lib/Transforms/Scalar/ScalarReplAggregates.cpp

   1 //===- ScalarReplAggregates.cpp - Scalar Replacement of Aggregates --------===//
   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 transformation implements the well known scalar replacement of
  11 // aggregates transformation.  This xform breaks up alloca instructions of
  12 // aggregate type (structure or array) into individual alloca instructions for
  13 // each member (if possible).  Then, if possible, it transforms the individual
  14 // alloca instructions into nice clean scalar SSA form.
  15 //
  16 // This combines a simple SRoA algorithm with the Mem2Reg algorithm because
  17 // often interact, especially for C++ programs.  As such, iterating between
  18 // SRoA, then Mem2Reg until we run out of things to promote works well.
  19 //
  20 //===----------------------------------------------------------------------===//
  21
  22 #define DEBUG_TYPE "scalarrepl"
  23 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  24 #include "llvm/Constants.h"
  25 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  26 #include "llvm/Function.h"
  27 #include "llvm/GlobalVariable.h"
  28 #include "llvm/Instructions.h"
  29 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  30 #include "llvm/Pass.h"
  31 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  32 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  33 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
  34 #include "llvm/Support/Debug.h"
  35 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
  36 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
  37 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  38 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  39 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  40 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
  41 using namespace llvm;
  42
  43 STATISTIC(NumReplaced,  "Number of allocas broken up");
  44 STATISTIC(NumPromoted,  "Number of allocas promoted");
  45 STATISTIC(NumConverted, "Number of aggregates converted to scalar");
  46 STATISTIC(NumGlobals,   "Number of allocas copied from constant global");
  47
  48 namespace {
  49   struct VISIBILITY_HIDDEN SROA : public FunctionPass {
  50     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
  51     explicit SROA(signed T = -1) : FunctionPass(&ID) {
  52       if (T == -1)
  53         SRThreshold = 128;
  54       else
  55         SRThreshold = T;
  56     }
  57
  58     bool runOnFunction(Function &F);
  59
  60     bool performScalarRepl(Function &F);
  61     bool performPromotion(Function &F);
  62
  63     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
  64     // will not alter the CFG, so say so.
  65     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  66       AU.addRequired<DominatorTree>();
  67       AU.addRequired<DominanceFrontier>();
  68       AU.addRequired<TargetData>();
  69       AU.setPreservesCFG();
  70     }
  71
  72   private:
  73     TargetData *TD;
  74
  75     /// AllocaInfo - When analyzing uses of an alloca instruction, this captures
  76     /// information about the uses.  All these fields are initialized to false
  77     /// and set to true when something is learned.
  78     struct AllocaInfo {
  79       /// isUnsafe - This is set to true if the alloca cannot be SROA'd.
  80       bool isUnsafe : 1;
  81
  82       /// needsCanon - This is set to true if there is some use of the alloca
  83       /// that requires canonicalization.
  84       bool needsCanon : 1;
  85
  86       /// isMemCpySrc - This is true if this aggregate is memcpy'd from.
  87       bool isMemCpySrc : 1;
  88
  89       /// isMemCpyDst - This is true if this aggregate is memcpy'd into.
  90       bool isMemCpyDst : 1;
  91
  92       AllocaInfo()
  93         : isUnsafe(false), needsCanon(false),
  94           isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false) {}
  95     };
  96
  97     unsigned SRThreshold;
  98
  99     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I) { I.isUnsafe = true; }
 100
 101     int isSafeAllocaToScalarRepl(AllocationInst *AI);
 102
 103     void isSafeUseOfAllocation(Instruction *User, AllocationInst *AI,
 104                                AllocaInfo &Info);
 105     void isSafeElementUse(Value *Ptr, bool isFirstElt, AllocationInst *AI,
 106                          AllocaInfo &Info);
 107     void isSafeMemIntrinsicOnAllocation(MemIntrinsic *MI, AllocationInst *AI,
 108                                         unsigned OpNo, AllocaInfo &Info);
 109     void isSafeUseOfBitCastedAllocation(BitCastInst *User, AllocationInst *AI,
 110                                         AllocaInfo &Info);
 111
 112     void DoScalarReplacement(AllocationInst *AI,
 113                              std::vector<AllocationInst*> &WorkList);
 114     void CanonicalizeAllocaUsers(AllocationInst *AI);
 115     AllocaInst *AddNewAlloca(Function &F, const Type *Ty, AllocationInst *Base);
 116
 117     void RewriteBitCastUserOfAlloca(Instruction *BCInst, AllocationInst *AI,
 118                                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
 119
 120     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *BCInst,
 121                                       AllocationInst *AI,
 122                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
 123     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocationInst *AI,
 124                                        SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
 125     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocationInst *AI,
 126                                        SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
 127
 128     const Type *CanConvertToScalar(Value *V, bool &IsNotTrivial);
 129     void ConvertToScalar(AllocationInst *AI, const Type *Ty);
 130     void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, unsigned Offset);
 131     Value *ConvertUsesOfLoadToScalar(LoadInst *LI, AllocaInst *NewAI,
 132                                      unsigned Offset);
 133     Value *ConvertUsesOfStoreToScalar(StoreInst *SI, AllocaInst *NewAI,
 134                                       unsigned Offset);
 135     static Instruction *isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocationInst *AI);
 136   };
 137 }
 138
 139 char SROA::ID = 0;
 140 static RegisterPass<SROA> X("scalarrepl", "Scalar Replacement of Aggregates");
 141
 142 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
 143 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(signed int Threshold) {
 144   return new SROA(Threshold);
 145 }
 146
 147
 148 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
 149   TD = &getAnalysis<TargetData>();
 150
 151   bool Changed = performPromotion(F);
 152   while (1) {
 153     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
 154     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
 155     Changed = true;
 156     LocalChange = performPromotion(F);
 157     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
 158   }
 159
 160   return Changed;
 161 }
 162
 163
 164 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
 165   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
 166   DominatorTree         &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
 167   DominanceFrontier &DF = getAnalysis<DominanceFrontier>();
 168
 169   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
 170
 171   bool Changed = false;
 172
 173   while (1) {
 174     Allocas.clear();
 175
 176     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
 177     // the entry node
 178     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
 179       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
 180         if (isAllocaPromotable(AI))
 181           Allocas.push_back(AI);
 182
 183     if (Allocas.empty()) break;
 184
 185     PromoteMemToReg(Allocas, DT, DF);
 186     NumPromoted += Allocas.size();
 187     Changed = true;
 188   }
 189
 190   return Changed;
 191 }
 192
 193 /// getNumSAElements - Return the number of elements in the specific struct or
 194 /// array.
 195 static uint64_t getNumSAElements(const Type *T) {
 196   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
 197     return ST->getNumElements();
 198   return cast<ArrayType>(T)->getNumElements();
 199 }
 200
 201 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
 202 // which runs on all of the malloc/alloca instructions in the function, removing
 203 // them if they are only used by getelementptr instructions.
 204 //
 205 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
 206   std::vector<AllocationInst*> WorkList;
 207
 208   // Scan the entry basic block, adding any alloca's and mallocs to the worklist
 209   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
 210   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
 211     if (AllocationInst *A = dyn_cast<AllocationInst>(I))
 212       WorkList.push_back(A);
 213
 214   // Process the worklist
 215   bool Changed = false;
 216   while (!WorkList.empty()) {
 217     AllocationInst *AI = WorkList.back();
 218     WorkList.pop_back();
 219
 220     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
 221     // with unused elements.
 222     if (AI->use_empty()) {
 223       AI->eraseFromParent();
 224       continue;
 225     }
 226
 227     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
 228     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
 229     bool IsNotTrivial = false;
 230     if (const Type *ActualType = CanConvertToScalar(AI, IsNotTrivial))
 231       if (IsNotTrivial && ActualType != Type::VoidTy) {
 232         ConvertToScalar(AI, ActualType);
 233         Changed = true;
 234         continue;
 235       }
 236
 237     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
 238     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
 239     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
 240     // value cannot be decomposed at all.
