Twine(FieldNo), MI);
1300     FieldMallocs.push_back(NMI);
1301     new StoreInst(NMI, NGV, MI);
1302   }
1303   
1304   // The tricky aspect of this transformation is handling the case when malloc
1305   // fails.  In the original code, malloc failing would set the result pointer
1306   // of malloc to null.  In this case, some mallocs could succeed and others
1307   // could fail.  As such, we emit code that looks like this:
1308   //    F0 = malloc(field0)
1309   //    F1 = malloc(field1)
1310   //    F2 = malloc(field2)
1311   //    if (F0 == 0 || F1 == 0 || F2 == 0) {
1312   //      if (F0) { free(F0); F0 = 0; }
1313   //      if (F1) { free(F1); F1 = 0; }
1314   //      if (F2) { free(F2); F2 = 0; }
1315   //    }
1316   Value *RunningOr = 0;
1317   for (unsigned i = 0, e = FieldMallocs.size(); i != e; ++i) {
1318     Value *Cond = new ICmpInst(MI, ICmpInst::ICMP_EQ, FieldMallocs[i],
1319                               Constant::getNullValue(FieldMallocs[i]->getType()),
1320                                   "isnull");
1321     if (!RunningOr)
1322       RunningOr = Cond;   // First seteq
1323     else
1324       RunningOr = BinaryOperator::CreateOr(RunningOr, Cond, "tmp", MI);
1325   }
1326
1327   // Split the basic block at the old malloc.
1328   BasicBlock *OrigBB = MI->getParent();
1329   BasicBlock *ContBB = OrigBB->splitBasicBlock(MI, "malloc_cont");
1330   
1331   // Create the block to check the first condition.  Put all these blocks at the
1332   // end of the function as they are unlikely to be executed.
1333   BasicBlock *NullPtrBlock = BasicBlock::Create(Context, "malloc_ret_null",
1334                                                 OrigBB->getParent());
1335   
1336   // Remove the uncond branch from OrigBB to ContBB, turning it into a cond
1337   // branch on RunningOr.
1338   OrigBB->getTerminator()->eraseFromParent();
1339   BranchInst::Create(NullPtrBlock, ContBB, RunningOr, OrigBB);
1340   
1341   // Within the NullPtrBlock, we need to emit a comparison and branch for each
1342   // pointer, because some may be null while others are not.
1343   for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1344     Value *GVVal = new LoadInst(FieldGlobals[i], "tmp", NullPtrBlock);
1345     Value *Cmp = new ICmpInst(*NullPtrBlock, ICmpInst::ICMP_NE, GVVal, 
1346                               Constant::getNullValue(GVVal->getType()),
1347                               "tmp");
1348     BasicBlock *FreeBlock = BasicBlock::Create(Context, "free_it", 
1349                                                OrigBB->getParent());
1350     BasicBlock *NextBlock = BasicBlock::Create(Context, "next", 
1351                                                OrigBB->getParent());
1352     BranchInst::Create(FreeBlock, NextBlock, Cmp, NullPtrBlock);
1353
1354     // Fill in FreeBlock.
1355     new FreeInst(GVVal, FreeBlock);
1356     new StoreInst(Constant::getNullValue(GVVal->getType()), FieldGlobals[i],
1357                   FreeBlock);
1358     BranchInst::Create(NextBlock, FreeBlock);
1359     
1360     NullPtrBlock = NextBlock;
1361   }
1362   
1363   BranchInst::Create(ContBB, NullPtrBlock);
1364   
1365   // MI is no longer needed, remove it.
1366   MI->eraseFromParent();
1367
1368   /// InsertedScalarizedLoads - As we process loads, if we can't immediately
1369   /// update all uses of the load, keep track of what scalarized loads are
1370   /// inserted for a given load.
1371   DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > InsertedScalarizedValues;
1372   InsertedScalarizedValues[GV] = FieldGlobals;
1373   
1374   std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > PHIsToRewrite;
1375   
1376   // Okay, the malloc site is completely handled.  All of the uses of GV are now
1377   // loads, and all uses of those loads are simple.  Rewrite them to use loads
1378   // of the per-field globals instead.
1379   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); UI != E;) {
1380     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1381     
1382     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1383       RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LI, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite,
1384                                    Context);
1385       continue;
1386     }
1387     
1388     // Must be a store of null.
1389     StoreInst *SI = cast<StoreInst>(User);
1390     assert(isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(0)) &&
1391            "Unexpected heap-sra user!");
1392     
1393     // Insert a store of null into each global.
1394     for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1395       const PointerType *PT = cast<PointerType>(FieldGlobals[i]->getType());
1396       Constant *Null = Constant::getNullValue(PT->getElementType());
1397       new StoreInst(Null, FieldGlobals[i], SI);
1398     }
1399     // Erase the original store.
1400     SI->eraseFromParent();
1401   }
1402
1403   // While we have PHIs that are interesting to rewrite, do it.
1404   while (!PHIsToRewrite.empty()) {
1405     PHINode *PN = PHIsToRewrite.back().first;
1406     unsigned FieldNo = PHIsToRewrite.back().second;
1407     PHIsToRewrite.pop_back();
1408     PHINode *FieldPN = cast<PHINode>(InsertedScalarizedValues[PN][FieldNo]);
1409     assert(FieldPN->getNumIncomingValues() == 0 &&"Already processed this phi");
1410
1411     // Add all the incoming values.  This can materialize more phis.
1412     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1413       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1414       InVal = GetHeapSROAValue(InVal, FieldNo, InsertedScalarizedValues,
1415                                PHIsToRewrite, Context);
1416       FieldPN->addIncoming(InVal, PN->getIncomingBlock(i));
1417     }
1418   }
1419   
1420   // Drop all inter-phi links and any loads that made it this far.
1421   for (DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator
1422        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1423        I != E; ++I) {
1424     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1425       PN->dropAllReferences();
1426     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1427       LI->dropAllReferences();
1428   }
1429   
1430   // Delete all the phis and loads now that inter-references are dead.
1431   for (DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator
1432        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1433        I != E; ++I) {
1434     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1435       PN->eraseFromParent();
1436     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1437       LI->eraseFromParent();
1438   }
1439   
1440   // The old global is now dead, remove it.
1441   GV->eraseFromParent();
1442
1443   ++NumHeapSRA;
1444   return cast<GlobalVariable>(FieldGlobals[0]);
1445 }
1446
1447 /// TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal - This function is called when we see a
1448 /// pointer global variable with a single value stored it that is a malloc or
1449 /// cast of malloc.
