6de5ef1d770a1ef79911d3ae5758f3f855f53e3a
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / MemCpyOptimizer.cpp
1 //===- MemCpyOptimizer.cpp - Optimize use of memcpy and friends -----------===//
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 performs various transformations related to eliminating memcpy
11 // calls, or transforming sets of stores into memset's.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #define DEBUG_TYPE "memcpyopt"
16 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
17 #include "llvm/GlobalVariable.h"
18 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
19 #include "llvm/Instructions.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
22 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
23 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
24 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
25 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
26 #include "llvm/Support/Debug.h"
27 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
28 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
29 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
30 #include "llvm/Target/TargetData.h"
31 #include <list>
32 using namespace llvm;
33
34 STATISTIC(NumMemCpyInstr, "Number of memcpy instructions deleted");
35 STATISTIC(NumMemSetInfer, "Number of memsets inferred");
36 STATISTIC(NumMoveToCpy,   "Number of memmoves converted to memcpy");
37 STATISTIC(NumCpyToSet,    "Number of memcpys converted to memset");
38
39 static int64_t GetOffsetFromIndex(const GetElementPtrInst *GEP, unsigned Idx,
40                                   bool &VariableIdxFound, const TargetData &TD){
41   // Skip over the first indices.
42   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
43   for (unsigned i = 1; i != Idx; ++i, ++GTI)
44     /*skip along*/;
45   
46   // Compute the offset implied by the rest of the indices.
47   int64_t Offset = 0;
48   for (unsigned i = Idx, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
49     ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
50     if (OpC == 0)
51       return VariableIdxFound = true;
52     if (OpC->isZero()) continue;  // No offset.
53
54     // Handle struct indices, which add their field offset to the pointer.
55     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
56       Offset += TD.getStructLayout(STy)->getElementOffset(OpC->getZExtValue());
57       continue;
58     }
59     
60     // Otherwise, we have a sequential type like an array or vector.  Multiply
61     // the index by the ElementSize.
62     uint64_t Size = TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
63     Offset += Size*OpC->getSExtValue();
64   }
65
66   return Offset;
67 }
68
69 /// IsPointerOffset - Return true if Ptr1 is provably equal to Ptr2 plus a
70 /// constant offset, and return that constant offset.  For example, Ptr1 might
71 /// be &A[42], and Ptr2 might be &A[40].  In this case offset would be -8.
72 static bool IsPointerOffset(Value *Ptr1, Value *Ptr2, int64_t &Offset,
73                             const TargetData &TD) {
74   //Ptr1 = Ptr1->stripPointerCasts();
75   //Ptr2 = Ptr2->stripPointerCasts();
76   GetElementPtrInst *GEP1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr1);
77   GetElementPtrInst *GEP2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr2);
78   
79   bool VariableIdxFound = false;
80
81 #if 0
82   // If one pointer is a GEP and the other isn't, then see if the GEP is a
83   // constant offset from the base, as in "P" and "gep P, 1".
84   if (GEP1 && GEP2 == 0 && GEP1->getOperand(0)->stripPointerCasts() == Ptr2) {
85     Offset = -GetOffsetFromIndex(GEP1, 1, VariableIdxFound, TD);
86     return !VariableIdxFound;
87   }
88
89   if (GEP2 && GEP1 == 0 && GEP2->getOperand(0)->stripPointerCasts() == Ptr1) {
90     Offset = GetOffsetFromIndex(GEP2, 1, VariableIdxFound, TD);
91     return !VariableIdxFound;
92   }
93 #endif
94   
95   // Right now we handle the case when Ptr1/Ptr2 are both GEPs with an identical
96   // base.  After that base, they may have some number of common (and
97   // potentially variable) indices.  After that they handle some constant
98   // offset, which determines their offset from each other.  At this point, we
99   // handle no other case.
100   if (!GEP1 || !GEP2 || GEP1->getOperand(0) != GEP2->getOperand(0))
101     return false;
102   
103   // Skip any common indices and track the GEP types.
104   unsigned Idx = 1;
105   for (; Idx != GEP1->getNumOperands() && Idx != GEP2->getNumOperands(); ++Idx)
106     if (GEP1->getOperand(Idx) != GEP2->getOperand(Idx))
107       break;
108
109   int64_t Offset1 = GetOffsetFromIndex(GEP1, Idx, VariableIdxFound, TD);
110   int64_t Offset2 = GetOffsetFromIndex(GEP2, Idx, VariableIdxFound, TD);
111   if (VariableIdxFound) return false;
112   
113   Offset = Offset2-Offset1;
114   return true;
115 }
116
117
118 /// MemsetRange - Represents a range of memset'd bytes with the ByteVal value.
