fix comment
[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/IntrinsicInst.h"
18 #include "llvm/Instructions.h"
19 #include "llvm/LLVMContext.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/Support/Debug.h"
26 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
27 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
28 #include "llvm/Target/TargetData.h"
29 #include <list>
30 using namespace llvm;
31
32 STATISTIC(NumMemCpyInstr, "Number of memcpy instructions deleted");
33 STATISTIC(NumMemSetInfer, "Number of memsets inferred");
34 STATISTIC(NumMoveToCpy,   "Number of memmoves converted to memcpy");
35
36 /// isBytewiseValue - If the specified value can be set by repeating the same
37 /// byte in memory, return the i8 value that it is represented with.  This is
38 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
39 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
40 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
41 static Value *isBytewiseValue(Value *V) {
42   LLVMContext &Context = V->getContext();
43   
44   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
45   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
46   
47   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
48   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0. 
49   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
50     if (CFP->getType()->isFloatTy())
51       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(Context));
52     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
53       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(Context));
54     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
55   }
56   
57   // We can handle constant integers that are power of two in size and a 
58   // multiple of 8 bits.
59   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
60     unsigned Width = CI->getBitWidth();
61     if (isPowerOf2_32(Width) && Width > 8) {
62       // We can handle this value if the recursive binary decomposition is the
63       // same at all levels.
64       APInt Val = CI->getValue();
65       APInt Val2;
66       while (Val.getBitWidth() != 8) {
67         unsigned NextWidth = Val.getBitWidth()/2;
68         Val2  = Val.lshr(NextWidth);
69         Val2.trunc(Val.getBitWidth()/2);
70         Val.trunc(Val.getBitWidth()/2);
71
72         // If the top/bottom halves aren't the same, reject it.
73         if (Val != Val2)
74           return 0;
75       }
76       return ConstantInt::get(Context, Val);
77     }
78   }
79   
80   // Conceptually, we could handle things like:
81   //   %a = zext i8 %X to i16
82   //   %b = shl i16 %a, 8
83   //   %c = or i16 %a, %b
84   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
85   // worth worrying about.
86   return 0;
87 }
88
89 static int64_t GetOffsetFromIndex(const GetElementPtrInst *GEP, unsigned Idx,
90                                   bool &VariableIdxFound, TargetData &TD) {
91   // Skip over the first indices.
92   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
93   for (unsigned i = 1; i != Idx; ++i, ++GTI)
94     /*skip along*/;
95   
96   // Compute the offset implied by the rest of the indices.
97   int64_t Offset = 0;
98   for (unsigned i = Idx, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
99     ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
100     if (OpC == 0)
101       return VariableIdxFound = true;
102     if (OpC->isZero()) continue;  // No offset.
103
104     // Handle struct indices, which add their field offset to the pointer.
105     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
106       Offset += TD.getStructLayout(STy)->getElementOffset(OpC->getZExtValue());
107       continue;
108     }
109     
110     // Otherwise, we have a sequential type like an array or vector.  Multiply
111     // the index by the ElementSize.
112     uint64_t Size = TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
113     Offset += Size*OpC->getSExtValue();
114   }
115
116   return Offset;
117 }
118
119 /// IsPointerOffset - Return true if Ptr1 is provably equal to Ptr2 plus a
120 /// constant offset, and return that constant offset.  For example, Ptr1 might
121 /// be &A[42], and Ptr2 might be &A[40].  In this case offset would be -8.
122 static bool IsPointerOffset(Value *Ptr1, Value *Ptr2, int64_t &Offset,
123                             TargetData &TD) {
124   // Right now we handle the case when Ptr1/Ptr2 are both GEPs with an identical
125   // base.  After that base, they may have some number of common (and
126   // potentially variable) indices.  After that they handle some constant
127   // offset, which determines their offset from each other.  At this point, we
128   // handle no other case.
129   GetElementPtrInst *GEP1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr1);
130   GetElementPtrInst *GEP2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr2);
131   if (!GEP1 || !GEP2 || GEP1->getOperand(0) != GEP2->getOperand(0))
132     return false;
133   
134   // Skip any common indices and track the GEP types.
135   unsigned Idx = 1;
136   for (; Idx != GEP1->getNumOperands() && Idx != GEP2->getNumOperands(); ++Idx)
137     if (GEP1->getOperand(Idx) != GEP2->getOperand(Idx))
138       break;
139
140   bool VariableIdxFound = false;
141   int64_t Offset1 = GetOffsetFromIndex(GEP1, Idx, VariableIdxFound, TD);
142   int64_t Offset2 = GetOffsetFromIndex(GEP2, Idx, VariableIdxFound, TD);
143   if (VariableIdxFound) return false;
144   
145   Offset = Offset2-Offset1;
146   return true;
147 }
148
149
150 /// MemsetRange - Represents a range of memset'd bytes with the ByteVal value.