1450 static bool TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GlobalVariable *GV,
1451                                                MallocInst *MI,
1452                                                Module::global_iterator &GVI,
1453                                                TargetData *TD,
1454                                                LLVMContext &Context) {
1455   // If this is a malloc of an abstract type, don't touch it.
1456   if (!MI->getAllocatedType()->isSized())
1457     return false;
1458   
1459   // We can't optimize this global unless all uses of it are *known* to be
1460   // of the malloc value, not of the null initializer value (consider a use
1461   // that compares the global's value against zero to see if the malloc has
1462   // been reached).  To do this, we check to see if all uses of the global
1463   // would trap if the global were null: this proves that they must all
1464   // happen after the malloc.
1465   if (!AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(GV))
1466     return false;
1467   
1468   // We can't optimize this if the malloc itself is used in a complex way,
1469   // for example, being stored into multiple globals.  This allows the
1470   // malloc to be stored into the specified global, loaded setcc'd, and
1471   // GEP'd.  These are all things we could transform to using the global
1472   // for.
1473   {
1474     SmallPtrSet<PHINode*, 8> PHIs;
1475     if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(MI, GV, PHIs))
1476       return false;
1477   }
1478   
1479   
1480   // If we have a global that is only initialized with a fixed size malloc,
1481   // transform the program to use global memory instead of malloc'd memory.
1482   // This eliminates dynamic allocation, avoids an indirection accessing the
1483   // data, and exposes the resultant global to further GlobalOpt.
1484   if (ConstantInt *NElements = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getArraySize())) {
1485     // Restrict this transformation to only working on small allocations
1486     // (2048 bytes currently), as we don't want to introduce a 16M global or
1487     // something.
1488     if (TD &&
1489         NElements->getZExtValue()*
1490         TD->getTypeAllocSize(MI->getAllocatedType()) < 2048) {
1491       GVI = OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GV, MI, Context);
1492       return true;
1493     }
1494   }
1495   
1496   // If the allocation is an array of structures, consider transforming this
1497   // into multiple malloc'd arrays, one for each field.  This is basically
1498   // SRoA for malloc'd memory.
1499   const Type *AllocTy = MI->getAllocatedType();
1500   
1501   // If this is an allocation of a fixed size array of structs, analyze as a
1502   // variable size array.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1503   if (!MI->isArrayAllocation())
1504     if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(AllocTy))
1505       AllocTy = AT->getElementType();
1506   
1507   if (const StructType *AllocSTy = dyn_cast<StructType>(AllocTy)) {
1508     // This the structure has an unreasonable number of fields, leave it
1509     // alone.
1510     if (AllocSTy->getNumElements() <= 16 && AllocSTy->getNumElements() != 0 &&
1511         AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(GV, MI)) {
1512       
1513       // If this is a fixed size array, transform the Malloc to be an alloc of
1514       // structs.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1515       if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(MI->getAllocatedType())) {
1516         MallocInst *NewMI = 
1517           new MallocInst(AllocSTy, 
1518                   ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context),
1519                   AT->getNumElements()),
1520                          "", MI);
1521         NewMI->takeName(MI);
1522         Value *Cast = new BitCastInst(NewMI, MI->getType(), "tmp", MI);
1523         MI->replaceAllUsesWith(Cast);
1524         MI->eraseFromParent();
1525         MI = NewMI;
1526       }
1527       
1528       GVI = PerformHeapAllocSRoA(GV, MI, Context);
1529       return true;
1530     }
1531   }
1532   
1533   return false;
1534 }  
1535
1536 // OptimizeOnceStoredGlobal - Try to optimize globals based on the knowledge
1537 // that only one value (besides its initializer) is ever stored to the global.
1538 static bool OptimizeOnceStoredGlobal(GlobalVariable *GV, Value *StoredOnceVal,
1539                                      Module::global_iterator &GVI,
1540                                      TargetData *TD, LLVMContext &Context) {
1541   // Ignore no-op GEPs and bitcasts.
1542   StoredOnceVal = StoredOnceVal->stripPointerCasts();
1543
1544   // If we are dealing with a pointer global that is initialized to null and
1545   // only has one (non-null) value stored into it, then we can optimize any
1546   // users of the loaded value (often calls and loads) that would trap if the
1547   // value was null.
1548   if (isa<PointerType>(GV->getInitializer()->getType()) &&
1549       GV->getInitializer()->isNullValue()) {
1550     if (Constant *SOVC = dyn_cast<Constant>(StoredOnceVal)) {
1551       if (GV->getInitializer()->getType() != SOVC->getType())
1552         SOVC = 
1553          ConstantExpr::getBitCast(SOVC, GV->getInitializer()->getType());
1554
1555       // Optimize away any trapping uses of the loaded value.
1556       if (OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GV, SOVC, Context))
1557         return true;
1558     } else if (MallocInst *MI = dyn_cast<MallocInst>(StoredOnceVal)) {
1559       if (TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GV, MI, GVI, TD, Context))
1560         return true;
1561     }
1562   }
1563
1564   return false;
1565 }
1566
1567 /// TryToShrinkGlobalToBoolean - At this point, we have learned that the only
1568 /// two values ever stored into GV are its initializer and OtherVal.  See if we
1569 /// can shrink the global into a boolean and select between the two values
1570 /// whenever it is used.  This exposes the values to other scalar optimizations.
1571 static bool TryToShrinkGlobalToBoolean(GlobalVariable *GV, Constant *OtherVal,
1572                                        LLVMContext &Context) {
1573   const Type *GVElType = GV->getType()->getElementType();
1574   
1575   // If GVElType is already i1, it is already shrunk.  If the type of the GV is
1576   // an FP value, pointer or vector, don't do this optimization because a select
1577   // between them is very expensive and unlikely to lead to later
1578   // simplification.  In these cases, we typically end up with "cond ? v1 : v2"
1579   // where v1 and v2 both require constant pool loads, a big loss.
1580   if (GVElType == Type::getInt1Ty(Context) || GVElType->isFloatingPoint() ||
1581       isa<PointerType>(GVElType) || isa<VectorType>(GVElType))
1582     return false;
1583   
1584   // Walk the use list of the global seeing if all the uses are load or store.
1585   // If there is anything else, bail out.
1586   for (Value::use_iterator I = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); I != E; ++I)
1587     if (!isa<LoadInst>(I) && !isa<StoreInst>(I))
1588       return false;
1589   
1590   DEBUG(errs() << "   *** SHRINKING TO BOOL: " << *GV);
1591   
1592   // Create the new global, initializing it to false.