119 /// This allows us to analyze stores like:
120 ///   store 0 -> P+1
121 ///   store 0 -> P+0
122 ///   store 0 -> P+3
123 ///   store 0 -> P+2
124 /// which sometimes happens with stores to arrays of structs etc.  When we see
125 /// the first store, we make a range [1, 2).  The second store extends the range
126 /// to [0, 2).  The third makes a new range [2, 3).  The fourth store joins the
127 /// two ranges into [0, 3) which is memset'able.
128 namespace {
129 struct MemsetRange {
130   // Start/End - A semi range that describes the span that this range covers.
131   // The range is closed at the start and open at the end: [Start, End).  
132   int64_t Start, End;
133
134   /// StartPtr - The getelementptr instruction that points to the start of the
135   /// range.
136   Value *StartPtr;
137   
138   /// Alignment - The known alignment of the first store.
139   unsigned Alignment;
140   
141   /// TheStores - The actual stores that make up this range.
142   SmallVector<Instruction*, 16> TheStores;
143   
144   bool isProfitableToUseMemset(const TargetData &TD) const;
145
146 };
147 } // end anon namespace
148
149 bool MemsetRange::isProfitableToUseMemset(const TargetData &TD) const {
150   // If we found more than 8 stores to merge or 64 bytes, use memset.
151   if (TheStores.size() >= 8 || End-Start >= 64) return true;
152
153   // If there is nothing to merge, don't do anything.
154   if (TheStores.size() < 2) return false;
155   
156   // If any of the stores are a memset, then it is always good to extend the
157   // memset.
158   for (unsigned i = 0, e = TheStores.size(); i != e; ++i)
159     if (!isa<StoreInst>(TheStores[i]))
160       return true;
161   
162   // Assume that the code generator is capable of merging pairs of stores
163   // together if it wants to.
164   if (TheStores.size() == 2) return false;
165   
166   // If we have fewer than 8 stores, it can still be worthwhile to do this.
167   // For example, merging 4 i8 stores into an i32 store is useful almost always.
168   // However, merging 2 32-bit stores isn't useful on a 32-bit architecture (the
169   // memset will be split into 2 32-bit stores anyway) and doing so can
170   // pessimize the llvm optimizer.
171   //
172   // Since we don't have perfect knowledge here, make some assumptions: assume
173   // the maximum GPR width is the same size as the pointer size and assume that
174   // this width can be stored.  If so, check to see whether we will end up
175   // actually reducing the number of stores used.
176   unsigned Bytes = unsigned(End-Start);
177   unsigned NumPointerStores = Bytes/TD.getPointerSize();
178   
179   // Assume the remaining bytes if any are done a byte at a time.
180   unsigned NumByteStores = Bytes - NumPointerStores*TD.getPointerSize();
181   
182   // If we will reduce the # stores (according to this heuristic), do the
183   // transformation.  This encourages merging 4 x i8 -> i32 and 2 x i16 -> i32
184   // etc.
185   return TheStores.size() > NumPointerStores+NumByteStores;
186 }    
187
188
189 namespace {
190 class MemsetRanges {
191   /// Ranges - A sorted list of the memset ranges.  We use std::list here
192   /// because each element is relatively large and expensive to copy.
193   std::list<MemsetRange> Ranges;
194   typedef std::list<MemsetRange>::iterator range_iterator;
195   const TargetData &TD;
196 public:
197   MemsetRanges(const TargetData &td) : TD(td) {}
198   
199   typedef std::list<MemsetRange>::const_iterator const_iterator;
200   const_iterator begin() const { return Ranges.begin(); }
201   const_iterator end() const { return Ranges.end(); }
202   bool empty() const { return Ranges.empty(); }
203   
204   void addInst(int64_t OffsetFromFirst, Instruction *Inst) {
205     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
206       addStore(OffsetFromFirst, SI);
207     else
208       addMemSet(OffsetFromFirst, cast<MemSetInst>(Inst));
209   }
210
211   void addStore(int64_t OffsetFromFirst, StoreInst *SI) {
212     int64_t StoreSize = TD.getTypeStoreSize(SI->getOperand(0)->getType());
213     
214     addRange(OffsetFromFirst, StoreSize,
215              SI->getPointerOperand(), SI->getAlignment(), SI);
216   }
217   
218   void addMemSet(int64_t OffsetFromFirst, MemSetInst *MSI) {
219     int64_t Size = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
220     addRange(OffsetFromFirst, Size, MSI->getDest(), MSI->getAlignment(), MSI);
221   }
222   
223   void addRange(int64_t Start, int64_t Size, Value *Ptr,
224                 unsigned Alignment, Instruction *Inst);
225
226 };
227   
228 } // end anon namespace
229
230
231 /// addRange - Add a new store to the MemsetRanges data structure.  This adds a
232 /// new range for the specified store at the specified offset, merging into
233 /// existing ranges as appropriate.
234 ///
235 /// Do a linear search of the ranges to see if this can be joined and/or to
236 /// find the insertion point in the list.  We keep the ranges sorted for
237 /// simplicity here.  This is a linear search of a linked list, which is ugly,
238 /// however the number of ranges is limited, so this won't get crazy slow.
