Merge memsets followed by neighboring memsets and other stores into
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / MemCpyOptimizer.cpp
1 //===- MemCpyOptimizer.cpp - Optimize use of memcpy and friends -----------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs various transformations related to eliminating memcpy
11 // calls, or transforming sets of stores into memset's.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #define DEBUG_TYPE "memcpyopt"
16 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
17 #include "llvm/GlobalVariable.h"
18 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
19 #include "llvm/Instructions.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
22 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
23 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
24 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
25 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
26 #include "llvm/Support/Debug.h"
27 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
28 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
29 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
30 #include "llvm/Target/TargetData.h"
31 #include <list>
32 using namespace llvm;
33
34 STATISTIC(NumMemCpyInstr, "Number of memcpy instructions deleted");
35 STATISTIC(NumMemSetInfer, "Number of memsets inferred");
36 STATISTIC(NumMoveToCpy,   "Number of memmoves converted to memcpy");
37 STATISTIC(NumCpyToSet,    "Number of memcpys converted to memset");
38
39 static int64_t GetOffsetFromIndex(const GetElementPtrInst *GEP, unsigned Idx,
40                                   bool &VariableIdxFound, const TargetData &TD){
41   // Skip over the first indices.
42   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
43   for (unsigned i = 1; i != Idx; ++i, ++GTI)
44     /*skip along*/;
45   
46   // Compute the offset implied by the rest of the indices.
47   int64_t Offset = 0;
48   for (unsigned i = Idx, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
49     ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
50     if (OpC == 0)
51       return VariableIdxFound = true;
52     if (OpC->isZero()) continue;  // No offset.
53
54     // Handle struct indices, which add their field offset to the pointer.
55     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
56       Offset += TD.getStructLayout(STy)->getElementOffset(OpC->getZExtValue());
57       continue;
58     }
59     
60     // Otherwise, we have a sequential type like an array or vector.  Multiply
61     // the index by the ElementSize.
62     uint64_t Size = TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
63     Offset += Size*OpC->getSExtValue();
64   }
65
66   return Offset;
67 }
68
69 /// IsPointerOffset - Return true if Ptr1 is provably equal to Ptr2 plus a
70 /// constant offset, and return that constant offset.  For example, Ptr1 might
71 /// be &A[42], and Ptr2 might be &A[40].  In this case offset would be -8.
72 static bool IsPointerOffset(Value *Ptr1, Value *Ptr2, int64_t &Offset,
73                             const TargetData &TD) {
74   Ptr1 = Ptr1->stripPointerCasts();
75   Ptr2 = Ptr2->stripPointerCasts();
76   GetElementPtrInst *GEP1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr1);
77   GetElementPtrInst *GEP2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr2);
78   
79   bool VariableIdxFound = false;
80
81   // If one pointer is a GEP and the other isn't, then see if the GEP is a
82   // constant offset from the base, as in "P" and "gep P, 1".
83   if (GEP1 && GEP2 == 0 && GEP1->getOperand(0)->stripPointerCasts() == Ptr2) {
84     Offset = -GetOffsetFromIndex(GEP1, 1, VariableIdxFound, TD);
85     return !VariableIdxFound;
86   }
87
88   if (GEP2 && GEP1 == 0 && GEP2->getOperand(0)->stripPointerCasts() == Ptr1) {
89     Offset = GetOffsetFromIndex(GEP2, 1, VariableIdxFound, TD);
90     return !VariableIdxFound;
91   }
92   
93   // Right now we handle the case when Ptr1/Ptr2 are both GEPs with an identical
94   // base.  After that base, they may have some number of common (and
95   // potentially variable) indices.  After that they handle some constant
96   // offset, which determines their offset from each other.  At this point, we
97   // handle no other case.
98   if (!GEP1 || !GEP2 || GEP1->getOperand(0) != GEP2->getOperand(0))
99     return false;
100   
101   // Skip any common indices and track the GEP types.
102   unsigned Idx = 1;
103   for (; Idx != GEP1->getNumOperands() && Idx != GEP2->getNumOperands(); ++Idx)
104     if (GEP1->getOperand(Idx) != GEP2->getOperand(Idx))
105       break;
106
107   int64_t Offset1 = GetOffsetFromIndex(GEP1, Idx, VariableIdxFound, TD);
108   int64_t Offset2 = GetOffsetFromIndex(GEP2, Idx, VariableIdxFound, TD);
109   if (VariableIdxFound) return false;
110   
111   Offset = Offset2-Offset1;
112   return true;
113 }
114
115
116 /// MemsetRange - Represents a range of memset'd bytes with the ByteVal value.
