4fdaa1ef922c2d2cd1ff48f9e8aaf8bb00c03fd8
[oota-llvm.git] / 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/LLVMContext.h"
31 #include "llvm/Module.h"
32 #include "llvm/Pass.h"
33 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
34 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
35 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
36 #include "llvm/Target/TargetData.h"
37 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
38 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
39 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
40 #include "llvm/Support/CallSite.h"
41 #include "llvm/Support/Debug.h"
42 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
43 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
44 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
45 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
46 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
47 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
48 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
49 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
50 using namespace llvm;
51
52 STATISTIC(NumReplaced,  "Number of allocas broken up");
53 STATISTIC(NumPromoted,  "Number of allocas promoted");
54 STATISTIC(NumAdjusted,  "Number of scalar allocas adjusted to allow promotion");
55 STATISTIC(NumConverted, "Number of aggregates converted to scalar");
56 STATISTIC(NumGlobals,   "Number of allocas copied from constant global");
57
58 namespace {
59   struct SROA : public FunctionPass {
60     SROA(int T, bool hasDT, char &ID)
61       : FunctionPass(ID), HasDomTree(hasDT) {
62       if (T == -1)
63         SRThreshold = 128;
64       else
65         SRThreshold = T;
66     }
67
68     bool runOnFunction(Function &F);
69
70     bool performScalarRepl(Function &F);
71     bool performPromotion(Function &F);
72
73   private:
74     bool HasDomTree;
75     TargetData *TD;
76
77     /// DeadInsts - Keep track of instructions we have made dead, so that
78     /// we can remove them after we are done working.
79     SmallVector<Value*, 32> DeadInsts;
80
81     /// AllocaInfo - When analyzing uses of an alloca instruction, this captures
82     /// information about the uses.  All these fields are initialized to false
83     /// and set to true when something is learned.
84     struct AllocaInfo {
85       /// The alloca to promote.
86       AllocaInst *AI;
87       
88       /// CheckedPHIs - This is a set of verified PHI nodes, to prevent infinite
89       /// looping and avoid redundant work.
90       SmallPtrSet<PHINode*, 8> CheckedPHIs;
91       
92       /// isUnsafe - This is set to true if the alloca cannot be SROA'd.
93       bool isUnsafe : 1;
94
95       /// isMemCpySrc - This is true if this aggregate is memcpy'd from.
96       bool isMemCpySrc : 1;
97
98       /// isMemCpyDst - This is true if this aggregate is memcpy'd into.
99       bool isMemCpyDst : 1;
100
101       /// hasSubelementAccess - This is true if a subelement of the alloca is
102       /// ever accessed, or false if the alloca is only accessed with mem
103       /// intrinsics or load/store that only access the entire alloca at once.
104       bool hasSubelementAccess : 1;
105       
106       /// hasALoadOrStore - This is true if there are any loads or stores to it.
107       /// The alloca may just be accessed with memcpy, for example, which would
108       /// not set this.
109       bool hasALoadOrStore : 1;
110       
111       explicit AllocaInfo(AllocaInst *ai)
112         : AI(ai), isUnsafe(false), isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false),
113           hasSubelementAccess(false), hasALoadOrStore(false) {}
114     };
115
116     unsigned SRThreshold;
117
118     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I, Instruction *User) {
119       I.isUnsafe = true;
120       DEBUG(dbgs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
121     }
122
123     bool isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI);
124
125     void isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset, AllocaInfo &Info);
126     void isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *User, uint64_t Offset,
127                                          AllocaInfo &Info);
128     void isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info);
129     void isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
130                          const Type *MemOpType, bool isStore, AllocaInfo &Info,
131                          Instruction *TheAccess, bool AllowWholeAccess);
132     bool TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size);
133     uint64_t FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
134                                   const Type *&IdxTy);
135
136     void DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
137                              std::vector<AllocaInst*> &WorkList);
138     void DeleteDeadInstructions();
139
140     void RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
141                               SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
142     void RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
143                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
144     void RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
145                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
146     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
147                                       AllocaInst *AI,
148                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
149     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
150                                        SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
151     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
152                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
153
154     static MemTransferInst *isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI);
155   };
156   
157   // SROA_DT - SROA that uses DominatorTree.
158   struct SROA_DT : public SROA {
159     static char ID;
160   public:
161     SROA_DT(int T = -1) : SROA(T, true, ID) {
162       initializeSROA_DTPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
163     }
164     
165     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
166     // will not alter the CFG, so say so.
167     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
168       AU.addRequired<DominatorTree>();
169       AU.setPreservesCFG();
170     }
171   };
172   
173   // SROA_SSAUp - SROA that uses SSAUpdater.