151 /// This allows us to analyze stores like:
152 ///   store 0 -> P+1
153 ///   store 0 -> P+0
154 ///   store 0 -> P+3
155 ///   store 0 -> P+2
156 /// which sometimes happens with stores to arrays of structs etc.  When we see
157 /// the first store, we make a range [1, 2).  The second store extends the range
158 /// to [0, 2).  The third makes a new range [2, 3).  The fourth store joins the
159 /// two ranges into [0, 3) which is memset'able.
160 namespace {
161 struct MemsetRange {
162   // Start/End - A semi range that describes the span that this range covers.
163   // The range is closed at the start and open at the end: [Start, End).  
164   int64_t Start, End;
165
166   /// StartPtr - The getelementptr instruction that points to the start of the
167   /// range.
168   Value *StartPtr;
169   
170   /// Alignment - The known alignment of the first store.
171   unsigned Alignment;
172   
173   /// TheStores - The actual stores that make up this range.
174   SmallVector<StoreInst*, 16> TheStores;
175   
176   bool isProfitableToUseMemset(const TargetData &TD) const;
177
178 };
179 } // end anon namespace
180
181 bool MemsetRange::isProfitableToUseMemset(const TargetData &TD) const {
182   // If we found more than 8 stores to merge or 64 bytes, use memset.
183   if (TheStores.size() >= 8 || End-Start >= 64) return true;
184   
185   // Assume that the code generator is capable of merging pairs of stores
186   // together if it wants to.
187   if (TheStores.size() <= 2) return false;
188   
189   // If we have fewer than 8 stores, it can still be worthwhile to do this.
190   // For example, merging 4 i8 stores into an i32 store is useful almost always.
191   // However, merging 2 32-bit stores isn't useful on a 32-bit architecture (the
192   // memset will be split into 2 32-bit stores anyway) and doing so can
193   // pessimize the llvm optimizer.
194   //
195   // Since we don't have perfect knowledge here, make some assumptions: assume
196   // the maximum GPR width is the same size as the pointer size and assume that
197   // this width can be stored.  If so, check to see whether we will end up
198   // actually reducing the number of stores used.
199   unsigned Bytes = unsigned(End-Start);
200   unsigned NumPointerStores = Bytes/TD.getPointerSize();
201   
202   // Assume the remaining bytes if any are done a byte at a time.
203   unsigned NumByteStores = Bytes - NumPointerStores*TD.getPointerSize();
204   
205   // If we will reduce the # stores (according to this heuristic), do the
206   // transformation.  This encourages merging 4 x i8 -> i32 and 2 x i16 -> i32
207   // etc.
208   return TheStores.size() > NumPointerStores+NumByteStores;
209 }    
210
211
212 namespace {
213 class MemsetRanges {
214   /// Ranges - A sorted list of the memset ranges.  We use std::list here
215   /// because each element is relatively large and expensive to copy.
216   std::list<MemsetRange> Ranges;
217   typedef std::list<MemsetRange>::iterator range_iterator;
218   TargetData &TD;
219 public:
220   MemsetRanges(TargetData &td) : TD(td) {}
221   
222   typedef std::list<MemsetRange>::const_iterator const_iterator;
223   const_iterator begin() const { return Ranges.begin(); }
224   const_iterator end() const { return Ranges.end(); }
225   bool empty() const { return Ranges.empty(); }
226   
227   void addStore(int64_t OffsetFromFirst, StoreInst *SI);
228 };
229   
230 } // end anon namespace
231
232
233 /// addStore - Add a new store to the MemsetRanges data structure.  This adds a
234 /// new range for the specified store at the specified offset, merging into
235 /// existing ranges as appropriate.
236 void MemsetRanges::addStore(int64_t Start, StoreInst *SI) {
237   int64_t End = Start+TD.getTypeStoreSize(SI->getOperand(0)->getType());
238   
239   // Do a linear search of the ranges to see if this can be joined and/or to
240   // find the insertion point in the list.  We keep the ranges sorted for
241   // simplicity here.  This is a linear search of a linked list, which is ugly,
242   // however the number of ranges is limited, so this won't get crazy slow.
243   range_iterator I = Ranges.begin(), E = Ranges.end();
244   
245   while (I != E && Start > I->End)
246     ++I;
247   
248   // We now know that I == E, in which case we didn't find anything to merge
249   // with, or that Start <= I->End.  If End < I->Start or I == E, then we need
250   // to insert a new range.  Handle this now.