239 void MemsetRanges::addRange(int64_t Start, int64_t Size, Value *Ptr,
240                             unsigned Alignment, Instruction *Inst) {
241   int64_t End = Start+Size;
242   range_iterator I = Ranges.begin(), E = Ranges.end();
243   
244   while (I != E && Start > I->End)
245     ++I;
246   
247   // We now know that I == E, in which case we didn't find anything to merge
248   // with, or that Start <= I->End.  If End < I->Start or I == E, then we need
249   // to insert a new range.  Handle this now.
250   if (I == E || End < I->Start) {
251     MemsetRange &R = *Ranges.insert(I, MemsetRange());
252     R.Start        = Start;
253     R.End          = End;
254     R.StartPtr     = Ptr;
255     R.Alignment    = Alignment;
256     R.TheStores.push_back(Inst);
257     return;
258   }
259   
260   // This store overlaps with I, add it.
261   I->TheStores.push_back(Inst);
262   
263   // At this point, we may have an interval that completely contains our store.
264   // If so, just add it to the interval and return.
265   if (I->Start <= Start && I->End >= End)
266     return;
267   
268   // Now we know that Start <= I->End and End >= I->Start so the range overlaps
269   // but is not entirely contained within the range.
270   
271   // See if the range extends the start of the range.  In this case, it couldn't
272   // possibly cause it to join the prior range, because otherwise we would have
273   // stopped on *it*.
274   if (Start < I->Start) {
275     I->Start = Start;
276     I->StartPtr = Ptr;
277     I->Alignment = Alignment;
278   }
279     
280   // Now we know that Start <= I->End and Start >= I->Start (so the startpoint
281   // is in or right at the end of I), and that End >= I->Start.  Extend I out to
282   // End.
283   if (End > I->End) {
284     I->End = End;
285     range_iterator NextI = I;
286     while (++NextI != E && End >= NextI->Start) {
287       // Merge the range in.
288       I->TheStores.append(NextI->TheStores.begin(), NextI->TheStores.end());
289       if (NextI->End > I->End)
290         I->End = NextI->End;
291       Ranges.erase(NextI);
292       NextI = I;
293     }
294   }
295 }
296
297 //===----------------------------------------------------------------------===//
298 //                         MemCpyOpt Pass
299 //===----------------------------------------------------------------------===//
300
301 namespace {
302   class MemCpyOpt : public FunctionPass {
303     MemoryDependenceAnalysis *MD;
304     const TargetData *TD;
305   public:
306     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
307     MemCpyOpt() : FunctionPass(ID) {
308       initializeMemCpyOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
309       MD = 0;
310     }
311
312     bool runOnFunction(Function &F);
313
314   private:
315     // This transformation requires dominator postdominator info
316     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
317       AU.setPreservesCFG();
318       AU.addRequired<DominatorTree>();
319       AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
320       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
321       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
322       AU.addPreserved<MemoryDependenceAnalysis>();
323     }
324   
325     // Helper fuctions
326     bool processStore(StoreInst *SI, BasicBlock::iterator &BBI);
327     bool processMemSet(MemSetInst *SI, BasicBlock::iterator &BBI);
328     bool processMemCpy(MemCpyInst *M);
329     bool processMemMove(MemMoveInst *M);
330     bool performCallSlotOptzn(Instruction *cpy, Value *cpyDst, Value *cpySrc,
331                               uint64_t cpyLen, CallInst *C);
332     bool processMemCpyMemCpyDependence(MemCpyInst *M, MemCpyInst *MDep,
333                                        uint64_t MSize);
334     bool processByValArgument(CallSite CS, unsigned ArgNo);
335     Instruction *tryMergingIntoMemset(Instruction *I, Value *StartPtr,
336                                       Value *ByteVal);
337
338     bool iterateOnFunction(Function &F);
339   };
340   
341   char MemCpyOpt::ID = 0;
342 }
343
344 // createMemCpyOptPass - The public interface to this file...
345 FunctionPass *llvm::createMemCpyOptPass() { return new MemCpyOpt(); }
346
347 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MemCpyOpt, "memcpyopt", "MemCpy Optimization",
348                       false, false)
349 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
350 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemoryDependenceAnalysis)
351 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
352 INITIALIZE_PASS_END(MemCpyOpt, "memcpyopt", "MemCpy Optimization",
353                     false, false)
354
355 /// tryMergingIntoMemset - When scanning forward over instructions, we look for
356 /// some other patterns to fold away.  In particular, this looks for stores to
357 /// neighboring locations of memory.  If it sees enough consequtive ones, it
358 /// attempts to merge them together into a memcpy/memset.
359 Instruction *MemCpyOpt::tryMergingIntoMemset(Instruction *StartInst, 
360                                              Value *StartPtr, Value *ByteVal) {
361   if (TD == 0) return 0;
362   
363   // Okay, so we now have a single store that can be splatable.  Scan to find
364   // all subsequent stores of the same value to offset from the same pointer.