1593   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(Context,
1594                                              Type::getInt1Ty(Context), false,
1595          GlobalValue::InternalLinkage, ConstantInt::getFalse(Context),
1596                                              GV->getName()+".b",
1597                                              GV->isThreadLocal());
1598   GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV, NewGV);
1599
1600   Constant *InitVal = GV->getInitializer();
1601   assert(InitVal->getType() != Type::getInt1Ty(Context) &&
1602          "No reason to shrink to bool!");
1603
1604   // If initialized to zero and storing one into the global, we can use a cast
1605   // instead of a select to synthesize the desired value.
1606   bool IsOneZero = false;
1607   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal))
1608     IsOneZero = InitVal->isNullValue() && CI->isOne();
1609
1610   while (!GV->use_empty()) {
1611     Instruction *UI = cast<Instruction>(GV->use_back());
1612     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
1613       // Change the store into a boolean store.
1614       bool StoringOther = SI->getOperand(0) == OtherVal;
1615       // Only do this if we weren't storing a loaded value.
1616       Value *StoreVal;
1617       if (StoringOther || SI->getOperand(0) == InitVal)
1618         StoreVal = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(Context), StoringOther);
1619       else {
1620         // Otherwise, we are storing a previously loaded copy.  To do this,
1621         // change the copy from copying the original value to just copying the
1622         // bool.
1623         Instruction *StoredVal = cast<Instruction>(SI->getOperand(0));
1624
1625         // If we're already replaced the input, StoredVal will be a cast or
1626         // select instruction.  If not, it will be a load of the original
1627         // global.
1628         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(StoredVal)) {
1629           assert(LI->getOperand(0) == GV && "Not a copy!");
1630           // Insert a new load, to preserve the saved value.
1631           StoreVal = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", LI);
1632         } else {
1633           assert((isa<CastInst>(StoredVal) || isa<SelectInst>(StoredVal)) &&
1634                  "This is not a form that we understand!");
1635           StoreVal = StoredVal->getOperand(0);
1636           assert(isa<LoadInst>(StoreVal) && "Not a load of NewGV!");
1637         }
1638       }
1639       new StoreInst(StoreVal, NewGV, SI);
1640     } else {
1641       // Change the load into a load of bool then a select.
1642       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(UI);
1643       LoadInst *NLI = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", LI);
1644       Value *NSI;
1645       if (IsOneZero)
1646         NSI = new ZExtInst(NLI, LI->getType(), "", LI);
1647       else
1648         NSI = SelectInst::Create(NLI, OtherVal, InitVal, "", LI);
1649       NSI->takeName(LI);
1650       LI->replaceAllUsesWith(NSI);
1651     }
1652     UI->eraseFromParent();
1653   }
1654
1655   GV->eraseFromParent();
1656   return true;
1657 }
1658
1659
1660 /// ProcessInternalGlobal - Analyze the specified global variable and optimize
1661 /// it if possible.  If we make a change, return true.
1662 bool GlobalOpt::ProcessInternalGlobal(GlobalVariable *GV,
1663                                       Module::global_iterator &GVI) {
1664   SmallPtrSet<PHINode*, 16> PHIUsers;
1665   GlobalStatus GS;
1666   GV->removeDeadConstantUsers();
1667
1668   if (GV->use_empty()) {
1669     DEBUG(errs() << "GLOBAL DEAD: " << *GV);
1670     GV->eraseFromParent();
1671     ++NumDeleted;
1672     return true;
1673   }
1674
1675   if (!AnalyzeGlobal(GV, GS, PHIUsers)) {
1676 #if 0
1677     cerr << "Global: " << *GV;
1678     cerr << "  isLoaded = " << GS.isLoaded << "\n";
1679     cerr << "  StoredType = ";
1680     switch (GS.StoredType) {
1681     case GlobalStatus::NotStored: cerr << "NEVER STORED\n"; break;
1682     case GlobalStatus::isInitializerStored: cerr << "INIT STORED\n"; break;
1683     case GlobalStatus::isStoredOnce: cerr << "STORED ONCE\n"; break;
1684     case GlobalStatus::isStored: cerr << "stored\n"; break;
1685     }
1686     if (GS.StoredType == GlobalStatus::isStoredOnce && GS.StoredOnceValue)
1687       cerr << "  StoredOnceValue = " << *GS.StoredOnceValue << "\n";
1688     if (GS.AccessingFunction && !GS.HasMultipleAccessingFunctions)
1689       cerr << "  AccessingFunction = " << GS.AccessingFunction->getName()
1690                 << "\n";
1691     cerr << "  HasMultipleAccessingFunctions =  "
1692               << GS.HasMultipleAccessingFunctions << "\n";
1693     cerr << "  HasNonInstructionUser = " << GS.HasNonInstructionUser<<"\n";
1694     cerr << "\n";
1695 #endif
1696     
1697     // If this is a first class global and has only one accessing function
1698     // and this function is main (which we know is not recursive we can make
1699     // this global a local variable) we replace the global with a local alloca
1700     // in this function.
1701     //
1702     // NOTE: It doesn't make sense to promote non single-value types since we
1703     // are just replacing static memory to stack memory.
1704     //
1705     // If the global is in different address space, don't bring it to stack.
1706     if (!GS.HasMultipleAccessingFunctions &&
1707         GS.AccessingFunction && !GS.HasNonInstructionUser &&
1708         GV->getType()->getElementType()->isSingleValueType() &&
1709         GS.AccessingFunction->getName() == "main" &&
1710         GS.AccessingFunction->hasExternalLinkage() &&
1711         GV->getType()->getAddressSpace() == 0) {
1712       DEBUG(errs() << "LOCALIZING GLOBAL: " << *GV);
1713       Instruction* FirstI = GS.AccessingFunction->getEntryBlock().begin();
1714       const Type* ElemTy = GV->getType()->getElementType();
1715       // FIXME: Pass Global's alignment when globals have alignment
1716       AllocaInst* Alloca = new AllocaInst(ElemTy, NULL, GV->getName(), FirstI);
1717       if (!isa<UndefValue>(GV->getInitializer()))
1718         new StoreInst(GV->getInitializer(), Alloca, FirstI);
1719
1720       GV->replaceAllUsesWith(Alloca);
1721       GV->eraseFromParent();
1722       ++NumLocalized;
1723       return true;
1724     }
1725     
1726     // If the global is never loaded (but may be stored to), it is dead.
1727     // Delete it now.
1728     if (!GS.isLoaded) {
1729       DEBUG(errs() << "GLOBAL NEVER LOADED: " << *GV);
1730
1731       // Delete any stores we can find to the global.  We may not be able to
1732       // make it completely dead though.
1733       bool Changed = CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), 
1734                                                 GV->getContext());
1735
1736       // If the global is dead now, delete it.