251   if (I == E || End < I->Start) {
252     MemsetRange &R = *Ranges.insert(I, MemsetRange());
253     R.Start        = Start;
254     R.End          = End;
255     R.StartPtr     = SI->getPointerOperand();
256     R.Alignment    = SI->getAlignment();
257     R.TheStores.push_back(SI);
258     return;
259   }
260
261   // This store overlaps with I, add it.
262   I->TheStores.push_back(SI);
263   
264   // At this point, we may have an interval that completely contains our store.
265   // If so, just add it to the interval and return.
266   if (I->Start <= Start && I->End >= End)
267     return;
268   
269   // Now we know that Start <= I->End and End >= I->Start so the range overlaps
270   // but is not entirely contained within the range.
271   
272   // See if the range extends the start of the range.  In this case, it couldn't
273   // possibly cause it to join the prior range, because otherwise we would have
274   // stopped on *it*.
275   if (Start < I->Start) {
276     I->Start = Start;
277     I->StartPtr = SI->getPointerOperand();
278     I->Alignment = SI->getAlignment();
279   }
280     
281   // Now we know that Start <= I->End and Start >= I->Start (so the startpoint
282   // is in or right at the end of I), and that End >= I->Start.  Extend I out to
283   // End.
284   if (End > I->End) {
285     I->End = End;
286     range_iterator NextI = I;
287     while (++NextI != E && End >= NextI->Start) {
288       // Merge the range in.
289       I->TheStores.append(NextI->TheStores.begin(), NextI->TheStores.end());
290       if (NextI->End > I->End)
291         I->End = NextI->End;
292       Ranges.erase(NextI);
293       NextI = I;
294     }
295   }
296 }
297
298 //===----------------------------------------------------------------------===//
299 //                         MemCpyOpt Pass
300 //===----------------------------------------------------------------------===//
301
302 namespace {
303   class MemCpyOpt : public FunctionPass {
304     MemoryDependenceAnalysis *MD;
305     bool runOnFunction(Function &F);
306   public:
307     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
308     MemCpyOpt() : FunctionPass(ID) {
309       initializeMemCpyOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
310       MD = 0;
311     }
312
313   private:
314     // This transformation requires dominator postdominator info
315     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
316       AU.setPreservesCFG();
317       AU.addRequired<DominatorTree>();
318       AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
319       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
320       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
321       AU.addPreserved<MemoryDependenceAnalysis>();
322     }
323   
324     // Helper fuctions
325     bool processStore(StoreInst *SI, BasicBlock::iterator &BBI);
326     bool processMemCpy(MemCpyInst *M);
327     bool processMemMove(MemMoveInst *M);
328     bool performCallSlotOptzn(Instruction *cpy, Value *cpyDst, Value *cpySrc,
329                               uint64_t cpyLen, CallInst *C);
330     bool processMemCpyMemCpyDependence(MemCpyInst *M, MemCpyInst *MDep,
331                                        uint64_t MSize);
332     bool processByValArgument(CallSite CS, unsigned ArgNo);
333     bool iterateOnFunction(Function &F);
334   };
335   
336   char MemCpyOpt::ID = 0;
337 }
338
339 // createMemCpyOptPass - The public interface to this file...
340 FunctionPass *llvm::createMemCpyOptPass() { return new MemCpyOpt(); }
341
342 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MemCpyOpt, "memcpyopt", "MemCpy Optimization",
343                       false, false)
344 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
345 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemoryDependenceAnalysis)
346 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
347 INITIALIZE_PASS_END(MemCpyOpt, "memcpyopt", "MemCpy Optimization",
348                     false, false)
349
350 /// processStore - When GVN is scanning forward over instructions, we look for
351 /// some other patterns to fold away.  In particular, this looks for stores to
352 /// neighboring locations of memory.  If it sees enough consequtive ones
353 /// (currently 4) it attempts to merge them together into a memcpy/memset.
354 bool MemCpyOpt::processStore(StoreInst *SI, BasicBlock::iterator &BBI) {
355   if (SI->isVolatile()) return false;
356   
357   TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
358   if (!TD) return false;
359
360   // Detect cases where we're performing call slot forwarding, but
361   // happen to be using a load-store pair to implement it, rather than
362   // a memcpy.