365   // Join these together into ranges, so we can decide whether contiguous blocks
366   // are stored.
367   MemsetRanges Ranges(*TD);
368   
369   BasicBlock::iterator BI = StartInst;
370   for (++BI; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
371     if (!isa<StoreInst>(BI) && !isa<MemSetInst>(BI)) {
372       // If the instruction is readnone, ignore it, otherwise bail out.  We
373       // don't even allow readonly here because we don't want something like:
374       // A[1] = 2; strlen(A); A[2] = 2; -> memcpy(A, ...); strlen(A).
375       if (BI->mayWriteToMemory() || BI->mayReadFromMemory())
376         break;
377       continue;
378     }
379     
380     if (StoreInst *NextStore = dyn_cast<StoreInst>(BI)) {
381       // If this is a store, see if we can merge it in.
382       if (NextStore->isVolatile()) break;
383     
384       // Check to see if this stored value is of the same byte-splattable value.
385       if (ByteVal != isBytewiseValue(NextStore->getOperand(0)))
386         break;
387       
388       // Check to see if this store is to a constant offset from the start ptr.
389       int64_t Offset;
390       if (!IsPointerOffset(StartPtr, NextStore->getPointerOperand(),
391                            Offset, *TD))
392         break;
393       
394       Ranges.addStore(Offset, NextStore);
395     } else {
396       break;
397       
398       MemSetInst *MSI = cast<MemSetInst>(BI);
399       
400       if (MSI->isVolatile() || ByteVal != MSI->getValue() ||
401           !isa<ConstantInt>(MSI->getLength()))
402         break;
403       
404       // Check to see if this store is to a constant offset from the start ptr.
405       int64_t Offset;
406       if (!IsPointerOffset(StartPtr, MSI->getDest(), Offset, *TD))
407         break;
408       
409       Ranges.addMemSet(Offset, MSI);
410     }
411   }
412   
413   // If we have no ranges, then we just had a single store with nothing that
414   // could be merged in.  This is a very common case of course.
415   if (Ranges.empty())
416     return 0;
417   
418   // If we had at least one store that could be merged in, add the starting
419   // store as well.  We try to avoid this unless there is at least something
420   // interesting as a small compile-time optimization.
421   Ranges.addInst(0, StartInst);
422
423   // If we create any memsets, we put it right before the first instruction that
424   // isn't part of the memset block.  This ensure that the memset is dominated
425   // by any addressing instruction needed by the start of the block.
426   IRBuilder<> Builder(BI);
427
428   // Now that we have full information about ranges, loop over the ranges and
429   // emit memset's for anything big enough to be worthwhile.
430   Instruction *AMemSet = 0;
431   for (MemsetRanges::const_iterator I = Ranges.begin(), E = Ranges.end();
432        I != E; ++I) {
433     const MemsetRange &Range = *I;
434     
435     if (Range.TheStores.size() == 1) continue;
436     
437     // If it is profitable to lower this range to memset, do so now.
438     if (!Range.isProfitableToUseMemset(*TD))
439       continue;
440     
441     // Otherwise, we do want to transform this!  Create a new memset.
442     // Get the starting pointer of the block.
443     StartPtr = Range.StartPtr;
444     
445     // Determine alignment
446     unsigned Alignment = Range.Alignment;
447     if (Alignment == 0) {
448       const Type *EltType = 
449         cast<PointerType>(StartPtr->getType())->getElementType();
450       Alignment = TD->getABITypeAlignment(EltType);
451     }
452     
453     AMemSet = 
454       Builder.CreateMemSet(StartPtr, ByteVal, Range.End-Range.Start, Alignment);
455     
456     DEBUG(dbgs() << "Replace stores:\n";
457           for (unsigned i = 0, e = Range.TheStores.size(); i != e; ++i)
458             dbgs() << *Range.TheStores[i] << '\n';
459           dbgs() << "With: " << *AMemSet << '\n');
460     
461     // Zap all the stores.
462     for (SmallVector<Instruction*, 16>::const_iterator
463          SI = Range.TheStores.begin(),
464          SE = Range.TheStores.end(); SI != SE; ++SI) {
465       MD->removeInstruction(*SI);
466       (*SI)->eraseFromParent();
467     }
468     ++NumMemSetInfer;
469   }
470   
471   return AMemSet;
472 }
473
474
475 bool MemCpyOpt::processStore(StoreInst *SI, BasicBlock::iterator &BBI) {
476   if (SI->isVolatile()) return false;
477   
478   if (TD == 0) return false;
479
480   // Detect cases where we're performing call slot forwarding, but
481   // happen to be using a load-store pair to implement it, rather than
482   // a memcpy.