1737       if (GV->use_empty()) {
1738         GV->eraseFromParent();
1739         ++NumDeleted;
1740         Changed = true;
1741       }
1742       return Changed;
1743
1744     } else if (GS.StoredType <= GlobalStatus::isInitializerStored) {
1745       DEBUG(errs() << "MARKING CONSTANT: " << *GV);
1746       GV->setConstant(true);
1747
1748       // Clean up any obviously simplifiable users now.
1749       CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), GV->getContext());
1750
1751       // If the global is dead now, just nuke it.
1752       if (GV->use_empty()) {
1753         DEBUG(errs() << "   *** Marking constant allowed us to simplify "
1754                      << "all users and delete global!\n");
1755         GV->eraseFromParent();
1756         ++NumDeleted;
1757       }
1758
1759       ++NumMarked;
1760       return true;
1761     } else if (!GV->getInitializer()->getType()->isSingleValueType()) {
1762       if (TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>())
1763         if (GlobalVariable *FirstNewGV = SRAGlobal(GV, *TD,
1764                                                    GV->getContext())) {
1765           GVI = FirstNewGV;  // Don't skip the newly produced globals!
1766           return true;
1767         }
1768     } else if (GS.StoredType == GlobalStatus::isStoredOnce) {
1769       // If the initial value for the global was an undef value, and if only
1770       // one other value was stored into it, we can just change the
1771       // initializer to be the stored value, then delete all stores to the
1772       // global.  This allows us to mark it constant.
1773       if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue))
1774         if (isa<UndefValue>(GV->getInitializer())) {
1775           // Change the initial value here.
1776           GV->setInitializer(SOVConstant);
1777
1778           // Clean up any obviously simplifiable users now.
1779           CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), 
1780                                      GV->getContext());
1781
1782           if (GV->use_empty()) {
1783             DEBUG(errs() << "   *** Substituting initializer allowed us to "
1784                          << "simplify all users and delete global!\n");
1785             GV->eraseFromParent();
1786             ++NumDeleted;
1787           } else {
1788             GVI = GV;
1789           }
1790           ++NumSubstitute;
1791           return true;
1792         }
1793
1794       // Try to optimize globals based on the knowledge that only one value
1795       // (besides its initializer) is ever stored to the global.
1796       if (OptimizeOnceStoredGlobal(GV, GS.StoredOnceValue, GVI,
1797                                    getAnalysisIfAvailable<TargetData>(),
1798                                    GV->getContext()))
1799         return true;
1800
1801       // Otherwise, if the global was not a boolean, we can shrink it to be a
1802       // boolean.
1803       if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue))
1804         if (TryToShrinkGlobalToBoolean(GV, SOVConstant, GV->getContext())) {
1805           ++NumShrunkToBool;
1806           return true;
1807         }
1808     }
1809   }
1810   return false;
1811 }
1812
1813 /// ChangeCalleesToFastCall - Walk all of the direct calls of the specified
1814 /// function, changing them to FastCC.
1815 static void ChangeCalleesToFastCall(Function *F) {
1816   for (Value::use_iterator UI = F->use_begin(), E = F->use_end(); UI != E;++UI){
1817     CallSite User(cast<Instruction>(*UI));
1818     User.setCallingConv(CallingConv::Fast);
1819   }
1820 }
1821
1822 static AttrListPtr StripNest(const AttrListPtr &Attrs) {
1823   for (unsigned i = 0, e = Attrs.getNumSlots(); i != e; ++i) {
1824     if ((Attrs.getSlot(i).Attrs & Attribute::Nest) == 0)
1825       continue;
1826
1827     // There can be only one.
1828     return Attrs.removeAttr(Attrs.getSlot(i).Index, Attribute::Nest);
1829   }
1830
1831   return Attrs;
1832 }
1833
1834 static void RemoveNestAttribute(Function *F) {
1835   F->setAttributes(StripNest(F->getAttributes()));
1836   for (Value::use_iterator UI = F->use_begin(), E = F->use_end(); UI != E;++UI){
1837     CallSite User(cast<Instruction>(*UI));
1838     User.setAttributes(StripNest(User.getAttributes()));
1839   }
1840 }
1841
1842 bool GlobalOpt::OptimizeFunctions(Module &M) {
1843   bool Changed = false;
1844   // Optimize functions.
1845   for (Module::iterator FI = M.begin(), E = M.end(); FI != E; ) {
1846     Function *F = FI++;
1847     // Functions without names cannot be referenced outside this module.
1848     if (!F->hasName() && !F->isDeclaration())
1849       F->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
1850     F->removeDeadConstantUsers();
1851     if (F->use_empty() && (F->hasLocalLinkage() ||
1852                            F->hasLinkOnceLinkage())) {
1853       M.getFunctionList().erase(F);
1854       Changed = true;
1855       ++NumFnDeleted;
1856     } else if (F->hasLocalLinkage()) {
1857       if (F->getCallingConv() == CallingConv::C && !F->isVarArg() &&
1858           !F->hasAddressTaken()) {
1859         // If this function has C calling conventions, is not a varargs
1860         // function, and is only called directly, promote it to use the Fast
1861         // calling convention.
1862         F->setCallingConv(CallingConv::Fast);
1863         ChangeCalleesToFastCall(F);
1864         ++NumFastCallFns;
1865         Changed = true;
1866       }
1867
1868       if (F->getAttributes().hasAttrSomewhere(Attribute::Nest) &&
1869           !F->hasAddressTaken()) {
1870         // The function is not used by a trampoline intrinsic, so it is safe
1871         // to remove the 'nest' attribute.
1872         RemoveNestAttribute(F);
1873         ++NumNestRemoved;
1874         Changed = true;
1875       }
1876     }
1877   }
1878   return Changed;
1879 }
1880
1881 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalVars(Module &M) {
1882   bool Changed = false;
1883   for (Module::global_iterator GVI = M.global_begin(), E = M.global_end();
1884        GVI != E; ) {
1885     GlobalVariable *GV = GVI++;
1886     // Global variables without names cannot be referenced outside this module.
1887     if (!GV->hasName() && !GV->isDeclaration())
1888       GV->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
1889     if (!GV->isConstant() && GV->hasLocalLinkage() &&
1890         GV->hasInitializer())
1891       Changed |= ProcessInternalGlobal(GV, GVI);
1892   }
1893   return Changed;
1894 }
1895
1896 /// FindGlobalCtors - Find the llvm.globalctors list, verifying that all
1897 /// initializers have an init priority of 65535.
