fix PR8753, eliminating a case where we'd infinitely make a
[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/ADT/SmallVector.h"
20 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
21 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
22 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
23 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
24 #include "llvm/Support/Debug.h"
25 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
26 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
27 #include "llvm/Target/TargetData.h"
28 #include <list>
29 using namespace llvm;
30
31 STATISTIC(NumMemCpyInstr, "Number of memcpy instructions deleted");
32 STATISTIC(NumMemSetInfer, "Number of memsets inferred");
33 STATISTIC(NumMoveToCpy,   "Number of memmoves converted to memcpy");
34
35 /// isBytewiseValue - If the specified value can be set by repeating the same
36 /// byte in memory, return the i8 value that it is represented with.  This is
37 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
38 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
39 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
40 static Value *isBytewiseValue(Value *V) {
41   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
42   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
43   
44   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
45   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0. 
46   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
47     if (CFP->getType()->isFloatTy())
48       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
49     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
50       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
51     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
52   }
53   
54   // We can handle constant integers that are power of two in size and a 
55   // multiple of 8 bits.
56   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
57     unsigned Width = CI->getBitWidth();
58     if (isPowerOf2_32(Width) && Width > 8) {
59       // We can handle this value if the recursive binary decomposition is the
60       // same at all levels.
61       APInt Val = CI->getValue();
62       APInt Val2;
63       while (Val.getBitWidth() != 8) {
64         unsigned NextWidth = Val.getBitWidth()/2;
65         Val2  = Val.lshr(NextWidth);
66         Val2 = Val2.trunc(Val.getBitWidth()/2);
67         Val = Val.trunc(Val.getBitWidth()/2);
68
69         // If the top/bottom halves aren't the same, reject it.
70         if (Val != Val2)
71           return 0;
72       }
73       return ConstantInt::get(V->getContext(), Val);
74     }
75   }
76   
77   // Conceptually, we could handle things like:
78   //   %a = zext i8 %X to i16
79   //   %b = shl i16 %a, 8
80   //   %c = or i16 %a, %b
81   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
82   // worth worrying about.
83   return 0;
84 }
85
86 static int64_t GetOffsetFromIndex(const GetElementPtrInst *GEP, unsigned Idx,
87                                   bool &VariableIdxFound, TargetData &TD) {
88   // Skip over the first indices.
89   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
90   for (unsigned i = 1; i != Idx; ++i, ++GTI)
91     /*skip along*/;
92   
93   // Compute the offset implied by the rest of the indices.
94   int64_t Offset = 0;
95   for (unsigned i = Idx, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
96     ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
97     if (OpC == 0)
98       return VariableIdxFound = true;
99     if (OpC->isZero()) continue;  // No offset.
100
101     // Handle struct indices, which add their field offset to the pointer.
102     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
103       Offset += TD.getStructLayout(STy)->getElementOffset(OpC->getZExtValue());
104       continue;
105     }
106     
107     // Otherwise, we have a sequential type like an array or vector.  Multiply
108     // the index by the ElementSize.
109     uint64_t Size = TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
110     Offset += Size*OpC->getSExtValue();
111   }
112
113   return Offset;
114 }
115
116 /// IsPointerOffset - Return true if Ptr1 is provably equal to Ptr2 plus a
117 /// constant offset, and return that constant offset.  For example, Ptr1 might
118 /// be &A[42], and Ptr2 might be &A[40].  In this case offset would be -8.
119 static bool IsPointerOffset(Value *Ptr1, Value *Ptr2, int64_t &Offset,
120                             TargetData &TD) {
121   // Right now we handle the case when Ptr1/Ptr2 are both GEPs with an identical
122   // base.  After that base, they may have some number of common (and
123   // potentially variable) indices.  After that they handle some constant
124   // offset, which determines their offset from each other.  At this point, we
125   // handle no other case.
126   GetElementPtrInst *GEP1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr1);
127   GetElementPtrInst *GEP2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr2);
128   if (!GEP1 || !GEP2 || GEP1->getOperand(0) != GEP2->getOperand(0))
129     return false;
130   
131   // Skip any common indices and track the GEP types.
