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