 241     if (!AI->isArrayAllocation() &&
 242         (isa<StructType>(AI->getAllocatedType()) ||
 243          isa<ArrayType>(AI->getAllocatedType())) &&
 244         AI->getAllocatedType()->isSized() &&
 245         // Do not promote any struct whose size is larger than "128" bytes.
 246         TD->getTypePaddedSize(AI->getAllocatedType()) < SRThreshold &&
 247         // Do not promote any struct into more than "32" separate vars.
 248         getNumSAElements(AI->getAllocatedType()) < SRThreshold/4) {
 249       // Check that all of the users of the allocation are capable of being
 250       // transformed.
 251       switch (isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
 252       default: assert(0 && "Unexpected value!");
 253       case 0:  // Not safe to scalar replace.
 254         break;
 255       case 1:  // Safe, but requires cleanup/canonicalizations first
 256         CanonicalizeAllocaUsers(AI);
 257         // FALL THROUGH.
 258       case 3:  // Safe to scalar replace.
 259         DoScalarReplacement(AI, WorkList);
 260         Changed = true;
 261         continue;
 262       }
 263     }
 264
 265     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
 266     // a constant global.  If this is the case, we can change all users to use
 267     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
 268     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
 269     // is only subsequently read.
 270     if (Instruction *TheCopy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI)) {
 271       DOUT << "Found alloca equal to global: " << *AI;
 272       DOUT << "  memcpy = " << *TheCopy;
 273       Constant *TheSrc = cast<Constant>(TheCopy->getOperand(2));
 274       AI->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(TheSrc, AI->getType()));
 275       TheCopy->eraseFromParent();  // Don't mutate the global.
 276       AI->eraseFromParent();
 277       ++NumGlobals;
 278       Changed = true;
 279       continue;
 280     }
 281
 282     // Otherwise, couldn't process this.
 283   }
 284
 285   return Changed;
 286 }
 287
 288 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
 289 /// predicate, do SROA now.
 290 void SROA::DoScalarReplacement(AllocationInst *AI,
 291                                std::vector<AllocationInst*> &WorkList) {
 292   DOUT << "Found inst to SROA: " << *AI;
 293   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
 294   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
 295     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
 296     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
 297       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0,
 298                                       AI->getAlignment(),
 299                                       AI->getName() + "." + utostr(i), AI);
 300       ElementAllocas.push_back(NA);
 301       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
 302     }
 303   } else {
 304     const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
 305     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
 306     const Type *ElTy = AT->getElementType();
 307     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
 308       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, AI->getAlignment(),
 309                                       AI->getName() + "." + utostr(i), AI);
 310       ElementAllocas.push_back(NA);
 311       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
 312     }
 313   }
 314
 315   // Now that we have created the alloca instructions that we want to use,
 316   // expand the getelementptr instructions to use them.
 317   //
 318   while (!AI->use_empty()) {
 319     Instruction *User = cast<Instruction>(AI->use_back());
 320     if (BitCastInst *BCInst = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
 321       RewriteBitCastUserOfAlloca(BCInst, AI, ElementAllocas);
 322       BCInst->eraseFromParent();
 323       continue;
 324     }
 325
 326     // Replace:
 327     //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
 328     // with:
 329     //   %load.0 = load i32* %alloc.0
 330     //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
 331     //   %load.1 = load i32* %alloc.1
 332     //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
 333     // (Also works for arrays instead of structs)
 334     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
 335       Value *Insert = UndefValue::get(LI->getType());
 336       for (unsigned i = 0, e = ElementAllocas.size(); i != e; ++i) {
 337         Value *Load = new LoadInst(ElementAllocas[i], "load", LI);
 338         Insert = InsertValueInst::Create(Insert, Load, i, "insert", LI);
 339       }
 340       LI->replaceAllUsesWith(Insert);
 341       LI->eraseFromParent();
 342       continue;
 343     }
 344
 345     // Replace:
 346     //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
 347     // with:
 348     //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
 349     //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
 350     //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
 351     //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
 352     // (Also works for arrays instead of structs)
 353     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
 354       Value *Val = SI->getOperand(0);
 355       for (unsigned i = 0, e = ElementAllocas.size(); i != e; ++i) {
 356         Value *Extract = ExtractValueInst::Create(Val, i, Val->getName(), SI);
 357         new StoreInst(Extract, ElementAllocas[i], SI);
 358       }
 359       SI->eraseFromParent();
 360       continue;
 361     }
 362
 363     GetElementPtrInst *GEPI = cast<GetElementPtrInst>(User);
 364     // We now know that the GEP is of the form: GEP <ptr>, 0, <cst>
 365     unsigned Idx =
 366        (unsigned)cast<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))->getZExtValue();
 367
 368     assert(Idx < ElementAllocas.size() && "Index out of range?");
 369     AllocaInst *AllocaToUse = ElementAllocas[Idx];
 370
 371     Value *RepValue;
 372     if (GEPI->getNumOperands() == 3) {
 373       // Do not insert a new getelementptr instruction with zero indices, only
 374       // to have it optimized out later.
 375       RepValue = AllocaToUse;
 376     } else {
 377       // We are indexing deeply into the structure, so we still need a
 378       // getelement ptr instruction to finish the indexing.  This may be
 379       // expanded itself once the worklist is rerun.
 380       //
 381       SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
 382       NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(Type::Int32Ty));
 383       NewArgs.append(GEPI->op_begin()+3, GEPI->op_end());
 384       RepValue = GetElementPtrInst::Create(AllocaToUse, NewArgs.begin(),
 385                                            NewArgs.end(), "", GEPI);
 386       RepValue->takeName(GEPI);
 387     }
 388
 389     // If this GEP is to the start of the aggregate, check for memcpys.
 390     if (Idx == 0 && GEPI->hasAllZeroIndices())
 391       RewriteBitCastUserOfAlloca(GEPI, AI, ElementAllocas);
 392
 393     // Move all of the users over to the new GEP.
 394     GEPI->replaceAllUsesWith(RepValue);
 395     // Delete the old GEP
 396     GEPI->eraseFromParent();
 397   }
 398
 399   // Finally, delete the Alloca instruction
 400   AI->eraseFromParent();
 401   NumReplaced++;
 402 }
 403
 404
 405 /// isSafeElementUse - Check to see if this use is an allowed use for a
 406 /// getelementptr instruction of an array aggregate allocation.  isFirstElt
 407 /// indicates whether Ptr is known to the start of the aggregate.
 408 ///
 409 void SROA::isSafeElementUse(Value *Ptr, bool isFirstElt, AllocationInst *AI,
 410                             AllocaInfo &Info) {
 411   for (Value::use_iterator I = Ptr->use_begin(), E = Ptr->use_end();
 412        I != E; ++I) {
 413     Instruction *User = cast<Instruction>(*I);
 414     switch (User->getOpcode()) {
 415     case Instruction::Load:  break;
 416     case Instruction::Store:
 417       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
 418       if (User->getOperand(0) == Ptr) return MarkUnsafe(Info);
 419       break;
 420     case Instruction::GetElementPtr: {
 421       GetElementPtrInst *GEP = cast<GetElementPtrInst>(User);
 422       bool AreAllZeroIndices = isFirstElt;
 423       if (GEP->getNumOperands() > 1) {
 424         if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(1)) ||
 425             !cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))->isZero())
 426           // Using pointer arithmetic to navigate the array.