132   unsigned Idx = 1;
133   for (; Idx != GEP1->getNumOperands() && Idx != GEP2->getNumOperands(); ++Idx)
134     if (GEP1->getOperand(Idx) != GEP2->getOperand(Idx))
135       break;
136
137   bool VariableIdxFound = false;
138   int64_t Offset1 = GetOffsetFromIndex(GEP1, Idx, VariableIdxFound, TD);
139   int64_t Offset2 = GetOffsetFromIndex(GEP2, Idx, VariableIdxFound, TD);
140   if (VariableIdxFound) return false;
141   
142   Offset = Offset2-Offset1;
143   return true;
144 }
145
146
147 /// MemsetRange - Represents a range of memset'd bytes with the ByteVal value.
148 /// This allows us to analyze stores like:
149 ///   store 0 -> P+1
150 ///   store 0 -> P+0
151 ///   store 0 -> P+3
152 ///   store 0 -> P+2
153 /// which sometimes happens with stores to arrays of structs etc.  When we see
154 /// the first store, we make a range [1, 2).  The second store extends the range
155 /// to [0, 2).  The third makes a new range [2, 3).  The fourth store joins the
156 /// two ranges into [0, 3) which is memset'able.
157 namespace {
158 struct MemsetRange {
159   // Start/End - A semi range that describes the span that this range covers.
160   // The range is closed at the start and open at the end: [Start, End).  
161   int64_t Start, End;
162
163   /// StartPtr - The getelementptr instruction that points to the start of the
164   /// range.
165   Value *StartPtr;
166   
167   /// Alignment - The known alignment of the first store.
168   unsigned Alignment;
169   
170   /// TheStores - The actual stores that make up this range.
171   SmallVector<StoreInst*, 16> TheStores;
172   
173   bool isProfitableToUseMemset(const TargetData &TD) const;
174
175 };
176 } // end anon namespace
177
178 bool MemsetRange::isProfitableToUseMemset(const TargetData &TD) const {
179   // If we found more than 8 stores to merge or 64 bytes, use memset.
180   if (TheStores.size() >= 8 || End-Start >= 64) return true;
181   
182   // Assume that the code generator is capable of merging pairs of stores
183   // together if it wants to.
184   if (TheStores.size() <= 2) return false;
185   
186   // If we have fewer than 8 stores, it can still be worthwhile to do this.
187   // For example, merging 4 i8 stores into an i32 store is useful almost always.
188   // However, merging 2 32-bit stores isn't useful on a 32-bit architecture (the
189   // memset will be split into 2 32-bit stores anyway) and doing so can
190   // pessimize the llvm optimizer.
191   //
192   // Since we don't have perfect knowledge here, make some assumptions: assume
193   // the maximum GPR width is the same size as the pointer size and assume that
194   // this width can be stored.  If so, check to see whether we will end up
195   // actually reducing the number of stores used.
196   unsigned Bytes = unsigned(End-Start);
197   unsigned NumPointerStores = Bytes/TD.getPointerSize();
198   
199   // Assume the remaining bytes if any are done a byte at a time.
200   unsigned NumByteStores = Bytes - NumPointerStores*TD.getPointerSize();
201   
202   // If we will reduce the # stores (according to this heuristic), do the
203   // transformation.  This encourages merging 4 x i8 -> i32 and 2 x i16 -> i32
204   // etc.
205   return TheStores.size() > NumPointerStores+NumByteStores;
206 }    
207
208
209 namespace {
210 class MemsetRanges {
211   /// Ranges - A sorted list of the memset ranges.  We use std::list here
212   /// because each element is relatively large and expensive to copy.
213   std::list<MemsetRange> Ranges;
214   typedef std::list<MemsetRange>::iterator range_iterator;
215   TargetData &TD;
216 public:
217   MemsetRanges(TargetData &td) : TD(td) {}
218   
219   typedef std::list<MemsetRange>::const_iterator const_iterator;
220   const_iterator begin() const { return Ranges.begin(); }
221   const_iterator end() const { return Ranges.end(); }
222   bool empty() const { return Ranges.empty(); }
223   
224   void addStore(int64_t OffsetFromFirst, StoreInst *SI);
225 };
226   
227 } // end anon namespace
228
229
230 /// addStore - Add a new store to the MemsetRanges data structure.  This adds a
231 /// new range for the specified store at the specified offset, merging into
232 /// existing ranges as appropriate.