1898 GlobalVariable *GlobalOpt::FindGlobalCtors(Module &M) {
1899   for (Module::global_iterator I = M.global_begin(), E = M.global_end();
1900        I != E; ++I)
1901     if (I->getName() == "llvm.global_ctors") {
1902       // Found it, verify it's an array of { int, void()* }.
1903       const ArrayType *ATy =dyn_cast<ArrayType>(I->getType()->getElementType());
1904       if (!ATy) return 0;
1905       const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(ATy->getElementType());
1906       if (!STy || STy->getNumElements() != 2 ||
1907           STy->getElementType(0) != Type::getInt32Ty(M.getContext())) return 0;
1908       const PointerType *PFTy = dyn_cast<PointerType>(STy->getElementType(1));
1909       if (!PFTy) return 0;
1910       const FunctionType *FTy = dyn_cast<FunctionType>(PFTy->getElementType());
1911       if (!FTy || FTy->getReturnType() != Type::getVoidTy(M.getContext()) ||
1912           FTy->isVarArg() || FTy->getNumParams() != 0)
1913         return 0;
1914       
1915       // Verify that the initializer is simple enough for us to handle.
1916       if (!I->hasDefinitiveInitializer()) return 0;
1917       ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(I->getInitializer());
1918       if (!CA) return 0;
1919       for (User::op_iterator i = CA->op_begin(), e = CA->op_end(); i != e; ++i)
1920         if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(*i)) {
1921           if (isa<ConstantPointerNull>(CS->getOperand(1)))
1922             continue;
1923
1924           // Must have a function or null ptr.
1925           if (!isa<Function>(CS->getOperand(1)))
1926             return 0;
1927           
1928           // Init priority must be standard.
1929           ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CS->getOperand(0));
1930           if (!CI || CI->getZExtValue() != 65535)
1931             return 0;
1932         } else {
1933           return 0;
1934         }
1935       
1936       return I;
1937     }
1938   return 0;
1939 }
1940
1941 /// ParseGlobalCtors - Given a llvm.global_ctors list that we can understand,
1942 /// return a list of the functions and null terminator as a vector.
1943 static std::vector<Function*> ParseGlobalCtors(GlobalVariable *GV) {
1944   ConstantArray *CA = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
1945   std::vector<Function*> Result;
1946   Result.reserve(CA->getNumOperands());
1947   for (User::op_iterator i = CA->op_begin(), e = CA->op_end(); i != e; ++i) {
1948     ConstantStruct *CS = cast<ConstantStruct>(*i);
1949     Result.push_back(dyn_cast<Function>(CS->getOperand(1)));
1950   }
1951   return Result;
1952 }
1953
1954 /// InstallGlobalCtors - Given a specified llvm.global_ctors list, install the
1955 /// specified array, returning the new global to use.
1956 static GlobalVariable *InstallGlobalCtors(GlobalVariable *GCL, 
1957                                           const std::vector<Function*> &Ctors,
1958                                           LLVMContext &Context) {
1959   // If we made a change, reassemble the initializer list.
1960   std::vector<Constant*> CSVals;
1961   CSVals.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), 65535));
1962   CSVals.push_back(0);
1963   
1964   // Create the new init list.
1965   std::vector<Constant*> CAList;
1966   for (unsigned i = 0, e = Ctors.size(); i != e; ++i) {
1967     if (Ctors[i]) {
1968       CSVals[1] = Ctors[i];
1969     } else {
1970       const Type *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(Context), false);
1971       const PointerType *PFTy = PointerType::getUnqual(FTy);
1972       CSVals[1] = Constant::getNullValue(PFTy);
1973       CSVals[0] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), 2147483647);
1974     }
1975     CAList.push_back(ConstantStruct::get(Context, CSVals));
1976   }
1977   
1978   // Create the array initializer.
1979   const Type *StructTy =
1980     cast<ArrayType>(GCL->getType()->getElementType())->getElementType();
1981   Constant *CA = ConstantArray::get(ArrayType::get(StructTy, 
1982                                            CAList.size()), CAList);
1983   
1984   // If we didn't change the number of elements, don't create a new GV.
1985   if (CA->getType() == GCL->getInitializer()->getType()) {
1986     GCL->setInitializer(CA);
1987     return GCL;
1988   }
1989   
1990   // Create the new global and insert it next to the existing list.
1991   GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(Context, CA->getType(), 
1992                                            GCL->isConstant(),
1993                                            GCL->getLinkage(), CA, "",
1994                                            GCL->isThreadLocal());
1995   GCL->getParent()->getGlobalList().insert(GCL, NGV);
1996   NGV->takeName(GCL);
1997   
1998   // Nuke the old list, replacing any uses with the new one.
1999   if (!GCL->use_empty()) {
2000     Constant *V = NGV;
2001     if (V->getType() != GCL->getType())
2002       V = ConstantExpr::getBitCast(V, GCL->getType());
2003     GCL->replaceAllUsesWith(V);
2004   }
2005   GCL->eraseFromParent();
2006   
2007   if (Ctors.size())
2008     return NGV;
2009   else
2010     return 0;
2011 }
2012
2013
2014 static Constant *getVal(DenseMap<Value*, Constant*> &ComputedValues,
2015                         Value *V) {
2016   if (Constant *CV = dyn_cast<Constant>(V)) return CV;
2017   Constant *R = ComputedValues[V];
2018   assert(R && "Reference to an uncomputed value!");
2019   return R;
2020 }
2021
2022 /// isSimpleEnoughPointerToCommit - Return true if this constant is simple
2023 /// enough for us to understand.  In particular, if it is a cast of something,
2024 /// we punt.  We basically just support direct accesses to globals and GEP's of
2025 /// globals.  This should be kept up to date with CommitValueTo.
2026 static bool isSimpleEnoughPointerToCommit(Constant *C, LLVMContext &Context) {
2027   // Conservatively, avoid aggregate types. This is because we don't
2028   // want to worry about them partially overlapping other stores.
2029   if (!cast<PointerType>(C->getType())->getElementType()->isSingleValueType())
2030     return false;
2031
2032   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(C))
2033     // Do not allow weak/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2034     // external globals.
2035     return GV->hasDefinitiveInitializer();
2036
2037   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2038     // Handle a constantexpr gep.
2039     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
2040         isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0)) &&
2041         cast<GEPOperator>(CE)->isInBounds()) {
2042       GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2043       // Do not allow weak/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2044       // external globals.
2045       if (!GV->hasDefinitiveInitializer())
2046         return false;
2047       return ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE,
2048                                                     Context);
2049     }
2050   return false;
2051 }
2052
2053 /// EvaluateStoreInto - Evaluate a piece of a constantexpr store into a global
2054 /// initializer.  This returns 'Init' modified to reflect 'Val' stored into it.