483   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SI->getOperand(0))) {
484     if (!LI->isVolatile() && LI->hasOneUse()) {
485       MemDepResult dep = MD->getDependency(LI);
486       CallInst *C = 0;
487       if (dep.isClobber() && !isa<MemCpyInst>(dep.getInst()))
488         C = dyn_cast<CallInst>(dep.getInst());
489       
490       if (C) {
491         bool changed = performCallSlotOptzn(LI,
492                         SI->getPointerOperand()->stripPointerCasts(), 
493                         LI->getPointerOperand()->stripPointerCasts(),
494                         TD->getTypeStoreSize(SI->getOperand(0)->getType()), C);
495         if (changed) {
496           MD->removeInstruction(SI);
497           SI->eraseFromParent();
498           MD->removeInstruction(LI);
499           LI->eraseFromParent();
500           ++NumMemCpyInstr;
501           return true;
502         }
503       }
504     }
505   }
506   
507   // There are two cases that are interesting for this code to handle: memcpy
508   // and memset.  Right now we only handle memset.
509   
510   // Ensure that the value being stored is something that can be memset'able a
511   // byte at a time like "0" or "-1" or any width, as well as things like
512   // 0xA0A0A0A0 and 0.0.
513   if (Value *ByteVal = isBytewiseValue(SI->getOperand(0)))
514     if (Instruction *I = tryMergingIntoMemset(SI, SI->getPointerOperand(),
515                                               ByteVal)) {
516       BBI = I;  // Don't invalidate iterator.
517       return true;
518     }
519   
520   return false;
521 }
522
523 bool MemCpyOpt::processMemSet(MemSetInst *MSI, BasicBlock::iterator &BBI) {
524   // Temporarily disable this.
525   return false;
526   
527   // See if there is another memset or store neighboring this memset which
528   // allows us to widen out the memset to do a single larger store.
529   if (isa<ConstantInt>(MSI->getLength()) && !MSI->isVolatile())
530     if (Instruction *I = tryMergingIntoMemset(MSI, MSI->getDest(),
531                                               MSI->getValue())) {
532       BBI = I;  // Don't invalidate iterator.
533       return true;
534     }
535   return false;
536 }
537
538
539 /// performCallSlotOptzn - takes a memcpy and a call that it depends on,
540 /// and checks for the possibility of a call slot optimization by having
541 /// the call write its result directly into the destination of the memcpy.
542 bool MemCpyOpt::performCallSlotOptzn(Instruction *cpy,
543                                      Value *cpyDest, Value *cpySrc,
544                                      uint64_t cpyLen, CallInst *C) {
545   // The general transformation to keep in mind is
546   //
547   //   call @func(..., src, ...)
548   //   memcpy(dest, src, ...)
549   //
550   // ->
551   //
552   //   memcpy(dest, src, ...)
553   //   call @func(..., dest, ...)
554   //
555   // Since moving the memcpy is technically awkward, we additionally check that
556   // src only holds uninitialized values at the moment of the call, meaning that
557   // the memcpy can be discarded rather than moved.
558
559   // Deliberately get the source and destination with bitcasts stripped away,
560   // because we'll need to do type comparisons based on the underlying type.
561   CallSite CS(C);
562
563   // Require that src be an alloca.  This simplifies the reasoning considerably.
564   AllocaInst *srcAlloca = dyn_cast<AllocaInst>(cpySrc);
565   if (!srcAlloca)
566     return false;
567
568   // Check that all of src is copied to dest.
569   if (TD == 0) return false;
570
571   ConstantInt *srcArraySize = dyn_cast<ConstantInt>(srcAlloca->getArraySize());
572   if (!srcArraySize)
573     return false;
574
575   uint64_t srcSize = TD->getTypeAllocSize(srcAlloca->getAllocatedType()) *
576     srcArraySize->getZExtValue();
577
578   if (cpyLen < srcSize)
579     return false;
580
581   // Check that accessing the first srcSize bytes of dest will not cause a
582   // trap.  Otherwise the transform is invalid since it might cause a trap
583   // to occur earlier than it otherwise would.
584   if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(cpyDest)) {
585     // The destination is an alloca.  Check it is larger than srcSize.
586     ConstantInt *destArraySize = dyn_cast<ConstantInt>(A->getArraySize());
587     if (!destArraySize)
588       return false;
589
590     uint64_t destSize = TD->getTypeAllocSize(A->getAllocatedType()) *
591       destArraySize->getZExtValue();
592
593     if (destSize < srcSize)
594       return false;
595   } else if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(cpyDest)) {
596     // If the destination is an sret parameter then only accesses that are
597     // outside of the returned struct type can trap.
598     if (!A->hasStructRetAttr())
599       return false;
600
601     const Type *StructTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
602     uint64_t destSize = TD->getTypeAllocSize(StructTy);
603
604     if (destSize < srcSize)
605       return false;
606   } else {
607     return false;
608   }
609
610   // Check that src is not accessed except via the call and the memcpy.  This
611   // guarantees that it holds only undefined values when passed in (so the final
612   // memcpy can be dropped), that it is not read or written between the call and
613   // the memcpy, and that writing beyond the end of it is undefined.