233 void MemsetRanges::addStore(int64_t Start, StoreInst *SI) {
234   int64_t End = Start+TD.getTypeStoreSize(SI->getOperand(0)->getType());
235   
236   // Do a linear search of the ranges to see if this can be joined and/or to
237   // find the insertion point in the list.  We keep the ranges sorted for
238   // simplicity here.  This is a linear search of a linked list, which is ugly,
239   // however the number of ranges is limited, so this won't get crazy slow.
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     = SI->getPointerOperand();
253     R.Alignment    = SI->getAlignment();
254     R.TheStores.push_back(SI);
255     return;
256   }
257
258   // This store overlaps with I, add it.
259   I->TheStores.push_back(SI);
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 = SI->getPointerOperand();
275     I->Alignment = SI->getAlignment();
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     bool runOnFunction(Function &F);
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   private:
311     // This transformation requires dominator postdominator info
312     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
313       AU.setPreservesCFG();
314       AU.addRequired<DominatorTree>();
315       AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
316       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
317       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
318       AU.addPreserved<MemoryDependenceAnalysis>();
319     }
320   
321     // Helper fuctions
322     bool processStore(StoreInst *SI, BasicBlock::iterator &BBI);
323     bool processMemCpy(MemCpyInst *M);
324     bool processMemMove(MemMoveInst *M);
325     bool performCallSlotOptzn(Instruction *cpy, Value *cpyDst, Value *cpySrc,
326                               uint64_t cpyLen, CallInst *C);
327     bool processMemCpyMemCpyDependence(MemCpyInst *M, MemCpyInst *MDep,
328                                        uint64_t MSize);
329     bool processByValArgument(CallSite CS, unsigned ArgNo);
330     bool iterateOnFunction(Function &F);
331   };
332   
333   char MemCpyOpt::ID = 0;
334 }
335
336 // createMemCpyOptPass - The public interface to this file...
337 FunctionPass *llvm::createMemCpyOptPass() { return new MemCpyOpt(); }
338
339 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MemCpyOpt, "memcpyopt", "MemCpy Optimization",
340                       false, false)
341 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
342 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemoryDependenceAnalysis)
343 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
344 INITIALIZE_PASS_END(MemCpyOpt, "memcpyopt", "MemCpy Optimization",
345                     false, false)
346
347 /// processStore - When GVN is scanning forward over instructions, we look for
348 /// some other patterns to fold away.  In particular, this looks for stores to
349 /// neighboring locations of memory.  If it sees enough consequtive ones
350 /// (currently 4) it attempts to merge them together into a memcpy/memset.
351 bool MemCpyOpt::processStore(StoreInst *SI, BasicBlock::iterator &BBI) {
352   if (SI->isVolatile()) return false;
353   
354   TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
355   if (!TD) return false;
356
357   // Detect cases where we're performing call slot forwarding, but
358   // happen to be using a load-store pair to implement it, rather than
359   // a memcpy.
360   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SI->getOperand(0))) {
361     if (!LI->isVolatile() && LI->hasOneUse()) {
362       MemDepResult dep = MD->getDependency(LI);
363       CallInst *C = 0;
364       if (dep.isClobber() && !isa<MemCpyInst>(dep.getInst()))
365         C = dyn_cast<CallInst>(dep.getInst());
366       
367       if (C) {
368         bool changed = performCallSlotOptzn(LI,
369                         SI->getPointerOperand()->stripPointerCasts(), 
370                         LI->getPointerOperand()->stripPointerCasts(),
371                         TD->getTypeStoreSize(SI->getOperand(0)->getType()), C);
372         if (changed) {
373           MD->removeInstruction(SI);
374           SI->eraseFromParent();
375           LI->eraseFromParent();
376           ++NumMemCpyInstr;
377           return true;
378         }
379       }
380     }
381   }
382   
383   LLVMContext &Context = SI->getContext();
384
385   // There are two cases that are interesting for this code to handle: memcpy
386   // and memset.  Right now we only handle memset.