 427           return MarkUnsafe(Info);
 428
 429         if (AreAllZeroIndices)
 430           AreAllZeroIndices = GEP->hasAllZeroIndices();
 431       }
 432       isSafeElementUse(GEP, AreAllZeroIndices, AI, Info);
 433       if (Info.isUnsafe) return;
 434       break;
 435     }
 436     case Instruction::BitCast:
 437       if (isFirstElt) {
 438         isSafeUseOfBitCastedAllocation(cast<BitCastInst>(User), AI, Info);
 439         if (Info.isUnsafe) return;
 440         break;
 441       }
 442       DOUT << "  Transformation preventing inst: " << *User;
 443       return MarkUnsafe(Info);
 444     case Instruction::Call:
 445       if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
 446         if (isFirstElt) {
 447           isSafeMemIntrinsicOnAllocation(MI, AI, I.getOperandNo(), Info);
 448           if (Info.isUnsafe) return;
 449           break;
 450         }
 451       }
 452       DOUT << "  Transformation preventing inst: " << *User;
 453       return MarkUnsafe(Info);
 454     default:
 455       DOUT << "  Transformation preventing inst: " << *User;
 456       return MarkUnsafe(Info);
 457     }
 458   }
 459   return;  // All users look ok :)
 460 }
 461
 462 /// AllUsersAreLoads - Return true if all users of this value are loads.
 463 static bool AllUsersAreLoads(Value *Ptr) {
 464   for (Value::use_iterator I = Ptr->use_begin(), E = Ptr->use_end();
 465        I != E; ++I)
 466     if (cast<Instruction>(*I)->getOpcode() != Instruction::Load)
 467       return false;
 468   return true;
 469 }
 470
 471 /// isSafeUseOfAllocation - Check to see if this user is an allowed use for an
 472 /// aggregate allocation.
 473 ///
 474 void SROA::isSafeUseOfAllocation(Instruction *User, AllocationInst *AI,
 475                                  AllocaInfo &Info) {
 476   if (BitCastInst *C = dyn_cast<BitCastInst>(User))
 477     return isSafeUseOfBitCastedAllocation(C, AI, Info);
 478
 479   if (isa<LoadInst>(User))
 480     return; // Loads (returning a first class aggregrate) are always rewritable
 481
 482   if (isa<StoreInst>(User) && User->getOperand(0) != AI)
 483     return; // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
 484
 485   GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User);
 486   if (GEPI == 0)
 487     return MarkUnsafe(Info);
 488
 489   gep_type_iterator I = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
 490
 491   // The GEP is not safe to transform if not of the form "GEP <ptr>, 0, <cst>".
 492   if (I == E ||
 493       I.getOperand() != Constant::getNullValue(I.getOperand()->getType())) {
 494     return MarkUnsafe(Info);
 495   }
 496
 497   ++I;
 498   if (I == E) return MarkUnsafe(Info);  // ran out of GEP indices??
 499
 500   bool IsAllZeroIndices = true;
 501
 502   // If the first index is a non-constant index into an array, see if we can
 503   // handle it as a special case.
 504   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*I)) {
 505     if (!isa<ConstantInt>(I.getOperand())) {
 506       IsAllZeroIndices = 0;
 507       uint64_t NumElements = AT->getNumElements();
 508
 509       // If this is an array index and the index is not constant, we cannot
 510       // promote... that is unless the array has exactly one or two elements in
 511       // it, in which case we CAN promote it, but we have to canonicalize this
 512       // out if this is the only problem.
 513       if ((NumElements == 1 || NumElements == 2) &&
 514           AllUsersAreLoads(GEPI)) {
 515         Info.needsCanon = true;
 516         return;  // Canonicalization required!
 517       }
 518       return MarkUnsafe(Info);
 519     }
 520   }
 521
 522   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
 523   // into.
 524   for (; I != E; ++I) {
 525     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
 526     if (isa<StructType>(*I))
 527       continue;
 528
 529     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand());
 530     if (!IdxVal) return MarkUnsafe(Info);
 531
 532     // Are all indices still zero?
 533     IsAllZeroIndices &= IdxVal->isZero();
 534
 535     if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*I)) {
 536       // This GEP indexes an array.  Verify that this is an in-range constant
 537       // integer. Specifically, consider A[0][i]. We cannot know that the user
 538       // isn't doing invalid things like allowing i to index an out-of-range
 539       // subscript that accesses A[1].  Because of this, we have to reject SROA
 540       // of any accesses into structs where any of the components are variables.
 541       if (IdxVal->getZExtValue() >= AT->getNumElements())
 542         return MarkUnsafe(Info);
 543     } else if (const VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(*I)) {
 544       if (IdxVal->getZExtValue() >= VT->getNumElements())
 545         return MarkUnsafe(Info);
 546     }
 547   }
 548
 549   // If there are any non-simple uses of this getelementptr, make sure to reject
 550   // them.
 551   return isSafeElementUse(GEPI, IsAllZeroIndices, AI, Info);
 552 }
 553
 554 /// isSafeMemIntrinsicOnAllocation - Return true if the specified memory
 555 /// intrinsic can be promoted by SROA.  At this point, we know that the operand
 556 /// of the memintrinsic is a pointer to the beginning of the allocation.
 557 void SROA::isSafeMemIntrinsicOnAllocation(MemIntrinsic *MI, AllocationInst *AI,
 558                                           unsigned OpNo, AllocaInfo &Info) {
 559   // If not constant length, give up.
 560   ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
 561   if (!Length) return MarkUnsafe(Info);
 562
 563   // If not the whole aggregate, give up.
 564   if (Length->getZExtValue() !=
 565       TD->getTypePaddedSize(AI->getType()->getElementType()))
 566     return MarkUnsafe(Info);
 567
 568   // We only know about memcpy/memset/memmove.
 569   if (!isa<MemCpyInst>(MI) && !isa<MemSetInst>(MI) && !isa<MemMoveInst>(MI))
 570     return MarkUnsafe(Info);
 571
 572   // Otherwise, we can transform it.  Determine whether this is a memcpy/set
 573   // into or out of the aggregate.
 574   if (OpNo == 1)
 575     Info.isMemCpyDst = true;
 576   else {
 577     assert(OpNo == 2);
 578     Info.isMemCpySrc = true;
 579   }
 580 }
 581
 582 /// isSafeUseOfBitCastedAllocation - Return true if all users of this bitcast
 583 /// are
 584 void SROA::isSafeUseOfBitCastedAllocation(BitCastInst *BC, AllocationInst *AI,
 585                                           AllocaInfo &Info) {
 586   for (Value::use_iterator UI = BC->use_begin(), E = BC->use_end();
 587        UI != E; ++UI) {
 588     if (BitCastInst *BCU = dyn_cast<BitCastInst>(UI)) {
 589       isSafeUseOfBitCastedAllocation(BCU, AI, Info);
 590     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(UI)) {
 591       isSafeMemIntrinsicOnAllocation(MI, AI, UI.getOperandNo(), Info);
 592     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
 593       // If storing the entire alloca in one chunk through a bitcasted pointer
 594       // to integer, we can transform it.  This happens (for example) when you
 595       // cast a {i32,i32}* to i64* and store through it.  This is similar to the
 596       // memcpy case and occurs in various "byval" cases and emulated memcpys.
 597       if (isa<IntegerType>(SI->getOperand(0)->getType()) &&
 598           TD->getTypePaddedSize(SI->getOperand(0)->getType()) ==
 599           TD->getTypePaddedSize(AI->getType()->getElementType())) {
 600         Info.isMemCpyDst = true;
 601         continue;
 602       }
 603       return MarkUnsafe(Info);
 604     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UI)) {
 605       // If loading the entire alloca in one chunk through a bitcasted pointer
 606       // to integer, we can transform it.  This happens (for example) when you
 607       // cast a {i32,i32}* to i64* and load through it.  This is similar to the
 608       // memcpy case and occurs in various "byval" cases and emulated memcpys.