117 /// This allows us to analyze stores like:
118 ///   store 0 -> P+1
119 ///   store 0 -> P+0
120 ///   store 0 -> P+3
121 ///   store 0 -> P+2
122 /// which sometimes happens with stores to arrays of structs etc.  When we see
123 /// the first store, we make a range [1, 2).  The second store extends the range
124 /// to [0, 2).  The third makes a new range [2, 3).  The fourth store joins the
125 /// two ranges into [0, 3) which is memset'able.
126 namespace {
127 struct MemsetRange {
128   // Start/End - A semi range that describes the span that this range covers.
129   // The range is closed at the start and open at the end: [Start, End).  
130   int64_t Start, End;
131
132   /// StartPtr - The getelementptr instruction that points to the start of the
133   /// range.
134   Value *StartPtr;
135   
136   /// Alignment - The known alignment of the first store.
137   unsigned Alignment;
138   
139   /// TheStores - The actual stores that make up this range.
140   SmallVector<Instruction*, 16> TheStores;
141   
142   bool isProfitableToUseMemset(const TargetData &TD) const;
143
144 };
145 } // end anon namespace
146
147 bool MemsetRange::isProfitableToUseMemset(const TargetData &TD) const {
148   // If we found more than 8 stores to merge or 64 bytes, use memset.
149   if (TheStores.size() >= 8 || End-Start >= 64) return true;
150
151   // If there is nothing to merge, don't do anything.
152   if (TheStores.size() < 2) return false;
153   
154   // If any of the stores are a memset, then it is always good to extend the
155   // memset.
156   for (unsigned i = 0, e = TheStores.size(); i != e; ++i)
157     if (!isa<StoreInst>(TheStores[i]))
158       return true;
159   
160   // Assume that the code generator is capable of merging pairs of stores
161   // together if it wants to.
162   if (TheStores.size() == 2) return false;
163   
164   // If we have fewer than 8 stores, it can still be worthwhile to do this.
165   // For example, merging 4 i8 stores into an i32 store is useful almost always.
166   // However, merging 2 32-bit stores isn't useful on a 32-bit architecture (the
167   // memset will be split into 2 32-bit stores anyway) and doing so can
168   // pessimize the llvm optimizer.
169   //
170   // Since we don't have perfect knowledge here, make some assumptions: assume
171   // the maximum GPR width is the same size as the pointer size and assume that
172   // this width can be stored.  If so, check to see whether we will end up
173   // actually reducing the number of stores used.
174   unsigned Bytes = unsigned(End-Start);
175   unsigned NumPointerStores = Bytes/TD.getPointerSize();
176   
177   // Assume the remaining bytes if any are done a byte at a time.
178   unsigned NumByteStores = Bytes - NumPointerStores*TD.getPointerSize();
179   
180   // If we will reduce the # stores (according to this heuristic), do the
181   // transformation.  This encourages merging 4 x i8 -> i32 and 2 x i16 -> i32
182   // etc.
183   return TheStores.size() > NumPointerStores+NumByteStores;
184 }    
185
186
187 namespace {
188 class MemsetRanges {
189   /// Ranges - A sorted list of the memset ranges.  We use std::list here
190   /// because each element is relatively large and expensive to copy.
191   std::list<MemsetRange> Ranges;
192   typedef std::list<MemsetRange>::iterator range_iterator;
193   const TargetData &TD;
194 public:
195   MemsetRanges(const TargetData &td) : TD(td) {}
196   
197   typedef std::list<MemsetRange>::const_iterator const_iterator;
198   const_iterator begin() const { return Ranges.begin(); }
199   const_iterator end() const { return Ranges.end(); }
200   bool empty() const { return Ranges.empty(); }
201   
202   void addInst(int64_t OffsetFromFirst, Instruction *Inst) {
203     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
204       addStore(OffsetFromFirst, SI);
205     else
206       addMemSet(OffsetFromFirst, cast<MemSetInst>(Inst));
207   }
208
209   void addStore(int64_t OffsetFromFirst, StoreInst *SI) {
210     int64_t StoreSize = TD.getTypeStoreSize(SI->getOperand(0)->getType());
211     
212     addRange(OffsetFromFirst, StoreSize,
213              SI->getPointerOperand(), SI->getAlignment(), SI);
214   }
215   
216   void addMemSet(int64_t OffsetFromFirst, MemSetInst *MSI) {
217     int64_t Size = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
218     addRange(OffsetFromFirst, Size, MSI->getDest(), MSI->getAlignment(), MSI);
219   }
220   
221   void addRange(int64_t Start, int64_t Size, Value *Ptr,
222                 unsigned Alignment, Instruction *Inst);
223
224 };
225   
226 } // end anon namespace
227
228
229 /// addRange - Add a new store to the MemsetRanges data structure.  This adds a
230 /// new range for the specified store at the specified offset, merging into
231 /// existing ranges as appropriate.