387   
388   // Ensure that the value being stored is something that can be memset'able a
389   // byte at a time like "0" or "-1" or any width, as well as things like
390   // 0xA0A0A0A0 and 0.0.
391   Value *ByteVal = isBytewiseValue(SI->getOperand(0));
392   if (!ByteVal)
393     return false;
394
395   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
396   Module *M = SI->getParent()->getParent()->getParent();
397
398   // Okay, so we now have a single store that can be splatable.  Scan to find
399   // all subsequent stores of the same value to offset from the same pointer.
400   // Join these together into ranges, so we can decide whether contiguous blocks
401   // are stored.
402   MemsetRanges Ranges(*TD);
403   
404   Value *StartPtr = SI->getPointerOperand();
405   
406   BasicBlock::iterator BI = SI;
407   for (++BI; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
408     if (isa<CallInst>(BI) || isa<InvokeInst>(BI)) { 
409       // If the call is readnone, ignore it, otherwise bail out.  We don't even
410       // allow readonly here because we don't want something like:
411       // A[1] = 2; strlen(A); A[2] = 2; -> memcpy(A, ...); strlen(A).
412       if (AA.getModRefBehavior(CallSite(BI)) ==
413             AliasAnalysis::DoesNotAccessMemory)
414         continue;
415       
416       // TODO: If this is a memset, try to join it in.
417       
418       break;
419     } else if (isa<VAArgInst>(BI) || isa<LoadInst>(BI))
420       break;
421
422     // If this is a non-store instruction it is fine, ignore it.
423     StoreInst *NextStore = dyn_cast<StoreInst>(BI);
424     if (NextStore == 0) continue;
425     
426     // If this is a store, see if we can merge it in.
427     if (NextStore->isVolatile()) break;
428     
429     // Check to see if this stored value is of the same byte-splattable value.
430     if (ByteVal != isBytewiseValue(NextStore->getOperand(0)))
431       break;
432
433     // Check to see if this store is to a constant offset from the start ptr.
434     int64_t Offset;
435     if (!IsPointerOffset(StartPtr, NextStore->getPointerOperand(), Offset, *TD))
436       break;
437
438     Ranges.addStore(Offset, NextStore);
439   }
440
441   // If we have no ranges, then we just had a single store with nothing that
442   // could be merged in.  This is a very common case of course.
443   if (Ranges.empty())
444     return false;
445   
446   // If we had at least one store that could be merged in, add the starting
447   // store as well.  We try to avoid this unless there is at least something
448   // interesting as a small compile-time optimization.
449   Ranges.addStore(0, SI);
450   
451   
452   // Now that we have full information about ranges, loop over the ranges and
453   // emit memset's for anything big enough to be worthwhile.
454   bool MadeChange = false;
455   for (MemsetRanges::const_iterator I = Ranges.begin(), E = Ranges.end();
456        I != E; ++I) {
457     const MemsetRange &Range = *I;
458
459     if (Range.TheStores.size() == 1) continue;
460     
461     // If it is profitable to lower this range to memset, do so now.
462     if (!Range.isProfitableToUseMemset(*TD))
463       continue;
464     
465     // Otherwise, we do want to transform this!  Create a new memset.  We put
466     // the memset right before the first instruction that isn't part of this
467     // memset block.  This ensure that the memset is dominated by any addressing
468     // instruction needed by the start of the block.
469     BasicBlock::iterator InsertPt = BI;
470
471     // Get the starting pointer of the block.
472     StartPtr = Range.StartPtr;
473
474     // Determine alignment
475     unsigned Alignment = Range.Alignment;
476     if (Alignment == 0) {
477       const Type *EltType = 
478          cast<PointerType>(StartPtr->getType())->getElementType();
479       Alignment = TD->getABITypeAlignment(EltType);
480     }
481
482     // Cast the start ptr to be i8* as memset requires.