614   SmallVector<User*, 8> srcUseList(srcAlloca->use_begin(),
615                                    srcAlloca->use_end());
616   while (!srcUseList.empty()) {
617     User *UI = srcUseList.pop_back_val();
618
619     if (isa<BitCastInst>(UI)) {
620       for (User::use_iterator I = UI->use_begin(), E = UI->use_end();
621            I != E; ++I)
622         srcUseList.push_back(*I);
623     } else if (GetElementPtrInst *G = dyn_cast<GetElementPtrInst>(UI)) {
624       if (G->hasAllZeroIndices())
625         for (User::use_iterator I = UI->use_begin(), E = UI->use_end();
626              I != E; ++I)
627           srcUseList.push_back(*I);
628       else
629         return false;
630     } else if (UI != C && UI != cpy) {
631       return false;
632     }
633   }
634
635   // Since we're changing the parameter to the callsite, we need to make sure
636   // that what would be the new parameter dominates the callsite.
637   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
638   if (Instruction *cpyDestInst = dyn_cast<Instruction>(cpyDest))
639     if (!DT.dominates(cpyDestInst, C))
640       return false;
641
642   // In addition to knowing that the call does not access src in some
643   // unexpected manner, for example via a global, which we deduce from
644   // the use analysis, we also need to know that it does not sneakily
645   // access dest.  We rely on AA to figure this out for us.
646   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
647   if (AA.getModRefInfo(C, cpyDest, srcSize) != AliasAnalysis::NoModRef)
648     return false;
649
650   // All the checks have passed, so do the transformation.
651   bool changedArgument = false;
652   for (unsigned i = 0; i < CS.arg_size(); ++i)
653     if (CS.getArgument(i)->stripPointerCasts() == cpySrc) {
654       if (cpySrc->getType() != cpyDest->getType())
655         cpyDest = CastInst::CreatePointerCast(cpyDest, cpySrc->getType(),
656                                               cpyDest->getName(), C);
657       changedArgument = true;
658       if (CS.getArgument(i)->getType() == cpyDest->getType())
659         CS.setArgument(i, cpyDest);
660       else
661         CS.setArgument(i, CastInst::CreatePointerCast(cpyDest, 
662                           CS.getArgument(i)->getType(), cpyDest->getName(), C));
663     }
664
665   if (!changedArgument)
666     return false;
667
668   // Drop any cached information about the call, because we may have changed
669   // its dependence information by changing its parameter.
670   MD->removeInstruction(C);
671
672   // Remove the memcpy.
673   MD->removeInstruction(cpy);
674   ++NumMemCpyInstr;
675
676   return true;
677 }
678
679 /// processMemCpyMemCpyDependence - We've found that the (upward scanning)
680 /// memory dependence of memcpy 'M' is the memcpy 'MDep'.  Try to simplify M to
681 /// copy from MDep's input if we can.  MSize is the size of M's copy.
682 /// 
683 bool MemCpyOpt::processMemCpyMemCpyDependence(MemCpyInst *M, MemCpyInst *MDep,
684                                               uint64_t MSize) {
685   // We can only transforms memcpy's where the dest of one is the source of the
686   // other.
687   if (M->getSource() != MDep->getDest() || MDep->isVolatile())
688     return false;
689   
690   // If dep instruction is reading from our current input, then it is a noop
691   // transfer and substituting the input won't change this instruction.  Just
692   // ignore the input and let someone else zap MDep.  This handles cases like:
693   //    memcpy(a <- a)
694   //    memcpy(b <- a)
695   if (M->getSource() == MDep->getSource())
696     return false;
697   
698   // Second, the length of the memcpy's must be the same, or the preceeding one
699   // must be larger than the following one.
700   ConstantInt *C1 = dyn_cast<ConstantInt>(MDep->getLength());
701   if (!C1) return false;
702   
703   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
704
705   // Verify that the copied-from memory doesn't change in between the two
706   // transfers.  For example, in:
707   //    memcpy(a <- b)
708   //    *b = 42;
709   //    memcpy(c <- a)
710   // It would be invalid to transform the second memcpy into memcpy(c <- b).
711   //
712   // TODO: If the code between M and MDep is transparent to the destination "c",
713   // then we could still perform the xform by moving M up to the first memcpy.
714   //
715   // NOTE: This is conservative, it will stop on any read from the source loc,
716   // not just the defining memcpy.
717   MemDepResult SourceDep =
718     MD->getPointerDependencyFrom(AA.getLocationForSource(MDep),
719                                  false, M, M->getParent());
720   if (!SourceDep.isClobber() || SourceDep.getInst() != MDep)
721     return false;
722   
723   // If the dest of the second might alias the source of the first, then the
724   // source and dest might overlap.  We still want to eliminate the intermediate
725   // value, but we have to generate a memmove instead of memcpy.