174   struct SROA_SSAUp : public SROA {
175     static char ID;
176   public:
177     SROA_SSAUp(int T = -1) : SROA(T, false, ID) {
178       initializeSROA_SSAUpPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
179     }
180     
181     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
182     // will not alter the CFG, so say so.
183     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
184       AU.setPreservesCFG();
185     }
186   };
187   
188 }
189
190 char SROA_DT::ID = 0;
191 char SROA_SSAUp::ID = 0;
192
193 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_DT, "scalarrepl",
194                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
195 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
196 INITIALIZE_PASS_END(SROA_DT, "scalarrepl",
197                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
198
199 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
200                       "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
201 INITIALIZE_PASS_END(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
202                     "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
203
204 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
205 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(int Threshold,
206                                                    bool UseDomTree) {
207   if (UseDomTree)
208     return new SROA_DT(Threshold);
209   return new SROA_SSAUp(Threshold);
210 }
211
212
213 //===----------------------------------------------------------------------===//
214 // Convert To Scalar Optimization.
215 //===----------------------------------------------------------------------===//
216
217 namespace {
218 /// ConvertToScalarInfo - This class implements the "Convert To Scalar"
219 /// optimization, which scans the uses of an alloca and determines if it can
220 /// rewrite it in terms of a single new alloca that can be mem2reg'd.
221 class ConvertToScalarInfo {
222   /// AllocaSize - The size of the alloca being considered in bytes.
223   unsigned AllocaSize;
224   const TargetData &TD;
225
226   /// IsNotTrivial - This is set to true if there is some access to the object
227   /// which means that mem2reg can't promote it.
228   bool IsNotTrivial;
229
230   /// VectorTy - This tracks the type that we should promote the vector to if
231   /// it is possible to turn it into a vector.  This starts out null, and if it
232   /// isn't possible to turn into a vector type, it gets set to VoidTy.
233   const Type *VectorTy;
234
235   /// HadAVector - True if there is at least one vector access to the alloca.
236   /// We don't want to turn random arrays into vectors and use vector element
237   /// insert/extract, but if there are element accesses to something that is
238   /// also declared as a vector, we do want to promote to a vector.
239   bool HadAVector;
240
241   /// HadNonMemTransferAccess - True if there is at least one access to the 
242   /// alloca that is not a MemTransferInst.  We don't want to turn structs into
243   /// large integers unless there is some potential for optimization.
244   bool HadNonMemTransferAccess;
245
246 public:
247   explicit ConvertToScalarInfo(unsigned Size, const TargetData &td)
248     : AllocaSize(Size), TD(td), IsNotTrivial(false), VectorTy(0),
249       HadAVector(false), HadNonMemTransferAccess(false) { }
250
251   AllocaInst *TryConvert(AllocaInst *AI);
252
253 private:
254   bool CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset);
255   void MergeInType(const Type *In, uint64_t Offset, bool IsLoadOrStore);
256   bool MergeInVectorType(const VectorType *VInTy, uint64_t Offset);
257   void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset);
258
259   Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, const Type *ToType,
260                                     uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
261   Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
262                                    uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
263 };
264 } // end anonymous namespace.
265
266
267 /// TryConvert - Analyze the specified alloca, and if it is safe to do so,
268 /// rewrite it to be a new alloca which is mem2reg'able.  This returns the new
269 /// alloca if possible or null if not.
270 AllocaInst *ConvertToScalarInfo::TryConvert(AllocaInst *AI) {
271   // If we can't convert this scalar, or if mem2reg can trivially do it, bail
272   // out.
273   if (!CanConvertToScalar(AI, 0) || !IsNotTrivial)
274     return 0;
275
276   // If we were able to find a vector type that can handle this with
277   // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
278   // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
279   // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
280   // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
281   // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
282   const Type *NewTy;
283   if (VectorTy && VectorTy->isVectorTy() && HadAVector) {
284     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "\n  TYPE = "
285           << *VectorTy << '\n');
286     NewTy = VectorTy;  // Use the vector type.
287   } else {
288     unsigned BitWidth = AllocaSize * 8;
289     if (!HadAVector && !HadNonMemTransferAccess &&
290         !TD.fitsInLegalInteger(BitWidth))
291       return 0;
292
293     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n");
294     // Create and insert the integer alloca.
295     NewTy = IntegerType::get(AI->getContext(), BitWidth);
296   }
297   AllocaInst *NewAI = new AllocaInst(NewTy, 0, "", AI->getParent()->begin());
298   ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
299   return NewAI;
300 }
301
302 /// MergeInType - Add the 'In' type to the accumulated vector type (VectorTy)
303 /// so far at the offset specified by Offset (which is specified in bytes).