483     const PointerType* StartPTy = cast<PointerType>(StartPtr->getType());
484     const PointerType *i8Ptr = Type::getInt8PtrTy(Context,
485                                                   StartPTy->getAddressSpace());
486     if (StartPTy!= i8Ptr)
487       StartPtr = new BitCastInst(StartPtr, i8Ptr, StartPtr->getName(),
488                                  InsertPt);
489
490     Value *Ops[] = {
491       StartPtr, ByteVal,   // Start, value
492       // size
493       ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Context), Range.End-Range.Start),
494       // align
495       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), Alignment),
496       // volatile
497       ConstantInt::getFalse(Context),
498     };
499     const Type *Tys[] = { Ops[0]->getType(), Ops[2]->getType() };
500
501     Function *MemSetF = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::memset, Tys, 2);
502
503     Value *C = CallInst::Create(MemSetF, Ops, Ops+5, "", InsertPt);
504     DEBUG(dbgs() << "Replace stores:\n";
505           for (unsigned i = 0, e = Range.TheStores.size(); i != e; ++i)
506             dbgs() << *Range.TheStores[i] << '\n';
507           dbgs() << "With: " << *C << '\n'); C=C;
508   
509     // Don't invalidate the iterator
510     BBI = BI;
511   
512     // Zap all the stores.
513     for (SmallVector<StoreInst*, 16>::const_iterator
514          SI = Range.TheStores.begin(),
515          SE = Range.TheStores.end(); SI != SE; ++SI)
516       (*SI)->eraseFromParent();
517     ++NumMemSetInfer;
518     MadeChange = true;
519   }
520   
521   return MadeChange;
522 }
523
524
525 /// performCallSlotOptzn - takes a memcpy and a call that it depends on,
526 /// and checks for the possibility of a call slot optimization by having
527 /// the call write its result directly into the destination of the memcpy.
528 bool MemCpyOpt::performCallSlotOptzn(Instruction *cpy,
529                                      Value *cpyDest, Value *cpySrc,
530                                      uint64_t cpyLen, CallInst *C) {
531   // The general transformation to keep in mind is
532   //
533   //   call @func(..., src, ...)
534   //   memcpy(dest, src, ...)
535   //
536   // ->
537   //
538   //   memcpy(dest, src, ...)
539   //   call @func(..., dest, ...)
540   //
541   // Since moving the memcpy is technically awkward, we additionally check that
542   // src only holds uninitialized values at the moment of the call, meaning that
543   // the memcpy can be discarded rather than moved.
544
545   // Deliberately get the source and destination with bitcasts stripped away,
546   // because we'll need to do type comparisons based on the underlying type.
547   CallSite CS(C);
548
549   // Require that src be an alloca.  This simplifies the reasoning considerably.
550   AllocaInst *srcAlloca = dyn_cast<AllocaInst>(cpySrc);
551   if (!srcAlloca)
552     return false;
553
554   // Check that all of src is copied to dest.
555   TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
556   if (!TD) return false;
557
558   ConstantInt *srcArraySize = dyn_cast<ConstantInt>(srcAlloca->getArraySize());
559   if (!srcArraySize)
560     return false;
561
562   uint64_t srcSize = TD->getTypeAllocSize(srcAlloca->getAllocatedType()) *
563     srcArraySize->getZExtValue();
564
565   if (cpyLen < srcSize)
566     return false;
567
568   // Check that accessing the first srcSize bytes of dest will not cause a
569   // trap.  Otherwise the transform is invalid since it might cause a trap
570   // to occur earlier than it otherwise would.
571   if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(cpyDest)) {
572     // The destination is an alloca.  Check it is larger than srcSize.
573     ConstantInt *destArraySize = dyn_cast<ConstantInt>(A->getArraySize());
574     if (!destArraySize)
575       return false;
576
577     uint64_t destSize = TD->getTypeAllocSize(A->getAllocatedType()) *
578       destArraySize->getZExtValue();
579
580     if (destSize < srcSize)
581       return false;
582   } else if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(cpyDest)) {
583     // If the destination is an sret parameter then only accesses that are
584     // outside of the returned struct type can trap.