232 ///
233 /// Do a linear search of the ranges to see if this can be joined and/or to
234 /// find the insertion point in the list.  We keep the ranges sorted for
235 /// simplicity here.  This is a linear search of a linked list, which is ugly,
236 /// however the number of ranges is limited, so this won't get crazy slow.
237 void MemsetRanges::addRange(int64_t Start, int64_t Size, Value *Ptr,
238                             unsigned Alignment, Instruction *Inst) {
239   int64_t End = Start+Size;
240   range_iterator I = Ranges.begin(), E = Ranges.end();
241   
242   while (I != E && Start > I->End)
243     ++I;
244   
245   // We now know that I == E, in which case we didn't find anything to merge
246   // with, or that Start <= I->End.  If End < I->Start or I == E, then we need
247   // to insert a new range.  Handle this now.
248   if (I == E || End < I->Start) {
249     MemsetRange &R = *Ranges.insert(I, MemsetRange());
250     R.Start        = Start;
251     R.End          = End;
252     R.StartPtr     = Ptr;
253     R.Alignment    = Alignment;
254     R.TheStores.push_back(Inst);
255     return;
256   }
257   
258   // This store overlaps with I, add it.
259   I->TheStores.push_back(Inst);
260   
261   // At this point, we may have an interval that completely contains our store.
262   // If so, just add it to the interval and return.
263   if (I->Start <= Start && I->End >= End)
264     return;
265   
266   // Now we know that Start <= I->End and End >= I->Start so the range overlaps
267   // but is not entirely contained within the range.
268   
269   // See if the range extends the start of the range.  In this case, it couldn't
270   // possibly cause it to join the prior range, because otherwise we would have
271   // stopped on *it*.
272   if (Start < I->Start) {
273     I->Start = Start;
274     I->StartPtr = Ptr;
275     I->Alignment = Alignment;
276   }
277     
278   // Now we know that Start <= I->End and Start >= I->Start (so the startpoint
279   // is in or right at the end of I), and that End >= I->Start.  Extend I out to
280   // End.
281   if (End > I->End) {
282     I->End = End;
283     range_iterator NextI = I;
284     while (++NextI != E && End >= NextI->Start) {
285       // Merge the range in.
286       I->TheStores.append(NextI->TheStores.begin(), NextI->TheStores.end());
287       if (NextI->End > I->End)
288         I->End = NextI->End;
289       Ranges.erase(NextI);
290       NextI = I;
291     }
292   }
293 }
294
295 //===----------------------------------------------------------------------===//
296 //                         MemCpyOpt Pass
297 //===----------------------------------------------------------------------===//
298
299 namespace {
300   class MemCpyOpt : public FunctionPass {
301     MemoryDependenceAnalysis *MD;
302     const TargetData *TD;
303   public:
304     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
305     MemCpyOpt() : FunctionPass(ID) {
306       initializeMemCpyOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
307       MD = 0;
308     }
309
310     bool runOnFunction(Function &F);
311
312   private:
313     // This transformation requires dominator postdominator info
314     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
315       AU.setPreservesCFG();
316       AU.addRequired<DominatorTree>();
317       AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
318       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
319       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
320       AU.addPreserved<MemoryDependenceAnalysis>();
321     }
322   
323     // Helper fuctions
324     bool processStore(StoreInst *SI, BasicBlock::iterator &BBI);
325     bool processMemSet(MemSetInst *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     Instruction *tryMergingIntoMemset(Instruction *I, Value *StartPtr,
334                                       Value *ByteVal);
335
336     bool iterateOnFunction(Function &F);
337   };
338   
339   char MemCpyOpt::ID = 0;
340 }
341
342 // createMemCpyOptPass - The public interface to this file...
343 FunctionPass *llvm::createMemCpyOptPass() { return new MemCpyOpt(); }
344
345 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MemCpyOpt, "memcpyopt", "MemCpy Optimization",
346                       false, false)
347 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
348 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemoryDependenceAnalysis)
349 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
350 INITIALIZE_PASS_END(MemCpyOpt, "memcpyopt", "MemCpy Optimization",
351                     false, false)
352
353 /// tryMergingIntoMemset - When scanning forward over instructions, we look for
354 /// some other patterns to fold away.  In particular, this looks for stores to
355 /// neighboring locations of memory.  If it sees enough consequtive ones, it
356 /// attempts to merge them together into a memcpy/memset.
357 Instruction *MemCpyOpt::tryMergingIntoMemset(Instruction *StartInst, 
358                                              Value *StartPtr, Value *ByteVal) {
359   if (TD == 0) return 0;
360   
361   // Okay, so we now have a single store that can be splatable.  Scan to find
362   // all subsequent stores of the same value to offset from the same pointer.
363   // Join these together into ranges, so we can decide whether contiguous blocks
364   // are stored.