304 ///
305 /// There are three cases we handle here:
306 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
307 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
308 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
309 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
310 ///   2) A union of vector types with power-of-2 size differences, e.g. a float,
311 ///      <2 x float> and <4 x float>.  Here we turn element accesses into insert
312 ///      and extract element operations, and <2 x float> accesses into a cast to
313 ///      <2 x double>, an extract, and a cast back to <2 x float>.
314 ///   3) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
315 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
316 ///      and stores would mutate the memory.  We mark this by setting VectorTy
317 ///      to VoidTy.
318 void ConvertToScalarInfo::MergeInType(const Type *In, uint64_t Offset,
319                                       bool IsLoadOrStore) {
320   // If we already decided to turn this into a blob of integer memory, there is
321   // nothing to be done.
322   if (VectorTy && VectorTy->isVoidTy())
323     return;
324
325   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
326
327   // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
328   // matches the existing VecTy.
329   if (const VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
330     if (MergeInVectorType(VInTy, Offset))
331       return;
332   } else if (In->isFloatTy() || In->isDoubleTy() ||
333              (In->isIntegerTy() && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
334               isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
335     // Full width accesses can be ignored, because they can always be turned
336     // into bitcasts.
337     unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
338     if (IsLoadOrStore && EltSize == AllocaSize)
339       return;
340     // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
341     // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
342     // compatible with it.
343     if (Offset % EltSize == 0 && AllocaSize % EltSize == 0 &&
344         (VectorTy == 0 ||
345          cast<VectorType>(VectorTy)->getElementType()
346                ->getPrimitiveSizeInBits()/8 == EltSize)) {
347       if (VectorTy == 0)
348         VectorTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
349       return;
350     }
351   }
352
353   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
354   // form.  We can still turn this into a large integer.
355   VectorTy = Type::getVoidTy(In->getContext());
356 }
357
358 /// MergeInVectorType - Handles the vector case of MergeInType, returning true
359 /// if the type was successfully merged and false otherwise.
360 bool ConvertToScalarInfo::MergeInVectorType(const VectorType *VInTy,
361                                             uint64_t Offset) {
362   // Remember if we saw a vector type.
363   HadAVector = true;
364
365   // TODO: Support nonzero offsets?
366   if (Offset != 0)
367     return false;
368
369   // Only allow vectors that are a power-of-2 away from the size of the alloca.
370   if (!isPowerOf2_64(AllocaSize / (VInTy->getBitWidth() / 8)))
371     return false;
372
373   // If this the first vector we see, remember the type so that we know the
374   // element size.
375   if (!VectorTy) {
376     VectorTy = VInTy;
377     return true;
378   }
379
380   unsigned BitWidth = cast<VectorType>(VectorTy)->getBitWidth();
381   unsigned InBitWidth = VInTy->getBitWidth();
382
383   // Vectors of the same size can be converted using a simple bitcast.
384   if (InBitWidth == BitWidth && AllocaSize == (InBitWidth / 8))
385     return true;
386
387   const Type *ElementTy = cast<VectorType>(VectorTy)->getElementType();
388   const Type *InElementTy = cast<VectorType>(VInTy)->getElementType();
389
390   // Do not allow mixed integer and floating-point accesses from vectors of
391   // different sizes.
392   if (ElementTy->isFloatingPointTy() != InElementTy->isFloatingPointTy())
393     return false;
394
395   if (ElementTy->isFloatingPointTy()) {
396     // Only allow floating-point vectors of different sizes if they have the
397     // same element type.
398     // TODO: This could be loosened a bit, but would anything benefit?
399     if (ElementTy != InElementTy)
400       return false;
401
402     // There are no arbitrary-precision floating-point types, which limits the
403     // number of legal vector types with larger element types that we can form
404     // to bitcast and extract a subvector.
405     // TODO: We could support some more cases with mixed fp128 and double here.
406     if (!(BitWidth == 64 || BitWidth == 128) ||
407         !(InBitWidth == 64 || InBitWidth == 128))
408       return false;
409   } else {
410     assert(ElementTy->isIntegerTy() && "Vector elements must be either integer "
411                                        "or floating-point.");
412     unsigned BitWidth = ElementTy->getPrimitiveSizeInBits();
413     unsigned InBitWidth = InElementTy->getPrimitiveSizeInBits();
414
415     // Do not allow integer types smaller than a byte or types whose widths are
416     // not a multiple of a byte.
417     if (BitWidth < 8 || InBitWidth < 8 ||
418         BitWidth % 8 != 0 || InBitWidth % 8 != 0)
419       return false;
420   }
421
422   // Pick the largest of the two vector types.