585     if (!A->hasStructRetAttr())
586       return false;
587
588     const Type *StructTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
589     uint64_t destSize = TD->getTypeAllocSize(StructTy);
590
591     if (destSize < srcSize)
592       return false;
593   } else {
594     return false;
595   }
596
597   // Check that src is not accessed except via the call and the memcpy.  This
598   // guarantees that it holds only undefined values when passed in (so the final
599   // memcpy can be dropped), that it is not read or written between the call and
600   // the memcpy, and that writing beyond the end of it is undefined.
601   SmallVector<User*, 8> srcUseList(srcAlloca->use_begin(),
602                                    srcAlloca->use_end());
603   while (!srcUseList.empty()) {
604     User *UI = srcUseList.pop_back_val();
605
606     if (isa<BitCastInst>(UI)) {
607       for (User::use_iterator I = UI->use_begin(), E = UI->use_end();
608            I != E; ++I)
609         srcUseList.push_back(*I);
610     } else if (GetElementPtrInst *G = dyn_cast<GetElementPtrInst>(UI)) {
611       if (G->hasAllZeroIndices())
612         for (User::use_iterator I = UI->use_begin(), E = UI->use_end();
613              I != E; ++I)
614           srcUseList.push_back(*I);
615       else
616         return false;
617     } else if (UI != C && UI != cpy) {
618       return false;
619     }
620   }
621
622   // Since we're changing the parameter to the callsite, we need to make sure
623   // that what would be the new parameter dominates the callsite.
624   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
625   if (Instruction *cpyDestInst = dyn_cast<Instruction>(cpyDest))
626     if (!DT.dominates(cpyDestInst, C))
627       return false;
628
629   // In addition to knowing that the call does not access src in some
630   // unexpected manner, for example via a global, which we deduce from
631   // the use analysis, we also need to know that it does not sneakily
632   // access dest.  We rely on AA to figure this out for us.
633   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
634   if (AA.getModRefInfo(C, cpyDest, srcSize) !=
635       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   uint64_t DepSize = C1->getValue().getZExtValue();
692   if (DepSize < MSize)
693     return false;
694   
695   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
696
697   // Verify that the copied-from memory doesn't change in between the two
698   // transfers.  For example, in:
699   //    memcpy(a <- b)
700   //    *b = 42;
701   //    memcpy(c <- a)
702   // It would be invalid to transform the second memcpy into memcpy(c <- b).
703   //
704   // TODO: If the code between M and MDep is transparent to the destination "c",
705   // then we could still perform the xform by moving M up to the first memcpy.
706   //
707   // NOTE: This is conservative, it will stop on any read from the source loc,
708   // not just the defining memcpy.
709   MemDepResult SourceDep =
710     MD->getPointerDependencyFrom(AA.getLocationForSource(MDep),
711                                  false, M, M->getParent());
712   if (!SourceDep.isClobber() || SourceDep.getInst() != MDep)
713     return false;
714   
715   // If the dest of the second might alias the source of the first, then the
716   // source and dest might overlap.  We still want to eliminate the intermediate
717   // value, but we have to generate a memmove instead of memcpy.
718   Intrinsic::ID ResultFn = Intrinsic::memcpy;
719   if (!AA.isNoAlias(M->getRawDest(), MSize, MDep->getRawSource(), DepSize))
720     ResultFn = Intrinsic::memmove;
721   
722   // If all checks passed, then we can transform M.
723   const Type *ArgTys[3] = {
724     M->getRawDest()->getType(),
725     MDep->getRawSource()->getType(),
726     M->getLength()->getType()
727   };
728   Function *MemCpyFun =
729     Intrinsic::getDeclaration(MDep->getParent()->getParent()->getParent(),
730                               ResultFn, ArgTys, 3);
731   
732   // Make sure to use the lesser of the alignment of the source and the dest
733   // since we're changing where we're reading from, but don't want to increase
734   // the alignment past what can be read from or written to.
735   // TODO: Is this worth it if we're creating a less aligned memcpy? For
736   // example we could be moving from movaps -> movq on x86.
737   unsigned Align = std::min(MDep->getAlignment(), M->getAlignment());
738   Value *Args[5] = {
739     M->getRawDest(),
740     MDep->getRawSource(), 
741     M->getLength(),
742     ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MemCpyFun->getContext()), Align), 
743     M->getVolatileCst()
744   };
745   CallInst::Create(MemCpyFun, Args, Args+5, "", M);
746
747   // Remove the instruction we're replacing.