 609       if (isa<IntegerType>(LI->getType()) &&
 610           TD->getTypePaddedSize(LI->getType()) ==
 611           TD->getTypePaddedSize(AI->getType()->getElementType())) {
 612         Info.isMemCpySrc = true;
 613         continue;
 614       }
 615       return MarkUnsafe(Info);
 616     } else {
 617       return MarkUnsafe(Info);
 618     }
 619     if (Info.isUnsafe) return;
 620   }
 621 }
 622
 623 /// RewriteBitCastUserOfAlloca - BCInst (transitively) bitcasts AI, or indexes
 624 /// to its first element.  Transform users of the cast to use the new values
 625 /// instead.
 626 void SROA::RewriteBitCastUserOfAlloca(Instruction *BCInst, AllocationInst *AI,
 627                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
 628   Value::use_iterator UI = BCInst->use_begin(), UE = BCInst->use_end();
 629   while (UI != UE) {
 630     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
 631     if (BitCastInst *BCU = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
 632       RewriteBitCastUserOfAlloca(BCU, AI, NewElts);
 633       if (BCU->use_empty()) BCU->eraseFromParent();
 634       continue;
 635     }
 636
 637     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
 638       // This must be memcpy/memmove/memset of the entire aggregate.
 639       // Split into one per element.
 640       RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, BCInst, AI, NewElts);
 641       continue;
 642     }
 643
 644     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
 645       // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
 646       RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
 647       continue;
 648     }
 649
 650     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
 651       // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
 652       RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
 653       continue;
 654     }
 655
 656     // Otherwise it must be some other user of a gep of the first pointer.  Just
 657     // leave these alone.
 658     continue;
 659   }
 660 }
 661
 662 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
 663 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
 664 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *BCInst,
 665                                         AllocationInst *AI,
 666                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
 667
 668   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
 669   // appropriate type.
 670   Value *OtherPtr = 0;
 671   if (MemCpyInst *MCI = dyn_cast<MemCpyInst>(MI)) {
 672     if (BCInst == MCI->getRawDest())
 673       OtherPtr = MCI->getRawSource();
 674     else {
 675       assert(BCInst == MCI->getRawSource());
 676       OtherPtr = MCI->getRawDest();
 677     }
 678   } else if (MemMoveInst *MMI = dyn_cast<MemMoveInst>(MI)) {
 679     if (BCInst == MMI->getRawDest())
 680       OtherPtr = MMI->getRawSource();
 681     else {
 682       assert(BCInst == MMI->getRawSource());
 683       OtherPtr = MMI->getRawDest();
 684     }
 685   }
 686
 687   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
 688   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
 689   if (OtherPtr) {
 690     // It is likely that OtherPtr is a bitcast, if so, remove it.
 691     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(OtherPtr))
 692       OtherPtr = BC->getOperand(0);
 693     // All zero GEPs are effectively bitcasts.
 694     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(OtherPtr))
 695       if (GEP->hasAllZeroIndices())
 696         OtherPtr = GEP->getOperand(0);
 697
 698     if (ConstantExpr *BCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OtherPtr))
 699       if (BCE->getOpcode() == Instruction::BitCast)
 700         OtherPtr = BCE->getOperand(0);
 701
 702     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
 703     // type.
 704     if (OtherPtr->getType() != AI->getType())
 705       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, AI->getType(), OtherPtr->getName(),
 706                                  MI);
 707   }
 708
 709   // Process each element of the aggregate.
 710   Value *TheFn = MI->getOperand(0);
 711   const Type *BytePtrTy = MI->getRawDest()->getType();
 712   bool SROADest = MI->getRawDest() == BCInst;
 713
 714   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::Int32Ty);
 715
 716   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
 717     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
 718     Value *OtherElt = 0;
 719     if (OtherPtr) {
 720       Value *Idx[2] = { Zero, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, i) };
 721       OtherElt = GetElementPtrInst::Create(OtherPtr, Idx, Idx + 2,
 722                                            OtherPtr->getNameStr()+"."+utostr(i),
 723                                            MI);
 724     }
 725
 726     Value *EltPtr = NewElts[i];
 727     const Type *EltTy =cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
 728
 729     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
 730     if (EltTy->isSingleValueType()) {
 731       if (isa<MemCpyInst>(MI) || isa<MemMoveInst>(MI)) {
 732         Value *Elt = new LoadInst(SROADest ? OtherElt : EltPtr, "tmp",
 733                                   MI);
 734         new StoreInst(Elt, SROADest ? EltPtr : OtherElt, MI);
 735         continue;
 736       }
 737       assert(isa<MemSetInst>(MI));
 738
 739       // If the stored element is zero (common case), just store a null
 740       // constant.
 741       Constant *StoreVal;
 742       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getOperand(2))) {
 743         if (CI->isZero()) {
 744           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
 745         } else {
 746           // If EltTy is a vector type, get the element type.
 747           const Type *ValTy = EltTy;
 748           if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(ValTy))
 749             ValTy = VTy->getElementType();
 750
 751           // Construct an integer with the right value.
 752           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
 753           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
 754           APInt TotalVal(OneVal);
 755           // Set each byte.
 756           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
 757             TotalVal = TotalVal.shl(8);
 758             TotalVal |= OneVal;
 759           }
 760
 761           // Convert the integer value to the appropriate type.
 762           StoreVal = ConstantInt::get(TotalVal);
 763           if (isa<PointerType>(ValTy))
 764             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
 765           else if (ValTy->isFloatingPoint())
 766             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
 767           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
 768
 769           // If the requested value was a vector constant, create it.
 770           if (EltTy != ValTy) {
 771             unsigned NumElts = cast<VectorType>(ValTy)->getNumElements();
 772             SmallVector<Constant*, 16> Elts(NumElts, StoreVal);
 773             StoreVal = ConstantVector::get(&Elts[0], NumElts);
 774           }
 775         }
 776         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
 777         continue;
 778       }
 779       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
 780       // this element.
 781     }
 782
 783     // Cast the element pointer to BytePtrTy.
 784     if (EltPtr->getType() != BytePtrTy)
 785       EltPtr = new BitCastInst(EltPtr, BytePtrTy, EltPtr->getNameStr(), MI);
 786
 787     // Cast the other pointer (if we have one) to BytePtrTy.
 788     if (OtherElt && OtherElt->getType() != BytePtrTy)
 789       OtherElt = new BitCastInst(OtherElt, BytePtrTy,OtherElt->getNameStr(),
 790                                  MI);
 791
 792     unsigned EltSize = TD->getTypePaddedSize(EltTy);
 793
 794     // Finally, insert the meminst for this element.
 795     if (isa<MemCpyInst>(MI) || isa<MemMoveInst>(MI)) {
 796       Value *Ops[] = {
 797         SROADest ? EltPtr : OtherElt,  // Dest ptr
 798         SROADest ? OtherElt : EltPtr,  // Src ptr
 799         ConstantInt::get(MI->getOperand(3)->getType(), EltSize), // Size
 800         Zero  // Align
 801       };
 802       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 4, "", MI);
 803     } else {
 804       assert(isa<MemSetInst>(MI));
 805       Value *Ops[] = {
 806         EltPtr, MI->getOperand(2),  // Dest, Value,
 807         ConstantInt::get(MI->getOperand(3)->getType(), EltSize), // Size
 808         Zero  // Align
 809       };
 810       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 4, "", MI);
 811     }
 812   }
 813   MI->eraseFromParent();
 814 }
 815
 816 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found an store of an integer that
 817 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
 818 /// integer and store them individually.
 819 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI,
 820                                          AllocationInst *AI,
 821                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
 822   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
 823   // and store the element value to the individual alloca.
 824   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
 825   const Type *AllocaEltTy = AI->getType()->getElementType();
 826   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypePaddedSizeInBits(AllocaEltTy);
 827
 828   // If this isn't a store of an integer to the whole alloca, it may be a store
 829   // to the first element.  Just ignore the store in this case and normal SROA
 830   // will handle it.