423   if (InBitWidth > BitWidth)
424     VectorTy = VInTy;
425
426   return true;
427 }
428
429 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
430 /// its accesses to a single vector type, return true and set VecTy to
431 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
432 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
433 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
434 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
435 ///
436 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
437 /// SawVec flag.
438 bool ConvertToScalarInfo::CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset) {
439   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
440     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
441
442     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
443       // Don't break volatile loads.
444       if (LI->isVolatile())
445         return false;
446       // Don't touch MMX operations.
447       if (LI->getType()->isX86_MMXTy())
448         return false;
449       HadNonMemTransferAccess = true;
450       MergeInType(LI->getType(), Offset, true);
451       continue;
452     }
453
454     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
455       // Storing the pointer, not into the value?
456       if (SI->getOperand(0) == V || SI->isVolatile()) return false;
457       // Don't touch MMX operations.
458       if (SI->getOperand(0)->getType()->isX86_MMXTy())
459         return false;
460       HadNonMemTransferAccess = true;
461       MergeInType(SI->getOperand(0)->getType(), Offset, true);
462       continue;
463     }
464
465     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
466       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
467       if (!CanConvertToScalar(BCI, Offset))
468         return false;
469       continue;
470     }
471
472     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
473       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
474       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
475         return false;
476
477       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
478       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
479       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
480                                                &Indices[0], Indices.size());
481       // See if all uses can be converted.
482       if (!CanConvertToScalar(GEP, Offset+GEPOffset))
483         return false;
484       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
485       HadNonMemTransferAccess = true;
486       continue;
487     }
488
489     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
490     // handle it.
491     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
492       // Store of constant value and constant size.
493       if (!isa<ConstantInt>(MSI->getValue()) ||
494           !isa<ConstantInt>(MSI->getLength()))
495         return false;
496       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
497       HadNonMemTransferAccess = true;
498       continue;
499     }
500
501     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
502     // can handle it like a load or store of the scalar type.
503     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
504       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength());
505       if (Len == 0 || Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
506         return false;
507
508       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
509       continue;
510     }
511
512     // Otherwise, we cannot handle this!
513     return false;
514   }
515
516   return true;
517 }
518
519 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
520 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
521 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
522 /// vector with insert/extractelement instructions.
523 ///
524 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
525 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
526 void ConvertToScalarInfo::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI,
527                                               uint64_t Offset) {
528   while (!Ptr->use_empty()) {
529     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
530
531     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
532       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset);
533       CI->eraseFromParent();
534       continue;
535     }
536
537     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
538       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
539       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
540       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
541                                                &Indices[0], Indices.size());
542       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8);
543       GEP->eraseFromParent();
544       continue;
545     }
546
547     IRBuilder<> Builder(User);
548
549     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
550       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
551       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "tmp");
552       Value *NewLoadVal
553         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset, Builder);
554       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
555       LI->eraseFromParent();
556       continue;
557     }
558
559     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
560       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
561       Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
562       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
563                                              Builder);
564       Builder.CreateStore(New, NewAI);
565       SI->eraseFromParent();
566
567       // If the load we just inserted is now dead, then the inserted store
568       // overwrote the entire thing.
569       if (Old->use_empty())
570         Old->eraseFromParent();
571       continue;
572     }
573
574     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
575     // transform it into a store of the expanded constant value.
576     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
577       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
578       unsigned NumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
579       if (NumBytes != 0) {
580         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
581
582         // Compute the value replicated the right number of times.
583         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
584
585         // Splat the value if non-zero.
586         if (Val)
587           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
588             APVal |= APVal << 8;
589
590         Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
591         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
592                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
593                                                Old, Offset, Builder);
594         Builder.CreateStore(New, NewAI);
595
596         // If the load we just inserted is now dead, then the memset overwrote
597         // the entire thing.
598         if (Old->use_empty())
599           Old->eraseFromParent();
600       }
601       MSI->eraseFromParent();
602       continue;
603     }
604
605     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
606     // can handle it like a load or store of the scalar type.
607     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
608       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
609
610       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
611       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
612       // as appropriate.
613       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Ptr, &TD, 0));
614
615       if (GetUnderlyingObject(MTI->getSource(), &TD, 0) != OrigAI) {
616         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
617         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
618         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
619         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
620         const PointerType* SPTy = cast<PointerType>(SrcPtr->getType());
621         const PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
622         if (SPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
623           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
624                                    SPTy->getAddressSpace());
625         }
626         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, AIPTy);
627
628         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
629         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
630         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
631       } else if (GetUnderlyingObject(MTI->getDest(), &TD, 0) != OrigAI) {
632         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
633         // through the original dest pointer (bitcasted).