748   MD->removeInstruction(M);
749   M->eraseFromParent();
750   ++NumMemCpyInstr;
751   return true;
752 }
753
754
755 /// processMemCpy - perform simplification of memcpy's.  If we have memcpy A
756 /// which copies X to Y, and memcpy B which copies Y to Z, then we can rewrite
757 /// B to be a memcpy from X to Z (or potentially a memmove, depending on
758 /// circumstances). This allows later passes to remove the first memcpy
759 /// altogether.
760 bool MemCpyOpt::processMemCpy(MemCpyInst *M) {
761   // We can only optimize statically-sized memcpy's that are non-volatile.
762   ConstantInt *CopySize = dyn_cast<ConstantInt>(M->getLength());
763   if (CopySize == 0 || M->isVolatile()) return false;
764
765   // The are two possible optimizations we can do for memcpy:
766   //   a) memcpy-memcpy xform which exposes redundance for DSE.
767   //   b) call-memcpy xform for return slot optimization.
768   MemDepResult DepInfo = MD->getDependency(M);
769   if (!DepInfo.isClobber())
770     return false;
771   
772   if (MemCpyInst *MDep = dyn_cast<MemCpyInst>(DepInfo.getInst()))
773     return processMemCpyMemCpyDependence(M, MDep, CopySize->getZExtValue());
774     
775   if (CallInst *C = dyn_cast<CallInst>(DepInfo.getInst())) {
776     bool changed = performCallSlotOptzn(M, M->getDest(), M->getSource(),
777                                         CopySize->getZExtValue(), C);
778     if (changed) M->eraseFromParent();
779     return changed;
780   }
781   return false;
782 }
783
784 /// processMemMove - Transforms memmove calls to memcpy calls when the src/dst
785 /// are guaranteed not to alias.
786 bool MemCpyOpt::processMemMove(MemMoveInst *M) {
787   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
788
789   // If the memmove is a constant size, use it for the alias query, this allows
790   // us to optimize things like: memmove(P, P+64, 64);
791   uint64_t MemMoveSize = AliasAnalysis::UnknownSize;
792   if (ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(M->getLength()))
793     MemMoveSize = Len->getZExtValue();
794   
795   // See if the pointers alias.
796   if (AA.alias(M->getRawDest(), MemMoveSize, M->getRawSource(), MemMoveSize) !=
797       AliasAnalysis::NoAlias)
798     return false;
799   
800   DEBUG(dbgs() << "MemCpyOpt: Optimizing memmove -> memcpy: " << *M << "\n");
801   
802   // If not, then we know we can transform this.
803   Module *Mod = M->getParent()->getParent()->getParent();
804   const Type *ArgTys[3] = { M->getRawDest()->getType(),
805                             M->getRawSource()->getType(),
806                             M->getLength()->getType() };
807   M->setCalledFunction(Intrinsic::getDeclaration(Mod, Intrinsic::memcpy,
808                                                  ArgTys, 3));
809
810   // MemDep may have over conservative information about this instruction, just
811   // conservatively flush it from the cache.
812   MD->removeInstruction(M);
813
814   ++NumMoveToCpy;
815   return true;
816 }
817   
818 /// processByValArgument - This is called on every byval argument in call sites.
819 bool MemCpyOpt::processByValArgument(CallSite CS, unsigned ArgNo) {
820   TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
821   if (!TD) return false;
822
823   // Find out what feeds this byval argument.
824   Value *ByValArg = CS.getArgument(ArgNo);
825   const Type *ByValTy =cast<PointerType>(ByValArg->getType())->getElementType();
826   uint64_t ByValSize = TD->getTypeAllocSize(ByValTy);
827   MemDepResult DepInfo =
828     MD->getPointerDependencyFrom(AliasAnalysis::Location(ByValArg, ByValSize),
829                                  true, CS.getInstruction(),
830                                  CS.getInstruction()->getParent());
831   if (!DepInfo.isClobber())
832     return false;
833
834   // If the byval argument isn't fed by a memcpy, ignore it.  If it is fed by
835   // a memcpy, see if we can byval from the source of the memcpy instead of the
836   // result.