365   MemsetRanges Ranges(*TD);
366   
367   BasicBlock::iterator BI = StartInst;
368   for (++BI; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
369     if (!isa<StoreInst>(BI) && !isa<MemSetInst>(BI)) {
370       // If the instruction is readnone, ignore it, otherwise bail out.  We
371       // don't even allow readonly here because we don't want something like:
372       // A[1] = 2; strlen(A); A[2] = 2; -> memcpy(A, ...); strlen(A).
373       if (BI->mayWriteToMemory() || BI->mayReadFromMemory())
374         break;
375       continue;
376     }
377     
378     if (StoreInst *NextStore = dyn_cast<StoreInst>(BI)) {
379       // If this is a store, see if we can merge it in.
380       if (NextStore->isVolatile()) break;
381     
382       // Check to see if this stored value is of the same byte-splattable value.
383       if (ByteVal != isBytewiseValue(NextStore->getOperand(0)))
384         break;
385       
386       // Check to see if this store is to a constant offset from the start ptr.
387       int64_t Offset;
388       if (!IsPointerOffset(StartPtr, NextStore->getPointerOperand(), Offset, *TD))
389         break;
390       
391       Ranges.addStore(Offset, NextStore);
392     } else {
393       MemSetInst *MSI = cast<MemSetInst>(BI);
394       
395       if (MSI->isVolatile() || ByteVal != MSI->getValue() ||
396           !isa<ConstantInt>(MSI->getLength()))
397         break;
398       
399       // Check to see if this store is to a constant offset from the start ptr.
400       int64_t Offset;
401       if (!IsPointerOffset(StartPtr, MSI->getDest(), Offset, *TD))
402         break;
403       
404       Ranges.addMemSet(Offset, MSI);
405     }
406   }
407   
408   // If we have no ranges, then we just had a single store with nothing that
409   // could be merged in.  This is a very common case of course.
410   if (Ranges.empty())
411     return 0;
412   
413   // If we had at least one store that could be merged in, add the starting
414   // store as well.  We try to avoid this unless there is at least something
415   // interesting as a small compile-time optimization.
416   Ranges.addInst(0, StartInst);
417
418   // If we create any memsets, we put it right before the first instruction that
419   // isn't part of the memset block.  This ensure that the memset is dominated
420   // by any addressing instruction needed by the start of the block.
421   IRBuilder<> Builder(BI);
422
423   // Now that we have full information about ranges, loop over the ranges and
424   // emit memset's for anything big enough to be worthwhile.
425   Instruction *AMemSet = 0;
426   for (MemsetRanges::const_iterator I = Ranges.begin(), E = Ranges.end();
427        I != E; ++I) {
428     const MemsetRange &Range = *I;
429     
430     if (Range.TheStores.size() == 1) continue;
431     
432     // If it is profitable to lower this range to memset, do so now.
433     if (!Range.isProfitableToUseMemset(*TD))
434       continue;
435     
436     // Otherwise, we do want to transform this!  Create a new memset.
437     // Get the starting pointer of the block.
438     StartPtr = Range.StartPtr;
439     
440     // Determine alignment
441     unsigned Alignment = Range.Alignment;
442     if (Alignment == 0) {
443       const Type *EltType = 
444         cast<PointerType>(StartPtr->getType())->getElementType();
445       Alignment = TD->getABITypeAlignment(EltType);
446     }
447     
448     AMemSet = 
449       Builder.CreateMemSet(StartPtr, ByteVal, Range.End-Range.Start, Alignment);
450     
451     DEBUG(dbgs() << "Replace stores:\n";
452           for (unsigned i = 0, e = Range.TheStores.size(); i != e; ++i)
453             dbgs() << *Range.TheStores[i] << '\n';
454           dbgs() << "With: " << *AMemSet << '\n');
455     
456     // Zap all the stores.
457     for (SmallVector<Instruction*, 16>::const_iterator
458          SI = Range.TheStores.begin(),
459          SE = Range.TheStores.end(); SI != SE; ++SI)
460       (*SI)->eraseFromParent();
461     ++NumMemSetInfer;
462   }
463   
464   return AMemSet;
465 }
466
467
468 bool MemCpyOpt::processStore(StoreInst *SI, BasicBlock::iterator &BBI) {
469   if (SI->isVolatile()) return false;
470   
471   if (TD == 0) return false;
472
473   // Detect cases where we're performing call slot forwarding, but
474   // happen to be using a load-store pair to implement it, rather than
475   // a memcpy.