634         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
635         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
636
637         const PointerType* DPTy = cast<PointerType>(MTI->getDest()->getType());
638         const PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
639         if (DPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
640           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
641                                    DPTy->getAddressSpace());
642         }
643         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), AIPTy);
644
645         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
646         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
647       } else {
648         // Noop transfer. Src == Dst
649       }
650
651       MTI->eraseFromParent();
652       continue;
653     }
654
655     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
656   }
657 }
658
659 /// getScaledElementType - Gets a scaled element type for a partial vector
660 /// access of an alloca. The input type must be an integer or float, and
661 /// the resulting type must be an integer, float or double.
662 static const Type *getScaledElementType(const Type *OldTy,
663                                         unsigned NewBitWidth) {
664   assert((OldTy->isIntegerTy() || OldTy->isFloatTy()) && "Partial vector "
665          "accesses must be scaled from integer or float elements.");
666
667   LLVMContext &Context = OldTy->getContext();
668
669   if (OldTy->isIntegerTy())
670     return Type::getIntNTy(Context, NewBitWidth);
671   if (NewBitWidth == 32)
672     return Type::getFloatTy(Context);
673   if (NewBitWidth == 64)
674     return Type::getDoubleTy(Context);
675
676   llvm_unreachable("Invalid type for a partial vector access of an alloca!");
677 }
678
679 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
680 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
681 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
682 ///
683 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
684 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
685 /// insert/extractelement instructions.
686 ///
687 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
688 /// shifted to the right.
689 Value *ConvertToScalarInfo::
690 ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, const Type *ToType,
691                            uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
692   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
693   if (FromVal->getType() == ToType && Offset == 0)
694     return FromVal;
695
696   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
697   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
698   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromVal->getType())) {
699     unsigned ToTypeSize = TD.getTypeAllocSize(ToType);
700     if (ToTypeSize == AllocaSize)
701       return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
702
703     if (ToType->isVectorTy()) {
704       assert(isPowerOf2_64(AllocaSize / ToTypeSize) &&
705              "Partial vector access of an alloca must have a power-of-2 size "
706              "ratio.");
707       assert(Offset == 0 && "Can't extract a value of a smaller vector type "
708                             "from a nonzero offset.");
709
710       const Type *ToElementTy = cast<VectorType>(ToType)->getElementType();
711       const Type *CastElementTy = getScaledElementType(ToElementTy,
712                                                        ToTypeSize * 8);
713       unsigned NumCastVectorElements = AllocaSize / ToTypeSize;
714
715       LLVMContext &Context = FromVal->getContext();
716       const Type *CastTy = VectorType::get(CastElementTy,
717                                            NumCastVectorElements);
718       Value *Cast = Builder.CreateBitCast(FromVal, CastTy, "tmp");
719       Value *Extract = Builder.CreateExtractElement(Cast, ConstantInt::get(
720                                         Type::getInt32Ty(Context), 0), "tmp");
721       return Builder.CreateBitCast(Extract, ToType, "tmp");
722     }
723
724     // Otherwise it must be an element access.
725     unsigned Elt = 0;
726     if (Offset) {
727       unsigned EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
728       Elt = Offset/EltSize;
729       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
730     }
731     // Return the element extracted out of it.
732     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, ConstantInt::get(
733                     Type::getInt32Ty(FromVal->getContext()), Elt), "tmp");
734     if (V->getType() != ToType)
735       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType, "tmp");
736     return V;
737   }
738
739   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
740   // use insertvalue's to form the FCA.
741   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
742     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
743     Value *Res = UndefValue::get(ST);
744     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
745       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
746                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
747                                               Builder);
748       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
749     }
750     return Res;
751   }
752
753   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
754     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
755     Value *Res = UndefValue::get(AT);
756     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
757       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
758                                               Offset+i*EltSize, Builder);
759       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
760     }
761     return Res;
762   }
763
764   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
765   const IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
766
767   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
768   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
769   int ShAmt = 0;
770   if (TD.isBigEndian()) {
771     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
772     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
773     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
774     ShAmt = TD.getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
775             TD.getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
776   } else {
777     ShAmt = Offset;
778   }
779
780   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
781   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
782   // only some bits are used.
783   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
784     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
785                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(),
786                                                            ShAmt), "tmp");
787   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
788     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal,
789                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(),
790                                                           -ShAmt), "tmp");
791
792   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
793   unsigned LIBitWidth = TD.getTypeSizeInBits(ToType);
794   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
795     FromVal =
796       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
797                                                     LIBitWidth), "tmp");
798   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
799     FromVal =
800        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
801                                                     LIBitWidth), "tmp");
802
803   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
804   if (ToType->isIntegerTy()) {
805     // Should be done.