837   MemCpyInst *MDep = dyn_cast<MemCpyInst>(DepInfo.getInst());
838   if (MDep == 0 || MDep->isVolatile() ||
839       ByValArg->stripPointerCasts() != MDep->getDest())
840     return false;
841   
842   // The length of the memcpy must be larger or equal to the size of the byval.
843   ConstantInt *C1 = dyn_cast<ConstantInt>(MDep->getLength());
844   if (C1 == 0 || C1->getValue().getZExtValue() < ByValSize)
845     return false;
846
847   // Get the alignment of the byval.  If it is greater than the memcpy, then we
848   // can't do the substitution.  If the call doesn't specify the alignment, then
849   // it is some target specific value that we can't know.
850   unsigned ByValAlign = CS.getParamAlignment(ArgNo+1);
851   if (ByValAlign == 0 || MDep->getAlignment() < ByValAlign)
852     return false;  
853   
854   // Verify that the copied-from memory doesn't change in between the memcpy and
855   // the byval call.
856   //    memcpy(a <- b)
857   //    *b = 42;
858   //    foo(*a)
859   // It would be invalid to transform the second memcpy into foo(*b).
860   //
861   // NOTE: This is conservative, it will stop on any read from the source loc,
862   // not just the defining memcpy.
863   MemDepResult SourceDep =
864     MD->getPointerDependencyFrom(AliasAnalysis::getLocationForSource(MDep),
865                                  false, CS.getInstruction(), MDep->getParent());
866   if (!SourceDep.isClobber() || SourceDep.getInst() != MDep)
867     return false;
868   
869   Value *TmpCast = MDep->getSource();
870   if (MDep->getSource()->getType() != ByValArg->getType())
871     TmpCast = new BitCastInst(MDep->getSource(), ByValArg->getType(),
872                               "tmpcast", CS.getInstruction());
873   
874   DEBUG(dbgs() << "MemCpyOpt: Forwarding memcpy to byval:\n"
875                << "  " << *MDep << "\n"
876                << "  " << *CS.getInstruction() << "\n");
877   
878   // Otherwise we're good!  Update the byval argument.
879   CS.setArgument(ArgNo, TmpCast);
880   ++NumMemCpyInstr;
881   return true;
882 }
883
884 /// iterateOnFunction - Executes one iteration of MemCpyOpt.
885 bool MemCpyOpt::iterateOnFunction(Function &F) {
886   bool MadeChange = false;
887
888   // Walk all instruction in the function.
889   for (Function::iterator BB = F.begin(), BBE = F.end(); BB != BBE; ++BB) {
890     for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end(); BI != BE;) {
891       // Avoid invalidating the iterator.
892       Instruction *I = BI++;
893       
894       bool RepeatInstruction = false;
895       
896       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
897         MadeChange |= processStore(SI, BI);
898       else if (MemCpyInst *M = dyn_cast<MemCpyInst>(I)) {
899         RepeatInstruction = processMemCpy(M);
900       } else if (MemMoveInst *M = dyn_cast<MemMoveInst>(I)) {
901         RepeatInstruction = processMemMove(M);
902       } else if (CallSite CS = (Value*)I) {
903         for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
904           if (CS.paramHasAttr(i+1, Attribute::ByVal))
905             MadeChange |= processByValArgument(CS, i);
906       }
907
908       // Reprocess the instruction if desired.
909       if (RepeatInstruction) {
910         --BI;
911         MadeChange = true;
912       }
913     }
914   }
915   
916   return MadeChange;
917 }
918
919 // MemCpyOpt::runOnFunction - This is the main transformation entry point for a
920 // function.
921 //
922 bool MemCpyOpt::runOnFunction(Function &F) {
923   bool MadeChange = false;
924   MD = &getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
925   while (1) {
926     if (!iterateOnFunction(F))
927       break;
928     MadeChange = true;
929   }
930   
931   MD = 0;
932   return MadeChange;
933 }
934
935
936