 831   if (!isa<IntegerType>(SrcVal->getType()) ||
 832       TD->getTypePaddedSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
 833     return;
 834
 835   DOUT << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << *SI;
 836
 837   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
 838   // have different ways to compute the element offset.
 839   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
 840     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
 841
 842     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
 843       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
 844       const Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
 845       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
 846
 847       if (TD->isBigEndian())
 848         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypePaddedSizeInBits(FieldTy);
 849
 850       Value *EltVal = SrcVal;
 851       if (Shift) {
 852         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
 853         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
 854                                             "sroa.store.elt", SI);
 855       }
 856
 857       // Truncate down to an integer of the right size.
 858       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
 859
 860       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
 861       if (FieldSizeBits == 0) continue;
 862
 863       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
 864         EltVal = new TruncInst(EltVal, IntegerType::get(FieldSizeBits), "", SI);
 865       Value *DestField = NewElts[i];
 866       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
 867         // Storing to an integer field of this size, just do it.
 868       } else if (FieldTy->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(FieldTy)) {
 869         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
 870         EltVal = new BitCastInst(EltVal, FieldTy, "", SI);
 871       } else {
 872         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
 873         DestField = new BitCastInst(DestField,
 874                                     PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
 875                                     "", SI);
 876       }
 877       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
 878     }
 879
 880   } else {
 881     const ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
 882     const Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
 883     uint64_t ElementOffset = TD->getTypePaddedSizeInBits(ArrayEltTy);
 884     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
 885
 886     uint64_t Shift;
 887
 888     if (TD->isBigEndian())
 889       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
 890     else
 891       Shift = 0;
 892
 893     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
 894       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
 895       if (ElementSizeBits == 0) continue;
 896
 897       Value *EltVal = SrcVal;
 898       if (Shift) {
 899         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
 900         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
 901                                             "sroa.store.elt", SI);
 902       }
 903
 904       // Truncate down to an integer of the right size.
 905       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
 906         EltVal = new TruncInst(EltVal, IntegerType::get(ElementSizeBits),"",SI);
 907       Value *DestField = NewElts[i];
 908       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
 909         // Storing to an integer field of this size, just do it.
 910       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(ArrayEltTy)) {
 911         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
 912         EltVal = new BitCastInst(EltVal, ArrayEltTy, "", SI);
 913       } else {
 914         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
 915         DestField = new BitCastInst(DestField,
 916                                     PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
 917                                     "", SI);
 918       }
 919       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
 920
 921       if (TD->isBigEndian())
 922         Shift -= ElementOffset;
 923       else
 924         Shift += ElementOffset;
 925     }
 926   }
 927
 928   SI->eraseFromParent();
 929 }
 930
 931 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found an load of the entire allocation to
 932 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
 933 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocationInst *AI,
 934                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
 935   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
 936   // and form the result value.
 937   const Type *AllocaEltTy = AI->getType()->getElementType();
 938   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypePaddedSizeInBits(AllocaEltTy);
 939
 940   // If this isn't a load of the whole alloca to an integer, it may be a load
 941   // of the first element.  Just ignore the load in this case and normal SROA
 942   // will handle it.
 943   if (!isa<IntegerType>(LI->getType()) ||
 944       TD->getTypePaddedSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
 945     return;
 946
 947   DOUT << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << *LI;
 948
 949   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
 950   // have different ways to compute the element offset.
 951   const StructLayout *Layout = 0;
 952   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
 953   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
 954     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
 955   } else {
 956     const Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
 957     ArrayEltBitOffset = TD->getTypePaddedSizeInBits(ArrayEltTy);
 958   }
 959
 960   Value *ResultVal = Constant::getNullValue(LI->getType());
 961
 962   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
 963     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
 964     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
 965     Value *SrcField = NewElts[i];
 966     const Type *FieldTy =
 967       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
 968     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
 969
 970     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
 971     if (FieldSizeBits == 0) continue;
 972
 973     const IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(FieldSizeBits);
 974     if (!isa<IntegerType>(FieldTy) && !FieldTy->isFloatingPoint() &&
 975         !isa<VectorType>(FieldTy))
 976       SrcField = new BitCastInst(SrcField, PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
 977                                  "", LI);
 978     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
 979
 980     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
 981     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
 982     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
 983       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
 984
 985     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
 986     // we can shift and insert it.
 987     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
 988       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
 989
 990     // Determine the number of bits to shift SrcField.
 991     uint64_t Shift;
 992     if (Layout) // Struct case.
 993       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
 994     else  // Array case.
 995       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
 996
 997     if (TD->isBigEndian())
 998       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
 999
1000     if (Shift) {
1001       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
1002       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
1003     }
1004
1005     ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
1006   }
1007
1008   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
1009   LI->eraseFromParent();
1010 }
1011
1012
1013 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
1014 /// alignment padding, false otherwise.
1015 static bool HasPadding(const Type *Ty, const TargetData &TD) {
1016   if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
1017     const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1018     unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
1019     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1020       unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
1021
1022       // Padding in sub-elements?
1023       if (HasPadding(STy->getElementType(i), TD))
1024         return true;
1025
1026       // Check to see if there is any padding between this element and the
1027       // previous one.
1028       if (i) {
1029         unsigned PrevFieldEnd =
1030         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
1031         if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
1032           return true;
1033       }
1034
1035       PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
1036     }
1037
1038     //  Check for tail padding.
1039     if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
1040       unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
1041                    TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
1042       if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
1043         return true;
1044     }
1045
1046   } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1047     return HasPadding(ATy->getElementType(), TD);
1048   } else if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1049     return HasPadding(VTy->getElementType(), TD);
1050   }
1051   return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypePaddedSizeInBits(Ty);
1052 }
1053
1054 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
1055 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
1056 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
1057 ///
1058 int SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocationInst *AI) {
1059   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
1060   // the users are safe to transform.
1061   AllocaInfo Info;
1062
1063   for (Value::use_iterator I = AI->use_begin(), E = AI->use_end();
1064        I != E; ++I) {
1065     isSafeUseOfAllocation(cast<Instruction>(*I), AI, Info);
1066     if (Info.isUnsafe) {
1067       DOUT << "Cannot transform: " << *AI << "  due to user: " << **I;
1068       return 0;
1069     }
1070   }
1071
1072   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
1073   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
1074   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
1075   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
1076   // struct.
1077   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
1078       HasPadding(AI->getType()->getElementType(), *TD))
1079     return 0;
1080
1081   // If we require cleanup, return 1, otherwise return 3.
1082   return Info.needsCanon ? 1 : 3;
1083 }
1084
1085 /// CanonicalizeAllocaUsers - If SROA reported that it can promote the specified
1086 /// allocation, but only if cleaned up, perform the cleanups required.
1087 void SROA::CanonicalizeAllocaUsers(AllocationInst *AI) {
1088   // At this point, we know that the end result will be SROA'd and promoted, so
1089   // we can insert ugly code if required so long as sroa+mem2reg will clean it
1090   // up.
1091   for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), E = AI->use_end();
1092        UI != E; ) {
1093     GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*UI++);
1094     if (!GEPI) continue;
1095     gep_type_iterator I = gep_type_begin(GEPI);
1096     ++I;
1097
1098     if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*I)) {
1099       uint64_t NumElements = AT->getNumElements();
1100
1101       if (!isa<ConstantInt>(I.getOperand())) {
1102         if (NumElements == 1) {
1103           GEPI->setOperand(2, Constant::getNullValue(Type::Int32Ty));
1104         } else {
1105           assert(NumElements == 2 && "Unhandled case!");
1106           // All users of the GEP must be loads.  At each use of the GEP, insert
1107           // two loads of the appropriate indexed GEP and select between them.