806   } else if (ToType->isFloatingPointTy() || ToType->isVectorTy()) {
807     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
808     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
809   } else {
810     // Otherwise must be a pointer.
811     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType, "tmp");
812   }
813   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
814   return FromVal;
815 }
816
817 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
818 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
819 ///
820 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
821 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
822 /// vector with insert/extractelement instructions.
823 ///
824 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
825 /// shifted to the right.
826 Value *ConvertToScalarInfo::
827 ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
828                           uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
829   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
830   // then 'or' into place.
831   const Type *AllocaType = Old->getType();
832   LLVMContext &Context = Old->getContext();
833
834   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
835     uint64_t VecSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy);
836     uint64_t ValSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
837
838     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
839     // vector type?
840     if (ValSize == VecSize)
841       return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType, "tmp");
842
843     if (SV->getType()->isVectorTy() && isPowerOf2_64(VecSize / ValSize)) {
844       assert(Offset == 0 && "Can't insert a value of a smaller vector type at "
845                             "a nonzero offset.");
846
847       const Type *ToElementTy =
848         cast<VectorType>(SV->getType())->getElementType();
849       const Type *CastElementTy = getScaledElementType(ToElementTy, ValSize);
850       unsigned NumCastVectorElements = VecSize / ValSize;
851
852       LLVMContext &Context = SV->getContext();
853       const Type *OldCastTy = VectorType::get(CastElementTy,
854                                               NumCastVectorElements);
855       Value *OldCast = Builder.CreateBitCast(Old, OldCastTy, "tmp");
856
857       Value *SVCast = Builder.CreateBitCast(SV, CastElementTy, "tmp");
858       Value *Insert =
859         Builder.CreateInsertElement(OldCast, SVCast, ConstantInt::get(
860                                     Type::getInt32Ty(Context), 0), "tmp");
861       return Builder.CreateBitCast(Insert, AllocaType, "tmp");
862     }
863
864     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
865
866     // Must be an element insertion.
867     unsigned Elt = Offset/EltSize;
868
869     if (SV->getType() != VTy->getElementType())
870       SV = Builder.CreateBitCast(SV, VTy->getElementType(), "tmp");
871
872     SV = Builder.CreateInsertElement(Old, SV,
873                      ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(SV->getContext()), Elt),
874                                      "tmp");
875     return SV;
876   }
877
878   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
879   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
880     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
881     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
882       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
883       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old,
884                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
885                                       Builder);
886     }
887     return Old;
888   }
889
890   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
891     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
892     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
893       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
894       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, Builder);
895     }
896     return Old;
897   }
898
899   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
900   // If it is a pointer, do the same.
901   unsigned SrcWidth = TD.getTypeSizeInBits(SV->getType());
902   unsigned DestWidth = TD.getTypeSizeInBits(AllocaType);
903   unsigned SrcStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
904   unsigned DestStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
905   if (SV->getType()->isFloatingPointTy() || SV->getType()->isVectorTy())
906     SV = Builder.CreateBitCast(SV,
907                             IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth), "tmp");
908   else if (SV->getType()->isPointerTy())
909     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, TD.getIntPtrType(SV->getContext()), "tmp");
910
911   // Zero extend or truncate the value if needed.
912   if (SV->getType() != AllocaType) {
913     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
914              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
915       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType, "tmp");
916     else {
917       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
918       // (undefined behavior).
919       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType, "tmp");
920       SrcWidth = DestWidth;
921       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
922     }
923   }
924
925   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
926   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
927   int ShAmt = 0;
928   if (TD.isBigEndian()) {
929     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
930     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
931     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
932     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
933   } else {
934     ShAmt = Offset;
935   }
936
937   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
938   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
939   // only some bits in the structure are set.
940   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
941   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
942     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
943                            ShAmt), "tmp");
944     Mask <<= ShAmt;
945   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
946     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
947                             -ShAmt), "tmp");
948     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
949   }
950
951   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
952   // in the new bits.
953   if (SrcWidth != DestWidth) {
954     assert(DestWidth > SrcWidth);
955     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
956     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
957   }
958   return SV;
959 }
960
961
962 //===----------------------------------------------------------------------===//
963 // SRoA Driver
964 //===----------------------------------------------------------------------===//
965
966
967 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
968   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
969
970   bool Changed = performPromotion(F);
971
972   // FIXME: ScalarRepl currently depends on TargetData more than it
973   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
974   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
975   // scalar-replacement portion of this pass.