363   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SI->getOperand(0))) {
364     if (!LI->isVolatile() && LI->hasOneUse()) {
365       MemDepResult dep = MD->getDependency(LI);
366       CallInst *C = 0;
367       if (dep.isClobber() && !isa<MemCpyInst>(dep.getInst()))
368         C = dyn_cast<CallInst>(dep.getInst());
369       
370       if (C) {
371         bool changed = performCallSlotOptzn(LI,
372                         SI->getPointerOperand()->stripPointerCasts(), 
373                         LI->getPointerOperand()->stripPointerCasts(),
374                         TD->getTypeStoreSize(SI->getOperand(0)->getType()), C);
375         if (changed) {
376           MD->removeInstruction(SI);
377           SI->eraseFromParent();
378           LI->eraseFromParent();
379           ++NumMemCpyInstr;
380           return true;
381         }
382       }
383     }
384   }
385   
386   LLVMContext &Context = SI->getContext();
387
388   // There are two cases that are interesting for this code to handle: memcpy
389   // and memset.  Right now we only handle memset.
390   
391   // Ensure that the value being stored is something that can be memset'able a
392   // byte at a time like "0" or "-1" or any width, as well as things like
393   // 0xA0A0A0A0 and 0.0.
394   Value *ByteVal = isBytewiseValue(SI->getOperand(0));
395   if (!ByteVal)
396     return false;
397
398   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
399   Module *M = SI->getParent()->getParent()->getParent();
400
401   // Okay, so we now have a single store that can be splatable.  Scan to find
402   // all subsequent stores of the same value to offset from the same pointer.
403   // Join these together into ranges, so we can decide whether contiguous blocks
404   // are stored.
405   MemsetRanges Ranges(*TD);
406   
407   Value *StartPtr = SI->getPointerOperand();
408   
409   BasicBlock::iterator BI = SI;
410   for (++BI; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
411     if (isa<CallInst>(BI) || isa<InvokeInst>(BI)) { 
412       // If the call is readnone, ignore it, otherwise bail out.  We don't even
413       // allow readonly here because we don't want something like:
414       // A[1] = 2; strlen(A); A[2] = 2; -> memcpy(A, ...); strlen(A).
415       if (AA.getModRefBehavior(CallSite(BI)) ==
416             AliasAnalysis::DoesNotAccessMemory)
417         continue;
418       
419       // TODO: If this is a memset, try to join it in.
420       
421       break;
422     } else if (isa<VAArgInst>(BI) || isa<LoadInst>(BI))
423       break;
424
425     // If this is a non-store instruction it is fine, ignore it.
426     StoreInst *NextStore = dyn_cast<StoreInst>(BI);
427     if (NextStore == 0) continue;
428     
429     // If this is a store, see if we can merge it in.
430     if (NextStore->isVolatile()) break;
431     
432     // Check to see if this stored value is of the same byte-splattable value.
433     if (ByteVal != isBytewiseValue(NextStore->getOperand(0)))
434       break;
435
436     // Check to see if this store is to a constant offset from the start ptr.
437     int64_t Offset;
438     if (!IsPointerOffset(StartPtr, NextStore->getPointerOperand(), Offset, *TD))
439       break;
440
441     Ranges.addStore(Offset, NextStore);
442   }
443
444   // If we have no ranges, then we just had a single store with nothing that
445   // could be merged in.  This is a very common case of course.
446   if (Ranges.empty())
447     return false;
448   
449   // If we had at least one store that could be merged in, add the starting
450   // store as well.  We try to avoid this unless there is at least something
451   // interesting as a small compile-time optimization.
452   Ranges.addStore(0, SI);
453   
454   
455   // Now that we have full information about ranges, loop over the ranges and
456   // emit memset's for anything big enough to be worthwhile.
457   bool MadeChange = false;
458   for (MemsetRanges::const_iterator I = Ranges.begin(), E = Ranges.end();
459        I != E; ++I) {
460     const MemsetRange &Range = *I;
461
462     if (Range.TheStores.size() == 1) continue;
463     
464     // If it is profitable to lower this range to memset, do so now.
465     if (!Range.isProfitableToUseMemset(*TD))
466       continue;
467     
468     // Otherwise, we do want to transform this!  Create a new memset.  We put
469     // the memset right before the first instruction that isn't part of this
470     // memset block.  This ensure that the memset is dominated by any addressing
471     // instruction needed by the start of the block.
472     BasicBlock::iterator InsertPt = BI;
473
474     // Get the starting pointer of the block.
475     StartPtr = Range.StartPtr;
476
477     // Determine alignment
478     unsigned Alignment = Range.Alignment;
479     if (Alignment == 0) {
480       const Type *EltType = 
481          cast<PointerType>(StartPtr->getType())->getElementType();
482       Alignment = TD->getABITypeAlignment(EltType);
483     }
484
485     // Cast the start ptr to be i8* as memset requires.