1108           Value *IsOne = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, I.getOperand(),
1109                               Constant::getNullValue(I.getOperand()->getType()),
1110              "isone", GEPI);
1111           // Insert the new GEP instructions, which are properly indexed.
1112           SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin()+1, GEPI->op_end());
1113           Indices[1] = Constant::getNullValue(Type::Int32Ty);
1114           Value *ZeroIdx = GetElementPtrInst::Create(GEPI->getOperand(0),
1115                                                      Indices.begin(),
1116                                                      Indices.end(),
1117                                                      GEPI->getName()+".0", GEPI);
1118           Indices[1] = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1);
1119           Value *OneIdx = GetElementPtrInst::Create(GEPI->getOperand(0),
1120                                                     Indices.begin(),
1121                                                     Indices.end(),
1122                                                     GEPI->getName()+".1", GEPI);
1123           // Replace all loads of the variable index GEP with loads from both
1124           // indexes and a select.
1125           while (!GEPI->use_empty()) {
1126             LoadInst *LI = cast<LoadInst>(GEPI->use_back());
1127             Value *Zero = new LoadInst(ZeroIdx, LI->getName()+".0", LI);
1128             Value *One  = new LoadInst(OneIdx , LI->getName()+".1", LI);
1129             Value *R = SelectInst::Create(IsOne, One, Zero, LI->getName(), LI);
1130             LI->replaceAllUsesWith(R);
1131             LI->eraseFromParent();
1132           }
1133           GEPI->eraseFromParent();
1134         }
1135       }
1136     }
1137   }
1138 }
1139
1140 /// MergeInType - Add the 'In' type to the accumulated type so far.  If the
1141 /// types are incompatible, return true, otherwise update Accum and return
1142 /// false.
1143 ///
1144 /// There are three cases we handle here:
1145 ///   1) An effectively-integer union, where the pieces are stored into as
1146 ///      smaller integers (common with byte swap and other idioms).
1147 ///   2) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
1148 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
1149 ///   3) A union of scalar types, such as int/float or int/pointer.  Here we
1150 ///      merge together into integers, allowing the xform to work with #1 as
1151 ///      well.
1152 static bool MergeInType(const Type *In, const Type *&Accum,
1153                         const TargetData &TD) {
1154   // If this is our first type, just use it.
1155   const VectorType *PTy;
1156   if (Accum == Type::VoidTy || In == Accum) {
1157     Accum = In;
1158   } else if (In == Type::VoidTy) {
1159     // Noop.
1160   } else if (In->isInteger() && Accum->isInteger()) {   // integer union.
1161     // Otherwise pick whichever type is larger.
1162     if (cast<IntegerType>(In)->getBitWidth() >
1163         cast<IntegerType>(Accum)->getBitWidth())
1164       Accum = In;
1165   } else if (isa<PointerType>(In) && isa<PointerType>(Accum)) {
1166     // Pointer unions just stay as one of the pointers.
1167   } else if (isa<VectorType>(In) || isa<VectorType>(Accum)) {
1168     if ((PTy = dyn_cast<VectorType>(Accum)) &&
1169         PTy->getElementType() == In) {
1170       // Accum is a vector, and we are accessing an element: ok.
1171     } else if ((PTy = dyn_cast<VectorType>(In)) &&
1172                PTy->getElementType() == Accum) {
1173       // In is a vector, and accum is an element: ok, remember In.
1174       Accum = In;
1175     } else if ((PTy = dyn_cast<VectorType>(In)) && isa<VectorType>(Accum) &&
1176                PTy->getBitWidth() == cast<VectorType>(Accum)->getBitWidth()) {
1177       // Two vectors of the same size: keep Accum.
1178     } else {
1179       // Cannot insert an short into a <4 x int> or handle
1180       // <2 x int> -> <4 x int>
1181       return true;
1182     }
1183   } else {
1184     // Pointer/FP/Integer unions merge together as integers.
1185     switch (Accum->getTypeID()) {
1186     case Type::PointerTyID: Accum = TD.getIntPtrType(); break;
1187     case Type::FloatTyID:   Accum = Type::Int32Ty; break;
1188     case Type::DoubleTyID:  Accum = Type::Int64Ty; break;
1189     case Type::X86_FP80TyID:  return true;
1190     case Type::FP128TyID: return true;
1191     case Type::PPC_FP128TyID: return true;
1192     default:
1193       assert(Accum->isInteger() && "Unknown FP type!");
1194       break;
1195     }
1196
1197     switch (In->getTypeID()) {
1198     case Type::PointerTyID: In = TD.getIntPtrType(); break;
1199     case Type::FloatTyID:   In = Type::Int32Ty; break;
1200     case Type::DoubleTyID:  In = Type::Int64Ty; break;
1201     case Type::X86_FP80TyID:  return true;
1202     case Type::FP128TyID: return true;
1203     case Type::PPC_FP128TyID: return true;
1204     default:
1205       assert(In->isInteger() && "Unknown FP type!");
1206       break;
1207     }
1208     return MergeInType(In, Accum, TD);
1209   }
1210   return false;
1211 }
1212
1213 /// getIntAtLeastAsBigAs - Return an integer type that is at least as big as the
1214 /// specified type.  If there is no suitable type, this returns null.
1215 const Type *getIntAtLeastAsBigAs(unsigned NumBits) {
1216   if (NumBits > 64) return 0;
1217   if (NumBits > 32) return Type::Int64Ty;
1218   if (NumBits > 16) return Type::Int32Ty;
1219   if (NumBits > 8) return Type::Int16Ty;
1220   return Type::Int8Ty;
1221 }
1222
1223 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee to a
1224 /// single scalar integer type, return that type.  Further, if the use is not
1225 /// a completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  If
1226 /// there are no uses of this pointer, return Type::VoidTy to differentiate from
1227 /// failure.
1228 ///
1229 const Type *SROA::CanConvertToScalar(Value *V, bool &IsNotTrivial) {
1230   const Type *UsedType = Type::VoidTy; // No uses, no forced type.
1231   const PointerType *PTy = cast<PointerType>(V->getType());
1232
1233   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1234     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1235
1236     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1237       // FIXME: Loads of a first class aggregrate value could be converted to a
1238       // series of loads and insertvalues
1239       if (!LI->getType()->isSingleValueType())
1240         return 0;
1241
1242       if (MergeInType(LI->getType(), UsedType, *TD))
1243         return 0;
1244       continue;
1245     }
1246
1247     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1248       // Storing the pointer, not into the value?
1249       if (SI->getOperand(0) == V) return 0;
1250
1251       // FIXME: Stores of a first class aggregrate value could be converted to a
1252       // series of extractvalues and stores
1253       if (!SI->getOperand(0)->getType()->isSingleValueType())
1254         return 0;
1255
1256       // NOTE: We could handle storing of FP imms into integers here!
1257
1258       if (MergeInType(SI->getOperand(0)->getType(), UsedType, *TD))
1259         return 0;
1260       continue;
1261     }
1262     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1263       IsNotTrivial = true;
1264       const Type *SubTy = CanConvertToScalar(CI, IsNotTrivial);
1265       if (!SubTy || MergeInType(SubTy, UsedType, *TD)) return 0;
1266       continue;
1267     }
1268
1269     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1270       // Check to see if this is stepping over an element: GEP Ptr, int C
1271       if (GEP->getNumOperands() == 2 && isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))) {
1272         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))->getZExtValue();
1273         unsigned ElSize = TD->getTypePaddedSize(PTy->getElementType());
1274         unsigned BitOffset = Idx*ElSize*8;
1275         if (BitOffset > 64 || !isPowerOf2_32(ElSize)) return 0;
1276
1277         IsNotTrivial = true;
1278         const Type *SubElt = CanConvertToScalar(GEP, IsNotTrivial);
1279         if (SubElt == 0) return 0;
1280         if (SubElt != Type::VoidTy && SubElt->isInteger()) {
1281           const Type *NewTy =
1282             getIntAtLeastAsBigAs(TD->getTypePaddedSizeInBits(SubElt)+BitOffset);
1283           if (NewTy == 0 || MergeInType(NewTy, UsedType, *TD)) return 0;
1284           continue;
1285         }
1286         // Cannot handle this!