976   if (!TD) return Changed;
977
978   while (1) {
979     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
980     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
981     Changed = true;
982     LocalChange = performPromotion(F);
983     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
984   }
985
986   return Changed;
987 }
988
989 namespace {
990 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
991   AllocaInst *AI;
992 public:
993   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S)
994     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(0) {}
995   
996   void run(AllocaInst *AI, const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
997     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
998     this->AI = AI;
999     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1000     AI->eraseFromParent();
1001   }
1002   
1003   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
1004                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
1005     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1006       return LI->getOperand(0) == AI;
1007     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == AI;
1008   }
1009 };
1010 } // end anon namespace
1011
1012 /// isSafeSelectToSpeculate - Select instructions that use an alloca and are
1013 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers and then
1014 /// select between the result, allowing the load of the alloca to be promoted.
1015 /// From this:
1016 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1017 ///   %V = load i32* %P2
1018 /// to:
1019 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1020 ///   %V2 = load i32* %Other
1021 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1022 ///
1023 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1024 /// the select can be loaded unconditionally.
1025 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst *SI, const TargetData *TD) {
1026   bool TDerefable = SI->getTrueValue()->isDereferenceablePointer();
1027   bool FDerefable = SI->getFalseValue()->isDereferenceablePointer();
1028   
1029   for (Value::use_iterator UI = SI->use_begin(), UE = SI->use_end();
1030        UI != UE; ++UI) {
1031     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1032     if (LI == 0 || LI->isVolatile()) return false;
1033     
1034     // Both operands to the select need to be dereferencable, either absolutely
1035     // (e.g. allocas) or at this point because we can see other accesses to it.
1036     if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getTrueValue(), LI,
1037                                                     LI->getAlignment(), TD))
1038       return false;
1039     if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getFalseValue(), LI,
1040                                                     LI->getAlignment(), TD))
1041       return false;
1042   }
1043   
1044   return true;
1045 }
1046
1047 /// isSafePHIToSpeculate - PHI instructions that use an alloca and are
1048 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers in the pred
1049 /// blocks and then PHI the results, allowing the load of the alloca to be
1050 /// promoted.
1051 /// From this:
1052 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1053 ///   %V = load i32* %P2
1054 /// to:
1055 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1056 ///   ...
1057 ///   %V2 = load i32* %Other
1058 ///   ...
1059 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1060 ///
1061 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1062 /// the select can be loaded unconditionally.
1063 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode *PN, const TargetData *TD) {
1064   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block as
1065   // the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1066   // TODO: Allow recursive phi users.
1067   // TODO: Allow stores.
1068   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1069   unsigned MaxAlign = 0;
1070   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), UE = PN->use_end();
1071        UI != UE; ++UI) {
1072     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1073     if (LI == 0 || LI->isVolatile()) return false;
1074     
1075     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is a
1076     // common case that happens when instcombine merges two loads through a PHI.
1077     if (LI->getParent() != BB) return false;
1078     
1079     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1080     // could store.
1081     for (BasicBlock::iterator BBI = PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1082       if (BBI->mayWriteToMemory())
1083         return false;
1084     
1085     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1086   }
1087   
1088   // Okay, we know that we have one or more loads in the same block as the PHI.
1089   // We can transform this if it is safe to push the loads into the predecessor
1090   // blocks.  The only thing to watch out for is that we can't put a possibly
1091   // trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1092   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1093     BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1094
1095     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't critical.
1096     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1)
1097       continue;
1098     
1099     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1100     
1101     // If the InVal is an invoke in the pred, we can't put a load on the edge.
1102     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
1103       if (II->getParent() == Pred)
1104         return false;
1105
1106     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there is
1107     // already a load in the block, then we can move the load to the pred block.
1108     if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1109         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, Pred->getTerminator(), MaxAlign, TD))
1110       continue;
1111     
1112     return false;
1113   }
1114     
1115   return true;
1116 }
1117
1118
1119 /// tryToMakeAllocaBePromotable - This returns true if the alloca only has
1120 /// direct (non-volatile) loads and stores to it.  If the alloca is close but
1121 /// not quite there, this will transform the code to allow promotion.  As such,
1122 /// it is a non-pure predicate.
1123 static bool tryToMakeAllocaBePromotable(AllocaInst *AI, const TargetData *TD) {
1124   SetVector<Instruction*, SmallVector<Instruction*, 4>,
1125             SmallPtrSet<Instruction*, 4> > InstsToRewrite;
1126   
1127   for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
1128        UI != UE; ++UI) {
1129     User *U = *UI;
1130     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
1131       if (LI->isVolatile())
1132         return false;
1133       continue;
1134     }
1135     
1136     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1137       if (SI->getOperand(0) == AI || SI->isVolatile())
1138         return false;   // Don't allow a store OF the AI, only INTO the AI.