2055 /// At this point, the GEP operands of Addr [0, OpNo) have been stepped into.
2056 static Constant *EvaluateStoreInto(Constant *Init, Constant *Val,
2057                                    ConstantExpr *Addr, unsigned OpNo,
2058                                    LLVMContext &Context) {
2059   // Base case of the recursion.
2060   if (OpNo == Addr->getNumOperands()) {
2061     assert(Val->getType() == Init->getType() && "Type mismatch!");
2062     return Val;
2063   }
2064   
2065   if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
2066     std::vector<Constant*> Elts;
2067
2068     // Break up the constant into its elements.
2069     if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(Init)) {
2070       for (User::op_iterator i = CS->op_begin(), e = CS->op_end(); i != e; ++i)
2071         Elts.push_back(cast<Constant>(*i));
2072     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
2073       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
2074         Elts.push_back(Constant::getNullValue(STy->getElementType(i)));
2075     } else if (isa<UndefValue>(Init)) {
2076       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
2077         Elts.push_back(UndefValue::get(STy->getElementType(i)));
2078     } else {
2079       llvm_unreachable("This code is out of sync with "
2080              " ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr");
2081     }
2082     
2083     // Replace the element that we are supposed to.
2084     ConstantInt *CU = cast<ConstantInt>(Addr->getOperand(OpNo));
2085     unsigned Idx = CU->getZExtValue();
2086     assert(Idx < STy->getNumElements() && "Struct index out of range!");
2087     Elts[Idx] = EvaluateStoreInto(Elts[Idx], Val, Addr, OpNo+1, Context);
2088     
2089     // Return the modified struct.
2090     return ConstantStruct::get(Context, &Elts[0], Elts.size(), STy->isPacked());
2091   } else {
2092     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(Addr->getOperand(OpNo));
2093     const ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(Init->getType());
2094
2095     // Break up the array into elements.
2096     std::vector<Constant*> Elts;
2097     if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(Init)) {
2098       for (User::op_iterator i = CA->op_begin(), e = CA->op_end(); i != e; ++i)
2099         Elts.push_back(cast<Constant>(*i));
2100     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(Init)) {
2101       Constant *Elt = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
2102       Elts.assign(ATy->getNumElements(), Elt);
2103     } else if (isa<UndefValue>(Init)) {
2104       Constant *Elt = UndefValue::get(ATy->getElementType());
2105       Elts.assign(ATy->getNumElements(), Elt);
2106     } else {
2107       llvm_unreachable("This code is out of sync with "
2108              " ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr");
2109     }
2110     
2111     assert(CI->getZExtValue() < ATy->getNumElements());
2112     Elts[CI->getZExtValue()] =
2113       EvaluateStoreInto(Elts[CI->getZExtValue()], Val, Addr, OpNo+1, Context);
2114     return ConstantArray::get(ATy, Elts);
2115   }    
2116 }
2117
2118 /// CommitValueTo - We have decided that Addr (which satisfies the predicate
2119 /// isSimpleEnoughPointerToCommit) should get Val as its value.  Make it happen.
2120 static void CommitValueTo(Constant *Val, Constant *Addr,
2121                           LLVMContext &Context) {
2122   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Addr)) {
2123     assert(GV->hasInitializer());
2124     GV->setInitializer(Val);
2125     return;
2126   }
2127   
2128   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(Addr);
2129   GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2130   
2131   Constant *Init = GV->getInitializer();
2132   Init = EvaluateStoreInto(Init, Val, CE, 2, Context);
2133   GV->setInitializer(Init);
2134 }
2135
2136 /// ComputeLoadResult - Return the value that would be computed by a load from
2137 /// P after the stores reflected by 'memory' have been performed.  If we can't
2138 /// decide, return null.
2139 static Constant *ComputeLoadResult(Constant *P,
2140                                 const DenseMap<Constant*, Constant*> &Memory,
2141                                 LLVMContext &Context) {
2142   // If this memory location has been recently stored, use the stored value: it
2143   // is the most up-to-date.
2144   DenseMap<Constant*, Constant*>::const_iterator I = Memory.find(P);
2145   if (I != Memory.end()) return I->second;
2146  
2147   // Access it.
2148   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(P)) {
2149     if (GV->hasDefinitiveInitializer())
2150       return GV->getInitializer();
2151     return 0;
2152   }
2153   
2154   // Handle a constantexpr getelementptr.
2155   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(P))
2156     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
2157         isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))) {
2158       GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2159       if (GV->hasDefinitiveInitializer())
2160         return ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE,
2161                                                       Context);
2162     }
2163
2164   return 0;  // don't know how to evaluate.
2165 }
2166
2167 /// EvaluateFunction - Evaluate a call to function F, returning true if
2168 /// successful, false if we can't evaluate it.  ActualArgs contains the formal
2169 /// arguments for the function.
2170 static bool EvaluateFunction(Function *F, Constant *&RetVal,
2171                              const SmallVectorImpl<Constant*> &ActualArgs,
2172                              std::vector<Function*> &CallStack,
2173                              DenseMap<Constant*, Constant*> &MutatedMemory,
2174                              std::vector<GlobalVariable*> &AllocaTmps) {
2175   // Check to see if this function is already executing (recursion).  If so,
2176   // bail out.  TODO: we might want to accept limited recursion.
2177   if (std::find(CallStack.begin(), CallStack.end(), F) != CallStack.end())
2178     return false;
2179   
2180   LLVMContext &Context = F->getContext();
2181   
2182   CallStack.push_back(F);
2183   
2184   /// Values - As we compute SSA register values, we store their contents here.
2185   DenseMap<Value*, Constant*> Values;
2186   
2187   // Initialize arguments to the incoming values specified.
2188   unsigned ArgNo = 0;
2189   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); AI != E;
2190        ++AI, ++ArgNo)
2191     Values[AI] = ActualArgs[ArgNo];
2192
2193   /// ExecutedBlocks - We only handle non-looping, non-recursive code.  As such,
2194   /// we can only evaluate any one basic block at most once.  This set keeps
2195   /// track of what we have executed so we can detect recursive cases etc.
2196   SmallPtrSet<BasicBlock*, 32> ExecutedBlocks;
2197   
2198   // CurInst - The current instruction we're evaluating.
2199   BasicBlock::iterator CurInst = F->begin()->begin();
2200   
2201   // This is the main evaluation loop.
2202   while (1) {
2203     Constant *InstResult = 0;
2204     
2205     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurInst)) {
2206       if (SI->isVolatile()) return false;  // no volatile accesses.