1287         return 0;
1288       }
1289
1290       if (GEP->getNumOperands() == 3 &&
1291           isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(1)) &&
1292           isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)) &&
1293           cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))->isZero()) {
1294         // We are stepping into an element, e.g. a structure or an array:
1295         // GEP Ptr, i32 0, i32 Cst
1296         const Type *AggTy = PTy->getElementType();
1297         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2))->getZExtValue();
1298
1299         if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(AggTy)) {
1300           if (Idx >= ATy->getNumElements()) return 0;  // Out of range.
1301         } else if (const VectorType *VectorTy = dyn_cast<VectorType>(AggTy)) {
1302           // Getting an element of the vector.
1303           if (Idx >= VectorTy->getNumElements()) return 0;  // Out of range.
1304
1305           // Merge in the vector type.
1306           if (MergeInType(VectorTy, UsedType, *TD)) return 0;
1307
1308           const Type *SubTy = CanConvertToScalar(GEP, IsNotTrivial);
1309           if (SubTy == 0) return 0;
1310
1311           if (SubTy != Type::VoidTy && MergeInType(SubTy, UsedType, *TD))
1312             return 0;
1313
1314           // We'll need to change this to an insert/extract element operation.
1315           IsNotTrivial = true;
1316           continue;    // Everything looks ok
1317
1318         } else if (isa<StructType>(AggTy)) {
1319           // Structs are always ok.
1320         } else {
1321           return 0;
1322         }
1323         const Type *NTy =
1324           getIntAtLeastAsBigAs(TD->getTypePaddedSizeInBits(AggTy));
1325         if (NTy == 0 || MergeInType(NTy, UsedType, *TD)) return 0;
1326         const Type *SubTy = CanConvertToScalar(GEP, IsNotTrivial);
1327         if (SubTy == 0) return 0;
1328         if (SubTy != Type::VoidTy && MergeInType(SubTy, UsedType, *TD))
1329           return 0;
1330         continue;    // Everything looks ok
1331       }
1332       return 0;
1333     }
1334
1335     // Cannot handle this!
1336     return 0;
1337   }
1338
1339   return UsedType;
1340 }
1341
1342 /// ConvertToScalar - The specified alloca passes the CanConvertToScalar
1343 /// predicate and is non-trivial.  Convert it to something that can be trivially
1344 /// promoted into a register by mem2reg.
1345 void SROA::ConvertToScalar(AllocationInst *AI, const Type *ActualTy) {
1346   DOUT << "CONVERT TO SCALAR: " << *AI << "  TYPE = "
1347        << *ActualTy << "\n";
1348   ++NumConverted;
1349
1350   BasicBlock *EntryBlock = AI->getParent();
1351   assert(EntryBlock == &EntryBlock->getParent()->getEntryBlock() &&
1352          "Not in the entry block!");
1353   EntryBlock->getInstList().remove(AI);  // Take the alloca out of the program.
1354
1355   // Create and insert the alloca.
1356   AllocaInst *NewAI = new AllocaInst(ActualTy, 0, AI->getName(),
1357                                      EntryBlock->begin());
1358   ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
1359   delete AI;
1360 }
1361
1362
1363 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
1364 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
1365 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
1366 /// vector with insert/extractelement instructions.
1367 ///
1368 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1369 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
1370 void SROA::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, unsigned Offset) {
1371   while (!Ptr->use_empty()) {
1372     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
1373
1374     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1375       Value *NV = ConvertUsesOfLoadToScalar(LI, NewAI, Offset);
1376       LI->replaceAllUsesWith(NV);
1377       LI->eraseFromParent();
1378       continue;
1379     }
1380
1381     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1382       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
1383
1384       Value *SV = ConvertUsesOfStoreToScalar(SI, NewAI, Offset);
1385       new StoreInst(SV, NewAI, SI);
1386       SI->eraseFromParent();
1387       continue;
1388     }
1389
1390     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1391       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset);
1392       CI->eraseFromParent();
1393       continue;
1394     }
1395
1396     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1397       const PointerType *AggPtrTy =
1398         cast<PointerType>(GEP->getOperand(0)->getType());
1399       unsigned AggSizeInBits =
1400         TD->getTypePaddedSizeInBits(AggPtrTy->getElementType());
1401
1402       // Check to see if this is stepping over an element: GEP Ptr, int C
1403       unsigned NewOffset = Offset;
1404       if (GEP->getNumOperands() == 2) {
1405         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))->getZExtValue();
1406         unsigned BitOffset = Idx*AggSizeInBits;
1407
1408         NewOffset += BitOffset;
1409         ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, NewOffset);
1410         GEP->eraseFromParent();
1411         continue;
1412       }
1413
1414       assert(GEP->getNumOperands() == 3 && "Unsupported operation");
1415
1416       // We know that operand #2 is zero.
1417       unsigned Idx = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2))->getZExtValue();
1418       const Type *AggTy = AggPtrTy->getElementType();
1419       if (const SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(AggTy)) {
1420         unsigned ElSizeBits =
1421           TD->getTypePaddedSizeInBits(SeqTy->getElementType());
1422
1423         NewOffset += ElSizeBits*Idx;
1424       } else {
1425         const StructType *STy = cast<StructType>(AggTy);
1426         unsigned EltBitOffset =
1427           TD->getStructLayout(STy)->getElementOffsetInBits(Idx);
1428
1429         NewOffset += EltBitOffset;
1430       }
1431       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, NewOffset);
1432       GEP->eraseFromParent();
1433       continue;
1434     }
1435
1436     assert(0 && "Unsupported operation!");
1437     abort();
1438   }
1439 }
1440
1441 /// ConvertUsesOfLoadToScalar - Convert all of the users the specified load to
1442 /// use the new alloca directly, returning the value that should replace the
1443 /// load.  This happens when we are converting an "integer union" to a
1444 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
1445 /// vector with insert/extractelement instructions.
1446 ///
1447 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1448 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
1449 Value *SROA::ConvertUsesOfLoadToScalar(LoadInst *LI, AllocaInst *NewAI,
1450                                        unsigned Offset) {
1451   // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
1452   Value *NV = new LoadInst(NewAI, LI->getName(), LI);
1453
1454   if (NV->getType() == LI->getType() && Offset == 0) {
1455     // We win, no conversion needed.
1456     return NV;
1457   }
1458
1459   // If the result type of the 'union' is a pointer, then this must be ptr->ptr
1460   // cast.  Anything else would result in NV being an integer.
1461   if (isa<PointerType>(NV->getType())) {
1462     assert(isa<PointerType>(LI->getType()));
1463     return new BitCastInst(NV, LI->getType(), LI->getName(), LI);
1464   }
1465
1466   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(NV->getType())) {
1467     // If the result alloca is a vector type, this is either an element
1468     // access or a bitcast to another vector type.
1469     if (isa<VectorType>(LI->getType()))
1470       return new BitCastInst(NV, LI->getType(), LI->getName(), LI);
1471
1472     // Otherwise it must be an element access.
1473     unsigned Elt = 0;
1474     if (Offset) {
1475       unsigned EltSize = TD->getTypePaddedSizeInBits(VTy->getElementType());
1476       Elt = Offset/EltSize;
1477       Offset -= EltSize*Elt;
1478     }
1479     NV = new ExtractElementInst(NV, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, Elt),
1480                                 "tmp", LI);
1481
1482     // If we're done, return this element.