486     const PointerType* StartPTy = cast<PointerType>(StartPtr->getType());
487     const PointerType *i8Ptr = Type::getInt8PtrTy(Context,
488                                                   StartPTy->getAddressSpace());
489     if (StartPTy!= i8Ptr)
490       StartPtr = new BitCastInst(StartPtr, i8Ptr, StartPtr->getName(),
491                                  InsertPt);
492
493     Value *Ops[] = {
494       StartPtr, ByteVal,   // Start, value
495       // size
496       ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Context), Range.End-Range.Start),
497       // align
498       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), Alignment),
499       // volatile
500       ConstantInt::getFalse(Context),
501     };
502     const Type *Tys[] = { Ops[0]->getType(), Ops[2]->getType() };
503
504     Function *MemSetF = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::memset, Tys, 2);
505
506     Value *C = CallInst::Create(MemSetF, Ops, Ops+5, "", InsertPt);
507     DEBUG(dbgs() << "Replace stores:\n";
508           for (unsigned i = 0, e = Range.TheStores.size(); i != e; ++i)
509             dbgs() << *Range.TheStores[i] << '\n';
510           dbgs() << "With: " << *C << '\n'); C=C;
511   
512     // Don't invalidate the iterator
513     BBI = BI;
514   
515     // Zap all the stores.
516     for (SmallVector<StoreInst*, 16>::const_iterator
517          SI = Range.TheStores.begin(),
518          SE = Range.TheStores.end(); SI != SE; ++SI)
519       (*SI)->eraseFromParent();
520     ++NumMemSetInfer;
521     MadeChange = true;
522   }
523   
524   return MadeChange;
525 }
526
527
528 /// performCallSlotOptzn - takes a memcpy and a call that it depends on,
529 /// and checks for the possibility of a call slot optimization by having
530 /// the call write its result directly into the destination of the memcpy.
531 bool MemCpyOpt::performCallSlotOptzn(Instruction *cpy,
532                                      Value *cpyDest, Value *cpySrc,
533                                      uint64_t cpyLen, CallInst *C) {
534   // The general transformation to keep in mind is
535   //
536   //   call @func(..., src, ...)
537   //   memcpy(dest, src, ...)
538   //
539   // ->
540   //
541   //   memcpy(dest, src, ...)
542   //   call @func(..., dest, ...)
543   //
544   // Since moving the memcpy is technically awkward, we additionally check that
545   // src only holds uninitialized values at the moment of the call, meaning that
546   // the memcpy can be discarded rather than moved.
547
548   // Deliberately get the source and destination with bitcasts stripped away,
549   // because we'll need to do type comparisons based on the underlying type.
550   CallSite CS(C);
551
552   // Require that src be an alloca.  This simplifies the reasoning considerably.
553   AllocaInst *srcAlloca = dyn_cast<AllocaInst>(cpySrc);
554   if (!srcAlloca)
555     return false;
556
557   // Check that all of src is copied to dest.
558   TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
559   if (!TD) return false;
560
561   ConstantInt *srcArraySize = dyn_cast<ConstantInt>(srcAlloca->getArraySize());
562   if (!srcArraySize)
563     return false;
564
565   uint64_t srcSize = TD->getTypeAllocSize(srcAlloca->getAllocatedType()) *
566     srcArraySize->getZExtValue();
567
568   if (cpyLen < srcSize)
569     return false;
570
571   // Check that accessing the first srcSize bytes of dest will not cause a
572   // trap.  Otherwise the transform is invalid since it might cause a trap
573   // to occur earlier than it otherwise would.
574   if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(cpyDest)) {
575     // The destination is an alloca.  Check it is larger than srcSize.
576     ConstantInt *destArraySize = dyn_cast<ConstantInt>(A->getArraySize());
577     if (!destArraySize)
578       return false;
579
580     uint64_t destSize = TD->getTypeAllocSize(A->getAllocatedType()) *
581       destArraySize->getZExtValue();
582
583     if (destSize < srcSize)
584       return false;
585   } else if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(cpyDest)) {
586     // If the destination is an sret parameter then only accesses that are
587     // outside of the returned struct type can trap.
588     if (!A->hasStructRetAttr())
589       return false;
590
591     const Type *StructTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
592     uint64_t destSize = TD->getTypeAllocSize(StructTy);
593
594     if (destSize < srcSize)
595       return false;
596   } else {
597     return false;
598   }
599
600   // Check that src is not accessed except via the call and the memcpy.  This
601   // guarantees that it holds only undefined values when passed in (so the final
602   // memcpy can be dropped), that it is not read or written between the call and
603   // the memcpy, and that writing beyond the end of it is undefined.