2207       Constant *Ptr = getVal(Values, SI->getOperand(1));
2208       if (!isSimpleEnoughPointerToCommit(Ptr, Context))
2209         // If this is too complex for us to commit, reject it.
2210         return false;
2211       Constant *Val = getVal(Values, SI->getOperand(0));
2212       MutatedMemory[Ptr] = Val;
2213     } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CurInst)) {
2214       InstResult = ConstantExpr::get(BO->getOpcode(),
2215                                      getVal(Values, BO->getOperand(0)),
2216                                      getVal(Values, BO->getOperand(1)));
2217     } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(CurInst)) {
2218       InstResult = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(),
2219                                             getVal(Values, CI->getOperand(0)),
2220                                             getVal(Values, CI->getOperand(1)));
2221     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurInst)) {
2222       InstResult = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
2223                                          getVal(Values, CI->getOperand(0)),
2224                                          CI->getType());
2225     } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CurInst)) {
2226       InstResult =
2227             ConstantExpr::getSelect(getVal(Values, SI->getOperand(0)),
2228                                            getVal(Values, SI->getOperand(1)),
2229                                            getVal(Values, SI->getOperand(2)));
2230     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurInst)) {
2231       Constant *P = getVal(Values, GEP->getOperand(0));
2232       SmallVector<Constant*, 8> GEPOps;
2233       for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
2234            i != e; ++i)
2235         GEPOps.push_back(getVal(Values, *i));
2236       InstResult = cast<GEPOperator>(GEP)->isInBounds() ?
2237           ConstantExpr::getInBoundsGetElementPtr(P, &GEPOps[0], GEPOps.size()) :
2238           ConstantExpr::getGetElementPtr(P, &GEPOps[0], GEPOps.size());
2239     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(CurInst)) {
2240       if (LI->isVolatile()) return false;  // no volatile accesses.
2241       InstResult = ComputeLoadResult(getVal(Values, LI->getOperand(0)),
2242                                      MutatedMemory, Context);
2243       if (InstResult == 0) return false; // Could not evaluate load.
2244     } else if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(CurInst)) {
2245       if (AI->isArrayAllocation()) return false;  // Cannot handle array allocs.
2246       const Type *Ty = AI->getType()->getElementType();
2247       AllocaTmps.push_back(new GlobalVariable(Context, Ty, false,
2248                                               GlobalValue::InternalLinkage,
2249                                               UndefValue::get(Ty),
2250                                               AI->getName()));
2251       InstResult = AllocaTmps.back();     
2252     } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(CurInst)) {
2253
2254       // Debug info can safely be ignored here.
2255       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(CI)) {
2256         ++CurInst;
2257         continue;
2258       }
2259
2260       // Cannot handle inline asm.
2261       if (isa<InlineAsm>(CI->getOperand(0))) return false;
2262
2263       // Resolve function pointers.
2264       Function *Callee = dyn_cast<Function>(getVal(Values, CI->getOperand(0)));
2265       if (!Callee) return false;  // Cannot resolve.
2266
2267       SmallVector<Constant*, 8> Formals;
2268       for (User::op_iterator i = CI->op_begin() + 1, e = CI->op_end();
2269            i != e; ++i)
2270         Formals.push_back(getVal(Values, *i));
2271
2272       if (Callee->isDeclaration()) {
2273         // If this is a function we can constant fold, do it.
2274         if (Constant *C = ConstantFoldCall(Callee, Formals.data(),
2275                                            Formals.size())) {
2276           InstResult = C;
2277         } else {
2278           return false;
2279         }
2280       } else {
2281         if (Callee->getFunctionType()->isVarArg())
2282           return false;
2283         
2284         Constant *RetVal;
2285         // Execute the call, if successful, use the return value.
2286         if (!EvaluateFunction(Callee, RetVal, Formals, CallStack,
2287                               MutatedMemory, AllocaTmps))
2288           return false;
2289         InstResult = RetVal;
2290       }
2291     } else if (isa<TerminatorInst>(CurInst)) {
2292       BasicBlock *NewBB = 0;
2293       if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CurInst)) {
2294         if (BI->isUnconditional()) {
2295           NewBB = BI->getSuccessor(0);
2296         } else {
2297           ConstantInt *Cond =
2298             dyn_cast<ConstantInt>(getVal(Values, BI->getCondition()));
2299           if (!Cond) return false;  // Cannot determine.
2300
2301           NewBB = BI->getSuccessor(!Cond->getZExtValue());          
2302         }
2303       } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(CurInst)) {
2304         ConstantInt *Val =
2305           dyn_cast<ConstantInt>(getVal(Values, SI->getCondition()));
2306         if (!Val) return false;  // Cannot determine.
2307         NewBB = SI->getSuccessor(SI->findCaseValue(Val));
2308       } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(CurInst)) {
2309         if (RI->getNumOperands())
2310           RetVal = getVal(Values, RI->getOperand(0));
2311         
2312         CallStack.pop_back();  // return from fn.
2313         return true;  // We succeeded at evaluating this ctor!
2314       } else {
2315         // invoke, unwind, unreachable.
2316         return false;  // Cannot handle this terminator.
2317       }
2318       
2319       // Okay, we succeeded in evaluating this control flow.  See if we have
2320       // executed the new block before.  If so, we have a looping function,
2321       // which we cannot evaluate in reasonable time.
2322       if (!ExecutedBlocks.insert(NewBB))
2323         return false;  // looped!
2324       
2325       // Okay, we have never been in this block before.  Check to see if there
2326       // are any PHI nodes.  If so, evaluate them with information about where
2327       // we came from.
2328       BasicBlock *OldBB = CurInst->getParent();
2329       CurInst = NewBB->begin();
2330       PHINode *PN;
2331       for (; (PN = dyn_cast<PHINode>(CurInst)); ++CurInst)
2332         Values[PN] = getVal(Values, PN->getIncomingValueForBlock(OldBB));
2333
2334       // Do NOT increment CurInst.  We know that the terminator had no value.
2335       continue;
2336     } else {
2337       // Did not know how to evaluate this!
2338       return false;
2339     }
2340     
2341     if (!CurInst->use_empty())
2342       Values[CurInst] = InstResult;
2343     
2344     // Advance program counter.
2345     ++CurInst;
2346   }
2347 }
2348
2349 /// EvaluateStaticConstructor - Evaluate static constructors in the function, if
2350 /// we can.  Return true if we can, false otherwise.
2351 static bool EvaluateStaticConstructor(Function *F) {
2352   /// MutatedMemory - For each store we execute, we update this map.  Loads
2353   /// check this to get the most up-to-date value.  If evaluation is successful,
2354   /// this state is committed to the process.