476   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SI->getOperand(0))) {
477     if (!LI->isVolatile() && LI->hasOneUse()) {
478       MemDepResult dep = MD->getDependency(LI);
479       CallInst *C = 0;
480       if (dep.isClobber() && !isa<MemCpyInst>(dep.getInst()))
481         C = dyn_cast<CallInst>(dep.getInst());
482       
483       if (C) {
484         bool changed = performCallSlotOptzn(LI,
485                         SI->getPointerOperand()->stripPointerCasts(), 
486                         LI->getPointerOperand()->stripPointerCasts(),
487                         TD->getTypeStoreSize(SI->getOperand(0)->getType()), C);
488         if (changed) {
489           MD->removeInstruction(SI);
490           SI->eraseFromParent();
491           LI->eraseFromParent();
492           ++NumMemCpyInstr;
493           return true;
494         }
495       }
496     }
497   }
498   
499   // There are two cases that are interesting for this code to handle: memcpy
500   // and memset.  Right now we only handle memset.
501   
502   // Ensure that the value being stored is something that can be memset'able a
503   // byte at a time like "0" or "-1" or any width, as well as things like
504   // 0xA0A0A0A0 and 0.0.
505   if (Value *ByteVal = isBytewiseValue(SI->getOperand(0)))
506     if (Instruction *I = tryMergingIntoMemset(SI, SI->getPointerOperand(),
507                                               ByteVal)) {
508       BBI = I;  // Don't invalidate iterator.
509       return true;
510     }
511   
512   return false;
513 }
514
515 bool MemCpyOpt::processMemSet(MemSetInst *MSI, BasicBlock::iterator &BBI) {
516   // See if there is another memset or store neighboring this memset which
517   // allows us to widen out the memset to do a single larger store.
518   if (Instruction *I = tryMergingIntoMemset(MSI, MSI->getDest(),
519                                             MSI->getValue())) {
520     BBI = I;  // Don't invalidate iterator.
521     return true;
522   }
523   return false;
524 }
525
526
527 /// performCallSlotOptzn - takes a memcpy and a call that it depends on,
528 /// and checks for the possibility of a call slot optimization by having
529 /// the call write its result directly into the destination of the memcpy.
530 bool MemCpyOpt::performCallSlotOptzn(Instruction *cpy,
531                                      Value *cpyDest, Value *cpySrc,
532                                      uint64_t cpyLen, CallInst *C) {
533   // The general transformation to keep in mind is
534   //
535   //   call @func(..., src, ...)
536   //   memcpy(dest, src, ...)
537   //
538   // ->
539   //
540   //   memcpy(dest, src, ...)
541   //   call @func(..., dest, ...)
542   //
543   // Since moving the memcpy is technically awkward, we additionally check that
544   // src only holds uninitialized values at the moment of the call, meaning that
545   // the memcpy can be discarded rather than moved.
546
547   // Deliberately get the source and destination with bitcasts stripped away,
548   // because we'll need to do type comparisons based on the underlying type.
549   CallSite CS(C);
550
551   // Require that src be an alloca.  This simplifies the reasoning considerably.
552   AllocaInst *srcAlloca = dyn_cast<AllocaInst>(cpySrc);
553   if (!srcAlloca)
554     return false;
555
556   // Check that all of src is copied to dest.
557   if (TD == 0) return false;
558
559   ConstantInt *srcArraySize = dyn_cast<ConstantInt>(srcAlloca->getArraySize());
560   if (!srcArraySize)
561     return false;
562
563   uint64_t srcSize = TD->getTypeAllocSize(srcAlloca->getAllocatedType()) *
564     srcArraySize->getZExtValue();
565
566   if (cpyLen < srcSize)
567     return false;
568
569   // Check that accessing the first srcSize bytes of dest will not cause a
570   // trap.  Otherwise the transform is invalid since it might cause a trap
571   // to occur earlier than it otherwise would.
572   if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(cpyDest)) {
573     // The destination is an alloca.  Check it is larger than srcSize.
574     ConstantInt *destArraySize = dyn_cast<ConstantInt>(A->getArraySize());
575     if (!destArraySize)
576       return false;
577
578     uint64_t destSize = TD->getTypeAllocSize(A->getAllocatedType()) *
579       destArraySize->getZExtValue();
580
581     if (destSize < srcSize)
582       return false;
583   } else if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(cpyDest)) {
584     // If the destination is an sret parameter then only accesses that are
585     // outside of the returned struct type can trap.
586     if (!A->hasStructRetAttr())
587       return false;
588
589     const Type *StructTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
590     uint64_t destSize = TD->getTypeAllocSize(StructTy);
591
592     if (destSize < srcSize)
593       return false;
594   } else {
595     return false;
596   }
597
598   // Check that src is not accessed except via the call and the memcpy.  This
599   // guarantees that it holds only undefined values when passed in (so the final
600   // memcpy can be dropped), that it is not read or written between the call and
601   // the memcpy, and that writing beyond the end of it is undefined.