726   bool UseMemMove = false;
727   if (!AA.isNoAlias(AA.getLocationForDest(M), AA.getLocationForSource(MDep)))
728     UseMemMove = true;
729   
730   // If all checks passed, then we can transform M.
731   
732   // Make sure to use the lesser of the alignment of the source and the dest
733   // since we're changing where we're reading from, but don't want to increase
734   // the alignment past what can be read from or written to.
735   // TODO: Is this worth it if we're creating a less aligned memcpy? For
736   // example we could be moving from movaps -> movq on x86.
737   unsigned Align = std::min(MDep->getAlignment(), M->getAlignment());
738   
739   IRBuilder<> Builder(M);
740   if (UseMemMove)
741     Builder.CreateMemMove(M->getRawDest(), MDep->getRawSource(), M->getLength(),
742                           Align, M->isVolatile());
743   else
744     Builder.CreateMemCpy(M->getRawDest(), MDep->getRawSource(), M->getLength(),
745                          Align, M->isVolatile());
746
747   // Remove the instruction we're replacing.
748   MD->removeInstruction(M);
749   M->eraseFromParent();
750   ++NumMemCpyInstr;
751   return true;
752 }
753
754
755 /// processMemCpy - perform simplification of memcpy's.  If we have memcpy A
756 /// which copies X to Y, and memcpy B which copies Y to Z, then we can rewrite
757 /// B to be a memcpy from X to Z (or potentially a memmove, depending on
758 /// circumstances). This allows later passes to remove the first memcpy
759 /// altogether.
760 bool MemCpyOpt::processMemCpy(MemCpyInst *M) {
761   // We can only optimize statically-sized memcpy's that are non-volatile.
762   ConstantInt *CopySize = dyn_cast<ConstantInt>(M->getLength());
763   if (CopySize == 0 || M->isVolatile()) return false;
764
765   // If the source and destination of the memcpy are the same, then zap it.
766   if (M->getSource() == M->getDest()) {
767     MD->removeInstruction(M);
768     M->eraseFromParent();
769     return false;
770   }
771
772   // If copying from a constant, try to turn the memcpy into a memset.
773   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(M->getSource()))
774     if (GV->isConstant() && GV->hasDefinitiveInitializer())
775       if (Value *ByteVal = isBytewiseValue(GV->getInitializer())) {
776         IRBuilder<> Builder(M);
777         Builder.CreateMemSet(M->getRawDest(), ByteVal, CopySize,
778                              M->getAlignment(), false);
779         MD->removeInstruction(M);
780         M->eraseFromParent();
781         ++NumCpyToSet;
782         return true;
783       }
784
785   // The are two possible optimizations we can do for memcpy:
786   //   a) memcpy-memcpy xform which exposes redundance for DSE.
787   //   b) call-memcpy xform for return slot optimization.
788   MemDepResult DepInfo = MD->getDependency(M);
789   if (!DepInfo.isClobber())
790     return false;
791   
792   if (MemCpyInst *MDep = dyn_cast<MemCpyInst>(DepInfo.getInst()))
793     return processMemCpyMemCpyDependence(M, MDep, CopySize->getZExtValue());
794     
795   if (CallInst *C = dyn_cast<CallInst>(DepInfo.getInst())) {
796     if (performCallSlotOptzn(M, M->getDest(), M->getSource(),
797                              CopySize->getZExtValue(), C)) {
798       MD->removeInstruction(M);
799       M->eraseFromParent();
800       return true;
801     }
802   }
803   
804   return false;
805 }
806
807 /// processMemMove - Transforms memmove calls to memcpy calls when the src/dst
808 /// are guaranteed not to alias.
809 bool MemCpyOpt::processMemMove(MemMoveInst *M) {
810   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
811
812   // See if the pointers alias.
813   if (!AA.isNoAlias(AA.getLocationForDest(M), AA.getLocationForSource(M)))
814     return false;
815   
816   DEBUG(dbgs() << "MemCpyOpt: Optimizing memmove -> memcpy: " << *M << "\n");
817   
818   // If not, then we know we can transform this.
819   Module *Mod = M->getParent()->getParent()->getParent();
820   const Type *ArgTys[3] = { M->getRawDest()->getType(),
821                             M->getRawSource()->getType(),
822                             M->getLength()->getType() };
823   M->setCalledFunction(Intrinsic::getDeclaration(Mod, Intrinsic::memcpy,
824                                                  ArgTys, 3));
825
826   // MemDep may have over conservative information about this instruction, just
827   // conservatively flush it from the cache.
828   MD->removeInstruction(M);
829
830   ++NumMoveToCpy;
831   return true;
832 }
833   
834 /// processByValArgument - This is called on every byval argument in call sites.