2355   DenseMap<Constant*, Constant*> MutatedMemory;
2356
2357   /// AllocaTmps - To 'execute' an alloca, we create a temporary global variable
2358   /// to represent its body.  This vector is needed so we can delete the
2359   /// temporary globals when we are done.
2360   std::vector<GlobalVariable*> AllocaTmps;
2361   
2362   /// CallStack - This is used to detect recursion.  In pathological situations
2363   /// we could hit exponential behavior, but at least there is nothing
2364   /// unbounded.
2365   std::vector<Function*> CallStack;
2366
2367   // Call the function.
2368   Constant *RetValDummy;
2369   bool EvalSuccess = EvaluateFunction(F, RetValDummy,
2370                                       SmallVector<Constant*, 0>(), CallStack,
2371                                       MutatedMemory, AllocaTmps);
2372   if (EvalSuccess) {
2373     // We succeeded at evaluation: commit the result.
2374     DEBUG(errs() << "FULLY EVALUATED GLOBAL CTOR FUNCTION '"
2375           << F->getName() << "' to " << MutatedMemory.size()
2376           << " stores.\n");
2377     for (DenseMap<Constant*, Constant*>::iterator I = MutatedMemory.begin(),
2378          E = MutatedMemory.end(); I != E; ++I)
2379       CommitValueTo(I->second, I->first, F->getContext());
2380   }
2381   
2382   // At this point, we are done interpreting.  If we created any 'alloca'
2383   // temporaries, release them now.
2384   while (!AllocaTmps.empty()) {
2385     GlobalVariable *Tmp = AllocaTmps.back();
2386     AllocaTmps.pop_back();
2387     
2388     // If there are still users of the alloca, the program is doing something
2389     // silly, e.g. storing the address of the alloca somewhere and using it
2390     // later.  Since this is undefined, we'll just make it be null.
2391     if (!Tmp->use_empty())
2392       Tmp->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(Tmp->getType()));
2393     delete Tmp;
2394   }
2395   
2396   return EvalSuccess;
2397 }
2398
2399
2400
2401 /// OptimizeGlobalCtorsList - Simplify and evaluation global ctors if possible.
2402 /// Return true if anything changed.
2403 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalCtorsList(GlobalVariable *&GCL) {
2404   std::vector<Function*> Ctors = ParseGlobalCtors(GCL);
2405   bool MadeChange = false;
2406   if (Ctors.empty()) return false;
2407   
2408   // Loop over global ctors, optimizing them when we can.
2409   for (unsigned i = 0; i != Ctors.size(); ++i) {
2410     Function *F = Ctors[i];
2411     // Found a null terminator in the middle of the list, prune off the rest of
2412     // the list.
2413     if (F == 0) {
2414       if (i != Ctors.size()-1) {
2415         Ctors.resize(i+1);
2416         MadeChange = true;
2417       }
2418       break;
2419     }
2420     
2421     // We cannot simplify external ctor functions.
2422     if (F->empty()) continue;
2423     
2424     // If we can evaluate the ctor at compile time, do.
2425     if (EvaluateStaticConstructor(F)) {
2426       Ctors.erase(Ctors.begin()+i);
2427       MadeChange = true;
2428       --i;
2429       ++NumCtorsEvaluated;
2430       continue;
2431     }
2432   }
2433   
2434   if (!MadeChange) return false;
2435   
2436   GCL = InstallGlobalCtors(GCL, Ctors, GCL->getContext());
2437   return true;
2438 }
2439
2440 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalAliases(Module &M) {
2441   bool Changed = false;
2442
2443   for (Module::alias_iterator I = M.alias_begin(), E = M.alias_end();
2444        I != E;) {
2445     Module::alias_iterator J = I++;
2446     // Aliases without names cannot be referenced outside this module.
2447     if (!J->hasName() && !J->isDeclaration())
2448       J->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
2449     // If the aliasee may change at link time, nothing can be done - bail out.
2450     if (J->mayBeOverridden())
2451       continue;
2452
2453     Constant *Aliasee = J->getAliasee();
2454     GlobalValue *Target = cast<GlobalValue>(Aliasee->stripPointerCasts());
2455     Target->removeDeadConstantUsers();
2456     bool hasOneUse = Target->hasOneUse() && Aliasee->hasOneUse();
2457
2458     // Make all users of the alias use the aliasee instead.
2459     if (!J->use_empty()) {
2460       J->replaceAllUsesWith(Aliasee);
2461       ++NumAliasesResolved;
2462       Changed = true;
2463     }
2464
2465     // If the aliasee has internal linkage, give it the name and linkage
2466     // of the alias, and delete the alias.  This turns:
2467     //   define internal ... @f(...)
2468     //   @a = alias ... @f
2469     // into:
2470     //   define ... @a(...)
2471     if (!Target->hasLocalLinkage())
2472       continue;
2473
2474     // The transform is only useful if the alias does not have internal linkage.
2475     if (J->hasLocalLinkage())
2476       continue;
2477
2478     // Do not perform the transform if multiple aliases potentially target the
2479     // aliasee.  This check also ensures that it is safe to replace the section
2480     // and other attributes of the aliasee with those of the alias.
2481     if (!hasOneUse)
2482       continue;
2483
2484     // Give the aliasee the name, linkage and other attributes of the alias.
2485     Target->takeName(J);
2486     Target->setLinkage(J->getLinkage());
2487     Target->GlobalValue::copyAttributesFrom(J);
2488
2489     // Delete the alias.
2490     M.getAliasList().erase(J);
2491     ++NumAliasesRemoved;
2492     Changed = true;
2493   }
2494
2495   return Changed;
2496 }
2497
2498 bool GlobalOpt::runOnModule(Module &M) {
2499   bool Changed = false;
2500   
2501   // Try to find the llvm.globalctors list.
2502   GlobalVariable *GlobalCtors = FindGlobalCtors(M);
2503
2504   bool LocalChange = true;
2505   while (LocalChange) {
2506     LocalChange = false;
2507     
2508     // Delete functions that are trivially dead, ccc -> fastcc
2509     LocalChange |= OptimizeFunctions(M);
2510     
2511     // Optimize global_ctors list.
2512     if (GlobalCtors)
2513       LocalChange |= OptimizeGlobalCtorsList(GlobalCtors);
2514     
2515     // Optimize non-address-taken globals.
2516     LocalChange |= OptimizeGlobalVars(M);
2517
2518     // Resolve aliases, when possible.
2519     LocalChange |= OptimizeGlobalAliases(M);
2520     Changed |= LocalChange;
2521   }
2522   
2523   // TODO: Move all global ctors functions to the end of the module for code
2524   // layout.
2525   
2526   return Changed;
2527 }