602   SmallVector<User*, 8> srcUseList(srcAlloca->use_begin(),
603                                    srcAlloca->use_end());
604   while (!srcUseList.empty()) {
605     User *UI = srcUseList.pop_back_val();
606
607     if (isa<BitCastInst>(UI)) {
608       for (User::use_iterator I = UI->use_begin(), E = UI->use_end();
609            I != E; ++I)
610         srcUseList.push_back(*I);
611     } else if (GetElementPtrInst *G = dyn_cast<GetElementPtrInst>(UI)) {
612       if (G->hasAllZeroIndices())
613         for (User::use_iterator I = UI->use_begin(), E = UI->use_end();
614              I != E; ++I)
615           srcUseList.push_back(*I);
616       else
617         return false;
618     } else if (UI != C && UI != cpy) {
619       return false;
620     }
621   }
622
623   // Since we're changing the parameter to the callsite, we need to make sure
624   // that what would be the new parameter dominates the callsite.
625   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
626   if (Instruction *cpyDestInst = dyn_cast<Instruction>(cpyDest))
627     if (!DT.dominates(cpyDestInst, C))
628       return false;
629
630   // In addition to knowing that the call does not access src in some
631   // unexpected manner, for example via a global, which we deduce from
632   // the use analysis, we also need to know that it does not sneakily
633   // access dest.  We rely on AA to figure this out for us.
634   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
635   if (AA.getModRefInfo(C, cpyDest, srcSize) != AliasAnalysis::NoModRef)
636     return false;
637
638   // All the checks have passed, so do the transformation.
639   bool changedArgument = false;
640   for (unsigned i = 0; i < CS.arg_size(); ++i)
641     if (CS.getArgument(i)->stripPointerCasts() == cpySrc) {
642       if (cpySrc->getType() != cpyDest->getType())
643         cpyDest = CastInst::CreatePointerCast(cpyDest, cpySrc->getType(),
644                                               cpyDest->getName(), C);
645       changedArgument = true;
646       if (CS.getArgument(i)->getType() == cpyDest->getType())
647         CS.setArgument(i, cpyDest);
648       else
649         CS.setArgument(i, CastInst::CreatePointerCast(cpyDest, 
650                           CS.getArgument(i)->getType(), cpyDest->getName(), C));
651     }
652
653   if (!changedArgument)
654     return false;
655
656   // Drop any cached information about the call, because we may have changed
657   // its dependence information by changing its parameter.
658   MD->removeInstruction(C);
659
660   // Remove the memcpy.
661   MD->removeInstruction(cpy);
662   ++NumMemCpyInstr;
663
664   return true;
665 }
666
667 /// processMemCpyMemCpyDependence - We've found that the (upward scanning)
668 /// memory dependence of memcpy 'M' is the memcpy 'MDep'.  Try to simplify M to
669 /// copy from MDep's input if we can.  MSize is the size of M's copy.
670 /// 
671 bool MemCpyOpt::processMemCpyMemCpyDependence(MemCpyInst *M, MemCpyInst *MDep,
672                                               uint64_t MSize) {
673   // We can only transforms memcpy's where the dest of one is the source of the
674   // other.
675   if (M->getSource() != MDep->getDest() || MDep->isVolatile())
676     return false;
677   
678   // If dep instruction is reading from our current input, then it is a noop
679   // transfer and substituting the input won't change this instruction.  Just
680   // ignore the input and let someone else zap MDep.  This handles cases like:
681   //    memcpy(a <- a)
682   //    memcpy(b <- a)
683   if (M->getSource() == MDep->getSource())
684     return false;
685   
686   // Second, the length of the memcpy's must be the same, or the preceeding one
687   // must be larger than the following one.
688   ConstantInt *C1 = dyn_cast<ConstantInt>(MDep->getLength());
689   if (!C1) return false;
690   
691   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
692
693   // Verify that the copied-from memory doesn't change in between the two
694   // transfers.  For example, in:
695   //    memcpy(a <- b)
696   //    *b = 42;
697   //    memcpy(c <- a)
698   // It would be invalid to transform the second memcpy into memcpy(c <- b).
699   //
700   // TODO: If the code between M and MDep is transparent to the destination "c",
701   // then we could still perform the xform by moving M up to the first memcpy.
702   //
703   // NOTE: This is conservative, it will stop on any read from the source loc,
704   // not just the defining memcpy.
705   MemDepResult SourceDep =
706     MD->getPointerDependencyFrom(AA.getLocationForSource(MDep),
707                                  false, M, M->getParent());
708   if (!SourceDep.isClobber() || SourceDep.getInst() != MDep)
709     return false;
710   
711   // If the dest of the second might alias the source of the first, then the
712   // source and dest might overlap.  We still want to eliminate the intermediate
713   // value, but we have to generate a memmove instead of memcpy.
