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