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