714   bool UseMemMove = false;
715   if (!AA.isNoAlias(AA.getLocationForDest(M), AA.getLocationForSource(MDep)))
716     UseMemMove = true;
717   
718   // If all checks passed, then we can transform M.
719   
720   // Make sure to use the lesser of the alignment of the source and the dest
721   // since we're changing where we're reading from, but don't want to increase
722   // the alignment past what can be read from or written to.
723   // TODO: Is this worth it if we're creating a less aligned memcpy? For
724   // example we could be moving from movaps -> movq on x86.
725   unsigned Align = std::min(MDep->getAlignment(), M->getAlignment());
726   
727   IRBuilder<> Builder(M);
728   if (UseMemMove)
729     Builder.CreateMemMove(M->getRawDest(), MDep->getRawSource(), M->getLength(),
730                           Align, M->isVolatile());
731   else
732     Builder.CreateMemCpy(M->getRawDest(), MDep->getRawSource(), M->getLength(),
733                          Align, M->isVolatile());
734
735   // Remove the instruction we're replacing.
736   MD->removeInstruction(M);
737   M->eraseFromParent();
738   ++NumMemCpyInstr;
739   return true;
740 }
741
742
743 /// processMemCpy - perform simplification of memcpy's.  If we have memcpy A
744 /// which copies X to Y, and memcpy B which copies Y to Z, then we can rewrite
745 /// B to be a memcpy from X to Z (or potentially a memmove, depending on
746 /// circumstances). This allows later passes to remove the first memcpy
747 /// altogether.
748 bool MemCpyOpt::processMemCpy(MemCpyInst *M) {
749   // We can only optimize statically-sized memcpy's that are non-volatile.
750   ConstantInt *CopySize = dyn_cast<ConstantInt>(M->getLength());
751   if (CopySize == 0 || M->isVolatile()) return false;
752
753   // If the source and destination of the memcpy are the same, then zap it.
754   if (M->getSource() == M->getDest()) {
755     MD->removeInstruction(M);
756     M->eraseFromParent();
757     return false;
758   }
759
760   // If copying from a constant, try to turn the memcpy into a memset.
761   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(M->getSource()))
762     if (GV->isConstant() && GV->hasDefinitiveInitializer())
763       if (Value *ByteVal = isBytewiseValue(GV->getInitializer())) {
764         IRBuilder<> Builder(M);
765         Builder.CreateMemSet(M->getRawDest(), ByteVal, CopySize,
766                              M->getAlignment(), false);
767         MD->removeInstruction(M);
768         M->eraseFromParent();
769         ++NumCpyToSet;
770         return true;
771       }
772
773   // The are two possible optimizations we can do for memcpy:
774   //   a) memcpy-memcpy xform which exposes redundance for DSE.
775   //   b) call-memcpy xform for return slot optimization.
776   MemDepResult DepInfo = MD->getDependency(M);
777   if (!DepInfo.isClobber())
778     return false;
779   
780   if (MemCpyInst *MDep = dyn_cast<MemCpyInst>(DepInfo.getInst()))
781     return processMemCpyMemCpyDependence(M, MDep, CopySize->getZExtValue());
782     
783   if (CallInst *C = dyn_cast<CallInst>(DepInfo.getInst())) {
784     if (performCallSlotOptzn(M, M->getDest(), M->getSource(),
785                              CopySize->getZExtValue(), C)) {
786       M->eraseFromParent();
787       return true;
788     }
789   }
790   
791   return false;
792 }
793
794 /// processMemMove - Transforms memmove calls to memcpy calls when the src/dst
795 /// are guaranteed not to alias.
796 bool MemCpyOpt::processMemMove(MemMoveInst *M) {
797   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
798
799   // See if the pointers alias.
800   if (!AA.isNoAlias(AA.getLocationForDest(M), AA.getLocationForSource(M)))
801     return false;
802   
803   DEBUG(dbgs() << "MemCpyOpt: Optimizing memmove -> memcpy: " << *M << "\n");
804   
805   // If not, then we know we can transform this.
806   Module *Mod = M->getParent()->getParent()->getParent();
807   const Type *ArgTys[3] = { M->getRawDest()->getType(),
808                             M->getRawSource()->getType(),
809                             M->getLength()->getType() };
810   M->setCalledFunction(Intrinsic::getDeclaration(Mod, Intrinsic::memcpy,
811                                                  ArgTys, 3));
812
813   // MemDep may have over conservative information about this instruction, just
814   // conservatively flush it from the cache.
815   MD->removeInstruction(M);
816
817   ++NumMoveToCpy;
818   return true;
819 }
820   
821 /// processByValArgument - This is called on every byval argument in call sites.
822 bool MemCpyOpt::processByValArgument(CallSite CS, unsigned ArgNo) {
823   if (TD == 0) return false;
824
825   // Find out what feeds this byval argument.