604   SmallVector<User*, 8> srcUseList(srcAlloca->use_begin(),
605                                    srcAlloca->use_end());
606   while (!srcUseList.empty()) {
607     User *UI = srcUseList.pop_back_val();
608
609     if (isa<BitCastInst>(UI)) {
610       for (User::use_iterator I = UI->use_begin(), E = UI->use_end();
611            I != E; ++I)
612         srcUseList.push_back(*I);
613     } else if (GetElementPtrInst *G = dyn_cast<GetElementPtrInst>(UI)) {
614       if (G->hasAllZeroIndices())
615         for (User::use_iterator I = UI->use_begin(), E = UI->use_end();
616              I != E; ++I)
617           srcUseList.push_back(*I);
618       else
619         return false;
620     } else if (UI != C && UI != cpy) {
621       return false;
622     }
623   }
624
625   // Since we're changing the parameter to the callsite, we need to make sure
626   // that what would be the new parameter dominates the callsite.
627   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
628   if (Instruction *cpyDestInst = dyn_cast<Instruction>(cpyDest))
629     if (!DT.dominates(cpyDestInst, C))
630       return false;
631
632   // In addition to knowing that the call does not access src in some
633   // unexpected manner, for example via a global, which we deduce from
634   // the use analysis, we also need to know that it does not sneakily
635   // access dest.  We rely on AA to figure this out for us.
636   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
637   if (AA.getModRefInfo(C, cpyDest, srcSize) !=
638       AliasAnalysis::NoModRef)
639     return false;
640
641   // All the checks have passed, so do the transformation.
642   bool changedArgument = false;
643   for (unsigned i = 0; i < CS.arg_size(); ++i)
644     if (CS.getArgument(i)->stripPointerCasts() == cpySrc) {
645       if (cpySrc->getType() != cpyDest->getType())
646         cpyDest = CastInst::CreatePointerCast(cpyDest, cpySrc->getType(),
647                                               cpyDest->getName(), C);
648       changedArgument = true;
649       if (CS.getArgument(i)->getType() == cpyDest->getType())
650         CS.setArgument(i, cpyDest);
651       else
652         CS.setArgument(i, CastInst::CreatePointerCast(cpyDest, 
653                           CS.getArgument(i)->getType(), cpyDest->getName(), C));
654     }
655
656   if (!changedArgument)
657     return false;
658
659   // Drop any cached information about the call, because we may have changed
660   // its dependence information by changing its parameter.
661   MD->removeInstruction(C);
662
663   // Remove the memcpy.
664   MD->removeInstruction(cpy);
665   ++NumMemCpyInstr;
666
667   return true;
668 }
669
670 /// processMemCpyMemCpyDependence - We've found that the (upward scanning)
671 /// memory dependence of memcpy 'M' is the memcpy 'MDep'.  Try to simplify M to
672 /// copy from MDep's input if we can.  MSize is the size of M's copy.
673 /// 
674 bool MemCpyOpt::processMemCpyMemCpyDependence(MemCpyInst *M, MemCpyInst *MDep,
675                                               uint64_t MSize) {
676   // We can only transforms memcpy's where the dest of one is the source of the
677   // other.
678   if (M->getSource() != MDep->getDest() || MDep->isVolatile())
679     return false;
680   
681   // Second, the length of the memcpy's must be the same, or the preceeding one
682   // must be larger than the following one.
683   ConstantInt *C1 = dyn_cast<ConstantInt>(MDep->getLength());
684   if (!C1) return false;
685   
686   uint64_t DepSize = C1->getValue().getZExtValue();
687   if (DepSize < MSize)
688     return false;
689   
690   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
691
692   // Verify that the copied-from memory doesn't change in between the two
693   // transfers.  For example, in:
694   //    memcpy(a <- b)
695   //    *b = 42;
696   //    memcpy(c <- a)
697   // It would be invalid to transform the second memcpy into memcpy(c <- b).
698   //
699   // TODO: If the code between M and MDep is transparent to the destination "c",
700   // then we could still perform the xform by moving M up to the first memcpy.
701   //
702   // NOTE: This is conservative, it will stop on any read from the source loc,
703   // not just the defining memcpy.
704   MemDepResult SourceDep =
705     MD->getPointerDependencyFrom(AA.getLocationForSource(MDep),
706                                  false, M, M->getParent());
707   if (!SourceDep.isClobber() || SourceDep.getInst() != MDep)
708     return false;
709   
710   // If the dest of the second might alias the source of the first, then the
711   // source and dest might overlap.  We still want to eliminate the intermediate
712   // value, but we have to generate a memmove instead of memcpy.