1483     if (NV->getType() == LI->getType() && Offset == 0)
1484       return NV;
1485   }
1486
1487   const IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(NV->getType());
1488
1489   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
1490   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1491   int ShAmt = 0;
1492   if (TD->isBigEndian()) {
1493     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1494     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1495     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1496     ShAmt = TD->getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
1497             TD->getTypeStoreSizeInBits(LI->getType()) - Offset;
1498   } else {
1499     ShAmt = Offset;
1500   }
1501
1502   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
1503   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
1504   // only some bits are used.
1505   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
1506     NV = BinaryOperator::CreateLShr(NV,
1507                                     ConstantInt::get(NV->getType(),ShAmt),
1508                                     LI->getName(), LI);
1509   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
1510     NV = BinaryOperator::CreateShl(NV,
1511                                    ConstantInt::get(NV->getType(),-ShAmt),
1512                                    LI->getName(), LI);
1513
1514   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
1515   unsigned LIBitWidth = TD->getTypeSizeInBits(LI->getType());
1516   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
1517     NV = new TruncInst(NV, IntegerType::get(LIBitWidth),
1518                        LI->getName(), LI);
1519
1520   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
1521   if (isa<IntegerType>(LI->getType())) {
1522     // Should be done.
1523   } else if (LI->getType()->isFloatingPoint()) {
1524     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
1525     NV = new BitCastInst(NV, LI->getType(), LI->getName(), LI);
1526   } else {
1527     // Otherwise must be a pointer.
1528     NV = new IntToPtrInst(NV, LI->getType(), LI->getName(), LI);
1529   }
1530   assert(NV->getType() == LI->getType() && "Didn't convert right?");
1531   return NV;
1532 }
1533
1534
1535 /// ConvertUsesOfStoreToScalar - Convert the specified store to a load+store
1536 /// pair of the new alloca directly, returning the value that should be stored
1537 /// to the alloca.  This happens when we are converting an "integer union" to a
1538 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
1539 /// vector with insert/extractelement instructions.
1540 ///
1541 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1542 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
1543 Value *SROA::ConvertUsesOfStoreToScalar(StoreInst *SI, AllocaInst *NewAI,
1544                                         unsigned Offset) {
1545
1546   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
1547   // then 'or' into place.
1548   Value *SV = SI->getOperand(0);
1549   const Type *AllocaType = NewAI->getType()->getElementType();
1550   if (SV->getType() == AllocaType && Offset == 0) {
1551     // All is well.
1552   } else if (const VectorType *PTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
1553     Value *Old = new LoadInst(NewAI, NewAI->getName()+".in", SI);
1554
1555     // If the result alloca is a vector type, this is either an element
1556     // access or a bitcast to another vector type.
1557     if (isa<VectorType>(SV->getType())) {
1558       SV = new BitCastInst(SV, AllocaType, SV->getName(), SI);
1559     } else {
1560       // Must be an element insertion.
1561       unsigned Elt = Offset/TD->getTypePaddedSizeInBits(PTy->getElementType());
1562       SV = InsertElementInst::Create(Old, SV,
1563                                      ConstantInt::get(Type::Int32Ty, Elt),
1564                                      "tmp", SI);
1565     }
1566   } else if (isa<PointerType>(AllocaType)) {
1567     // If the alloca type is a pointer, then all the elements must be
1568     // pointers.
1569     if (SV->getType() != AllocaType)
1570       SV = new BitCastInst(SV, AllocaType, SV->getName(), SI);
1571   } else {
1572     Value *Old = new LoadInst(NewAI, NewAI->getName()+".in", SI);
1573
1574     // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
1575     // If it is a pointer, do the same, and also handle ptr->ptr casts
1576     // here.
1577     unsigned SrcWidth = TD->getTypeSizeInBits(SV->getType());
1578     unsigned DestWidth = TD->getTypeSizeInBits(AllocaType);
1579     unsigned SrcStoreWidth = TD->getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
1580     unsigned DestStoreWidth = TD->getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
1581     if (SV->getType()->isFloatingPoint())
1582       SV = new BitCastInst(SV, IntegerType::get(SrcWidth),
1583                            SV->getName(), SI);
1584     else if (isa<PointerType>(SV->getType()))
1585       SV = new PtrToIntInst(SV, TD->getIntPtrType(), SV->getName(), SI);
1586
1587     // Always zero extend the value if needed.
1588     if (SV->getType() != AllocaType)
1589       SV = new ZExtInst(SV, AllocaType, SV->getName(), SI);
1590
1591     // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
1592     // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1593     int ShAmt = 0;
1594     if (TD->isBigEndian()) {
1595       // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1596       // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1597       // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1598       ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
1599     } else {
1600       ShAmt = Offset;
1601     }
1602
1603     // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
1604     // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
1605     // only some bits in the structure are set.
1606     APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
1607     if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
1608       SV = BinaryOperator::CreateShl(SV,
1609                                      ConstantInt::get(SV->getType(), ShAmt),
1610                                      SV->getName(), SI);
1611       Mask <<= ShAmt;
1612     } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
1613       SV = BinaryOperator::CreateLShr(SV,
1614                                       ConstantInt::get(SV->getType(),-ShAmt),
1615                                       SV->getName(), SI);
1616       Mask = Mask.lshr(ShAmt);
1617     }
1618
1619     // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
1620     // in the new bits.
1621     if (SrcWidth != DestWidth) {
1622       assert(DestWidth > SrcWidth);
1623       Old = BinaryOperator::CreateAnd(Old, ConstantInt::get(~Mask),
1624                                       Old->getName()+".mask", SI);
1625       SV = BinaryOperator::CreateOr(Old, SV, SV->getName()+".ins", SI);
1626     }
1627   }
1628   return SV;
1629 }
1630
1631
1632
1633 /// PointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
1634 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
1635 /// constant expressions because we don't can't rewrite arbitrary instructions.
1636 static bool PointsToConstantGlobal(Value *V) {
1637   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
1638     return GV->isConstant();
1639   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
1640     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
1641         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
1642       return PointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
1643   return false;
1644 }
1645
1646 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
1647 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
1648 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
1649 /// track of whether it moves the pointer (with isOffset) but otherwise traverse
1650 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
1651 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant  global, we
1652 /// can optimize this.
1653 static bool isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, Instruction *&TheCopy,
1654                                            bool isOffset) {
1655   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1656     if (isa<LoadInst>(*UI)) {
1657       // Ignore loads, they are always ok.
1658       continue;
1659     }
1660     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(*UI)) {
1661       // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
1662       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(BCI, TheCopy, isOffset))
1663         return false;
1664       continue;
1665     }
1666     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*UI)) {
1667       // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer.  If it
1668       // doesn't, it does.
1669       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(GEP, TheCopy,
1670                                          isOffset || !GEP->hasAllZeroIndices()))
1671         return false;
1672       continue;
1673     }
1674
1675     // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
1676     // handle.
1677     if (!isa<MemCpyInst>(*UI) && !isa<MemMoveInst>(*UI))
1678       return false;
1679
1680     // If we already have seen a copy, reject the second one.
1681     if (TheCopy) return false;
1682
1683     // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
1684     // safely handle this.
1685     if (isOffset) return false;
1686
1687     // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
1688     if (UI.getOperandNo() != 1) return false;
1689
1690     MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(*UI);
1691
1692     // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
1693     if (!PointsToConstantGlobal(MI->getOperand(2)))
1694       return false;
1695
1696     // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
1697     TheCopy = MI;
1698   }
1699   return true;
1700 }
1701
1702 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
1703 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
1704 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
1705 Instruction *SROA::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocationInst *AI) {
1706   Instruction *TheCopy = 0;
1707   if (::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, false))
1708     return TheCopy;
1709   return 0;
1710 }