826   Value *ByValArg = CS.getArgument(ArgNo);
827   const Type *ByValTy =cast<PointerType>(ByValArg->getType())->getElementType();
828   uint64_t ByValSize = TD->getTypeAllocSize(ByValTy);
829   MemDepResult DepInfo =
830     MD->getPointerDependencyFrom(AliasAnalysis::Location(ByValArg, ByValSize),
831                                  true, CS.getInstruction(),
832                                  CS.getInstruction()->getParent());
833   if (!DepInfo.isClobber())
834     return false;
835
836   // If the byval argument isn't fed by a memcpy, ignore it.  If it is fed by
837   // a memcpy, see if we can byval from the source of the memcpy instead of the
838   // result.
839   MemCpyInst *MDep = dyn_cast<MemCpyInst>(DepInfo.getInst());
840   if (MDep == 0 || MDep->isVolatile() ||
841       ByValArg->stripPointerCasts() != MDep->getDest())
842     return false;
843   
844   // The length of the memcpy must be larger or equal to the size of the byval.
845   ConstantInt *C1 = dyn_cast<ConstantInt>(MDep->getLength());
846   if (C1 == 0 || C1->getValue().getZExtValue() < ByValSize)
847     return false;
848
849   // Get the alignment of the byval.  If it is greater than the memcpy, then we
850   // can't do the substitution.  If the call doesn't specify the alignment, then
851   // it is some target specific value that we can't know.
852   unsigned ByValAlign = CS.getParamAlignment(ArgNo+1);
853   if (ByValAlign == 0 || MDep->getAlignment() < ByValAlign)
854     return false;  
855   
856   // Verify that the copied-from memory doesn't change in between the memcpy and
857   // the byval call.
858   //    memcpy(a <- b)
859   //    *b = 42;
860   //    foo(*a)
861   // It would be invalid to transform the second memcpy into foo(*b).
862   //
863   // NOTE: This is conservative, it will stop on any read from the source loc,
864   // not just the defining memcpy.
865   MemDepResult SourceDep =
866     MD->getPointerDependencyFrom(AliasAnalysis::getLocationForSource(MDep),
867                                  false, CS.getInstruction(), MDep->getParent());
868   if (!SourceDep.isClobber() || SourceDep.getInst() != MDep)
869     return false;
870   
871   Value *TmpCast = MDep->getSource();
872   if (MDep->getSource()->getType() != ByValArg->getType())
873     TmpCast = new BitCastInst(MDep->getSource(), ByValArg->getType(),
874                               "tmpcast", CS.getInstruction());
875   
876   DEBUG(dbgs() << "MemCpyOpt: Forwarding memcpy to byval:\n"
877                << "  " << *MDep << "\n"
878                << "  " << *CS.getInstruction() << "\n");
879   
880   // Otherwise we're good!  Update the byval argument.
881   CS.setArgument(ArgNo, TmpCast);
882   ++NumMemCpyInstr;
883   return true;
884 }
885
886 /// iterateOnFunction - Executes one iteration of MemCpyOpt.
887 bool MemCpyOpt::iterateOnFunction(Function &F) {
888   bool MadeChange = false;
889
890   // Walk all instruction in the function.
891   for (Function::iterator BB = F.begin(), BBE = F.end(); BB != BBE; ++BB) {
892     for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end(); BI != BE;) {
893       // Avoid invalidating the iterator.
894       Instruction *I = BI++;
895       
896       bool RepeatInstruction = false;
897       
898       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
899         MadeChange |= processStore(SI, BI);
900       else if (MemSetInst *M = dyn_cast<MemSetInst>(I))
901         RepeatInstruction = processMemSet(M, BI);
902       else if (MemCpyInst *M = dyn_cast<MemCpyInst>(I))
903         RepeatInstruction = processMemCpy(M);
904       else if (MemMoveInst *M = dyn_cast<MemMoveInst>(I))
905         RepeatInstruction = processMemMove(M);
906       else if (CallSite CS = (Value*)I) {
907         for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
908           if (CS.paramHasAttr(i+1, Attribute::ByVal))
909             MadeChange |= processByValArgument(CS, i);
910       }
911
912       // Reprocess the instruction if desired.
913       if (RepeatInstruction) {
914         --BI;
915         MadeChange = true;
916       }
917     }
918   }
919   
920   return MadeChange;
921 }
922
923 // MemCpyOpt::runOnFunction - This is the main transformation entry point for a
924 // function.
925 //
926 bool MemCpyOpt::runOnFunction(Function &F) {
927   bool MadeChange = false;
928   MD = &getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
929   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
930   while (1) {
931     if (!iterateOnFunction(F))
932       break;
933     MadeChange = true;
934   }
935   
936   MD = 0;
937   return MadeChange;
938 }