713   Intrinsic::ID ResultFn = Intrinsic::memcpy;
714   if (!AA.isNoAlias(M->getRawDest(), MSize, MDep->getRawSource(), DepSize))
715     ResultFn = Intrinsic::memmove;
716   
717   // If all checks passed, then we can transform M.
718   const Type *ArgTys[3] = {
719     M->getRawDest()->getType(),
720     MDep->getRawSource()->getType(),
721     M->getLength()->getType()
722   };
723   Function *MemCpyFun =
724     Intrinsic::getDeclaration(MDep->getParent()->getParent()->getParent(),
725                               ResultFn, ArgTys, 3);
726   
727   // Make sure to use the lesser of the alignment of the source and the dest
728   // since we're changing where we're reading from, but don't want to increase
729   // the alignment past what can be read from or written to.
730   // TODO: Is this worth it if we're creating a less aligned memcpy? For
731   // example we could be moving from movaps -> movq on x86.
732   unsigned Align = std::min(MDep->getAlignment(), M->getAlignment());
733   Value *Args[5] = {
734     M->getRawDest(),
735     MDep->getRawSource(), 
736     M->getLength(),
737     ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MemCpyFun->getContext()), Align), 
738     M->getVolatileCst()
739   };
740   CallInst::Create(MemCpyFun, Args, Args+5, "", M);
741
742   // Remove the instruction we're replacing.
743   MD->removeInstruction(M);
744   M->eraseFromParent();
745   ++NumMemCpyInstr;
746   return true;
747 }
748
749
750 /// processMemCpy - perform simplification of memcpy's.  If we have memcpy A
751 /// which copies X to Y, and memcpy B which copies Y to Z, then we can rewrite
752 /// B to be a memcpy from X to Z (or potentially a memmove, depending on
753 /// circumstances). This allows later passes to remove the first memcpy
754 /// altogether.
755 bool MemCpyOpt::processMemCpy(MemCpyInst *M) {
756   // We can only optimize statically-sized memcpy's that are non-volatile.
757   ConstantInt *CopySize = dyn_cast<ConstantInt>(M->getLength());
758   if (CopySize == 0 || M->isVolatile()) return false;
759
760   // The are two possible optimizations we can do for memcpy:
761   //   a) memcpy-memcpy xform which exposes redundance for DSE.
762   //   b) call-memcpy xform for return slot optimization.
763   MemDepResult DepInfo = MD->getDependency(M);
764   if (!DepInfo.isClobber())
765     return false;
766   
767   if (MemCpyInst *MDep = dyn_cast<MemCpyInst>(DepInfo.getInst()))
768     return processMemCpyMemCpyDependence(M, MDep, CopySize->getZExtValue());
769     
770   if (CallInst *C = dyn_cast<CallInst>(DepInfo.getInst())) {
771     bool changed = performCallSlotOptzn(M, M->getDest(), M->getSource(),
772                                         CopySize->getZExtValue(), C);
773     if (changed) M->eraseFromParent();
774     return changed;
775   }
776   return false;
777 }
778
779 /// processMemMove - Transforms memmove calls to memcpy calls when the src/dst
780 /// are guaranteed not to alias.
781 bool MemCpyOpt::processMemMove(MemMoveInst *M) {
782   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
783
784   // If the memmove is a constant size, use it for the alias query, this allows
785   // us to optimize things like: memmove(P, P+64, 64);
786   uint64_t MemMoveSize = AliasAnalysis::UnknownSize;
787   if (ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(M->getLength()))
788     MemMoveSize = Len->getZExtValue();
789   
790   // See if the pointers alias.
791   if (AA.alias(M->getRawDest(), MemMoveSize, M->getRawSource(), MemMoveSize) !=
792       AliasAnalysis::NoAlias)
793     return false;
794   
795   DEBUG(dbgs() << "MemCpyOpt: Optimizing memmove -> memcpy: " << *M << "\n");
796   
797   // If not, then we know we can transform this.
798   Module *Mod = M->getParent()->getParent()->getParent();
799   const Type *ArgTys[3] = { M->getRawDest()->getType(),
800                             M->getRawSource()->getType(),
801                             M->getLength()->getType() };
802   M->setCalledFunction(Intrinsic::getDeclaration(Mod, Intrinsic::memcpy,
803                                                  ArgTys, 3));
804
805   // MemDep may have over conservative information about this instruction, just
806   // conservatively flush it from the cache.
807   MD->removeInstruction(M);
808
809   ++NumMoveToCpy;
810   return true;
811 }
812   
813 /// processByValArgument - This is called on every byval argument in call sites.
814 bool MemCpyOpt::processByValArgument(CallSite CS, unsigned ArgNo) {
815   TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
816   if (!TD) return false;
817
818   // Find out what feeds this byval argument.