835 bool MemCpyOpt::processByValArgument(CallSite CS, unsigned ArgNo) {
836   if (TD == 0) return false;
837
838   // Find out what feeds this byval argument.
839   Value *ByValArg = CS.getArgument(ArgNo);
840   const Type *ByValTy =cast<PointerType>(ByValArg->getType())->getElementType();
841   uint64_t ByValSize = TD->getTypeAllocSize(ByValTy);
842   MemDepResult DepInfo =
843     MD->getPointerDependencyFrom(AliasAnalysis::Location(ByValArg, ByValSize),
844                                  true, CS.getInstruction(),
845                                  CS.getInstruction()->getParent());
846   if (!DepInfo.isClobber())
847     return false;
848
849   // If the byval argument isn't fed by a memcpy, ignore it.  If it is fed by
850   // a memcpy, see if we can byval from the source of the memcpy instead of the
851   // result.
852   MemCpyInst *MDep = dyn_cast<MemCpyInst>(DepInfo.getInst());
853   if (MDep == 0 || MDep->isVolatile() ||
854       ByValArg->stripPointerCasts() != MDep->getDest())
855     return false;
856   
857   // The length of the memcpy must be larger or equal to the size of the byval.
858   ConstantInt *C1 = dyn_cast<ConstantInt>(MDep->getLength());
859   if (C1 == 0 || C1->getValue().getZExtValue() < ByValSize)
860     return false;
861
862   // Get the alignment of the byval.  If it is greater than the memcpy, then we
863   // can't do the substitution.  If the call doesn't specify the alignment, then
864   // it is some target specific value that we can't know.
865   unsigned ByValAlign = CS.getParamAlignment(ArgNo+1);
866   if (ByValAlign == 0 || MDep->getAlignment() < ByValAlign)
867     return false;  
868   
869   // Verify that the copied-from memory doesn't change in between the memcpy and
870   // the byval call.
871   //    memcpy(a <- b)
872   //    *b = 42;
873   //    foo(*a)
874   // It would be invalid to transform the second memcpy into foo(*b).
875   //
876   // NOTE: This is conservative, it will stop on any read from the source loc,
877   // not just the defining memcpy.
878   MemDepResult SourceDep =
879     MD->getPointerDependencyFrom(AliasAnalysis::getLocationForSource(MDep),
880                                  false, CS.getInstruction(), MDep->getParent());
881   if (!SourceDep.isClobber() || SourceDep.getInst() != MDep)
882     return false;
883   
884   Value *TmpCast = MDep->getSource();
885   if (MDep->getSource()->getType() != ByValArg->getType())
886     TmpCast = new BitCastInst(MDep->getSource(), ByValArg->getType(),
887                               "tmpcast", CS.getInstruction());
888   
889   DEBUG(dbgs() << "MemCpyOpt: Forwarding memcpy to byval:\n"
890                << "  " << *MDep << "\n"
891                << "  " << *CS.getInstruction() << "\n");
892   
893   // Otherwise we're good!  Update the byval argument.
894   CS.setArgument(ArgNo, TmpCast);
895   ++NumMemCpyInstr;
896   return true;
897 }
898
899 /// iterateOnFunction - Executes one iteration of MemCpyOpt.
900 bool MemCpyOpt::iterateOnFunction(Function &F) {
901   bool MadeChange = false;
902
903   // Walk all instruction in the function.
904   for (Function::iterator BB = F.begin(), BBE = F.end(); BB != BBE; ++BB) {
905     for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end(); BI != BE;) {
906       // Avoid invalidating the iterator.
907       Instruction *I = BI++;
908       
909       bool RepeatInstruction = false;
910       
911       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
912         MadeChange |= processStore(SI, BI);
913       else if (MemSetInst *M = dyn_cast<MemSetInst>(I))
914         RepeatInstruction = processMemSet(M, BI);
915       else if (MemCpyInst *M = dyn_cast<MemCpyInst>(I))
916         RepeatInstruction = processMemCpy(M);
917       else if (MemMoveInst *M = dyn_cast<MemMoveInst>(I))
918         RepeatInstruction = processMemMove(M);
919       else if (CallSite CS = (Value*)I) {
920         for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
921           if (CS.paramHasAttr(i+1, Attribute::ByVal))
922             MadeChange |= processByValArgument(CS, i);
923       }
924
925       // Reprocess the instruction if desired.
926       if (RepeatInstruction) {
927         if (BI != BB->begin()) --BI;
928         MadeChange = true;
929       }
930     }
931   }
932   
933   return MadeChange;
934 }
935
936 // MemCpyOpt::runOnFunction - This is the main transformation entry point for a
937 // function.
938 //
939 bool MemCpyOpt::runOnFunction(Function &F) {
940   bool MadeChange = false;
941   MD = &getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
942   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
943   while (1) {
944     if (!iterateOnFunction(F))
945       break;
946     MadeChange = true;
947   }
948   
949   MD = 0;
950   return MadeChange;
951 }