819   Value *ByValArg = CS.getArgument(ArgNo);
820   uint64_t ByValSize = TD->getTypeAllocSize(ByValArg->getType());
821   MemDepResult DepInfo =
822     MD->getPointerDependencyFrom(AliasAnalysis::Location(ByValArg, ByValSize),
823                                  true, CS.getInstruction(),
824                                  CS.getInstruction()->getParent());
825   if (!DepInfo.isClobber())
826     return false;
827
828   // If the byval argument isn't fed by a memcpy, ignore it.  If it is fed by
829   // a memcpy, see if we can byval from the source of the memcpy instead of the
830   // result.
831   MemCpyInst *MDep = dyn_cast<MemCpyInst>(DepInfo.getInst());
832   if (MDep == 0 || MDep->isVolatile() ||
833       ByValArg->stripPointerCasts() != MDep->getDest())
834     return false;
835   
836   // The length of the memcpy must be larger or equal to the size of the byval.
837   ConstantInt *C1 = dyn_cast<ConstantInt>(MDep->getLength());
838   if (C1 == 0 || C1->getValue().getZExtValue() < ByValSize)
839     return false;
840
841   // Get the alignment of the byval.  If it is greater than the memcpy, then we
842   // can't do the substitution.  If the call doesn't specify the alignment, then
843   // it is some target specific value that we can't know.
844   unsigned ByValAlign = CS.getParamAlignment(ArgNo+1);
845   if (ByValAlign == 0 || MDep->getAlignment() < ByValAlign)
846     return false;  
847   
848   // Verify that the copied-from memory doesn't change in between the memcpy and
849   // the byval call.
850   //    memcpy(a <- b)
851   //    *b = 42;
852   //    foo(*a)
853   // It would be invalid to transform the second memcpy into foo(*b).
854   //
855   // NOTE: This is conservative, it will stop on any read from the source loc,
856   // not just the defining memcpy.
857   MemDepResult SourceDep =
858     MD->getPointerDependencyFrom(AliasAnalysis::getLocationForSource(MDep),
859                                  false, CS.getInstruction(), MDep->getParent());
860   if (!SourceDep.isClobber() || SourceDep.getInst() != MDep)
861     return false;
862   
863   Value *TmpCast = MDep->getSource();
864   if (MDep->getSource()->getType() != ByValArg->getType())
865     TmpCast = new BitCastInst(MDep->getSource(), ByValArg->getType(),
866                               "tmpcast", CS.getInstruction());
867   
868   DEBUG(dbgs() << "MemCpyOpt: Forwarding memcpy to byval:\n"
869                << "  " << *MDep << "\n"
870                << "  " << *CS.getInstruction() << "\n");
871   
872   // Otherwise we're good!  Update the byval argument.
873   CS.setArgument(ArgNo, TmpCast);
874   ++NumMemCpyInstr;
875   return true;
876 }
877
878 /// iterateOnFunction - Executes one iteration of MemCpyOpt.
879 bool MemCpyOpt::iterateOnFunction(Function &F) {
880   bool MadeChange = false;
881
882   // Walk all instruction in the function.
883   for (Function::iterator BB = F.begin(), BBE = F.end(); BB != BBE; ++BB) {
884     for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end(); BI != BE;) {
885       // Avoid invalidating the iterator.
886       Instruction *I = BI++;
887       
888       bool RepeatInstruction = false;
889       
890       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
891         MadeChange |= processStore(SI, BI);
892       else if (MemCpyInst *M = dyn_cast<MemCpyInst>(I)) {
893         RepeatInstruction = processMemCpy(M);
894       } else if (MemMoveInst *M = dyn_cast<MemMoveInst>(I)) {
895         RepeatInstruction = processMemMove(M);
896       } else if (CallSite CS = (Value*)I) {
897         for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
898           if (CS.paramHasAttr(i+1, Attribute::ByVal))
899             MadeChange |= processByValArgument(CS, i);
900       }
901
902       // Reprocess the instruction if desired.
903       if (RepeatInstruction) {
904         --BI;
905         MadeChange = true;
906       }
907     }
908   }
909   
910   return MadeChange;
911 }
912
913 // MemCpyOpt::runOnFunction - This is the main transformation entry point for a
914 // function.
915 //
916 bool MemCpyOpt::runOnFunction(Function &F) {
917   bool MadeChange = false;
918   MD = &getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
919   while (1) {
920     if (!iterateOnFunction(F))
921       break;
922     MadeChange = true;
923   }
924   
925   MD = 0;
926   return MadeChange;
927 }
928
929
930