1139       continue;
1140     }
1141
1142     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(U)) {
1143       // If the condition being selected on is a constant, fold the select, yes
1144       // this does (rarely) happen early on.
1145       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
1146         Value *Result = SI->getOperand(1+CI->isZero());
1147         SI->replaceAllUsesWith(Result);
1148         SI->eraseFromParent();
1149         
1150         // This is very rare and we just scrambled the use list of AI, start
1151         // over completely.
1152         return tryToMakeAllocaBePromotable(AI, TD);
1153       }
1154
1155       // If it is safe to turn "load (select c, AI, ptr)" into a select of two
1156       // loads, then we can transform this by rewriting the select.
1157       if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, TD))
1158         return false;
1159       
1160       InstsToRewrite.insert(SI);
1161       continue;
1162     }
1163     
1164     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1165       if (PN->use_empty()) {  // Dead PHIs can be stripped.
1166         InstsToRewrite.insert(PN);
1167         continue;
1168       }
1169       
1170       // If it is safe to turn "load (phi [AI, ptr, ...])" into a PHI of loads
1171       // in the pred blocks, then we can transform this by rewriting the PHI.
1172       if (!isSafePHIToSpeculate(PN, TD))
1173         return false;
1174       
1175       InstsToRewrite.insert(PN);
1176       continue;
1177     }
1178     
1179     return false;
1180   }
1181
1182   // If there are no instructions to rewrite, then all uses are load/stores and
1183   // we're done!
1184   if (InstsToRewrite.empty())
1185     return true;
1186   
1187   // If we have instructions that need to be rewritten for this to be promotable
1188   // take care of it now.
1189   for (unsigned i = 0, e = InstsToRewrite.size(); i != e; ++i) {
1190     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(InstsToRewrite[i])) {
1191       // Selects in InstsToRewrite only have load uses.  Rewrite each as two
1192       // loads with a new select.
1193       while (!SI->use_empty()) {
1194         LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI->use_back());
1195       
1196         IRBuilder<> Builder(LI);
1197         LoadInst *TrueLoad = 
1198           Builder.CreateLoad(SI->getTrueValue(), LI->getName()+".t");
1199         LoadInst *FalseLoad = 
1200           Builder.CreateLoad(SI->getFalseValue(), LI->getName()+".t");
1201         
1202         // Transfer alignment and TBAA info if present.
1203         TrueLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1204         FalseLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1205         if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1206           TrueLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1207           FalseLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1208         }
1209         
1210         Value *V = Builder.CreateSelect(SI->getCondition(), TrueLoad, FalseLoad);
1211         V->takeName(LI);
1212         LI->replaceAllUsesWith(V);
1213         LI->eraseFromParent();
1214       }
1215     
1216       // Now that all the loads are gone, the select is gone too.
1217       SI->eraseFromParent();
1218       continue;
1219     }
1220     
1221     // Otherwise, we have a PHI node which allows us to push the loads into the
1222     // predecessors.
1223     PHINode *PN = cast<PHINode>(InstsToRewrite[i]);
1224     if (PN->use_empty()) {
1225       PN->eraseFromParent();
1226       continue;
1227     }
1228     
1229     const Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN->getType())->getElementType();
1230     PHINode *NewPN = PHINode::Create(LoadTy, PN->getName()+".ld", PN);
1231     NewPN->reserveOperandSpace(PN->getNumIncomingValues());
1232
1233     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1234     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1235     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN->use_back());
1236     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1237     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1238     
1239     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1240     while (!PN->use_empty()) {
1241       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN->use_back());
1242       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1243       LI->eraseFromParent();
1244     }
1245     
1246     // Inject loads into all of the pred blocks.  Keep track of which blocks we
1247     // insert them into in case we have multiple edges from the same block.
1248     DenseMap<BasicBlock*, LoadInst*> InsertedLoads;
1249     
1250     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1251       BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1252       LoadInst *&Load = InsertedLoads[Pred];
1253       if (Load == 0) {
1254         Load = new LoadInst(PN->getIncomingValue(i),
1255                             PN->getName() + "." + Pred->getName(),
1256                             Pred->getTerminator());
1257         Load->setAlignment(Align);
1258         if (TBAATag) Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1259       }
1260       
1261       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1262     }
1263     
1264     PN->eraseFromParent();
1265   }
1266     
1267   ++NumAdjusted;
1268   return true;
1269 }
1270
1271
1272 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
1273   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
1274   DominatorTree *DT = 0;
1275   if (HasDomTree)
1276     DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1277
1278   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
1279
1280   bool Changed = false;
1281   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
1282   while (1) {
1283     Allocas.clear();
1284
1285     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
1286     // the entry node
1287     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
1288       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
1289         if (tryToMakeAllocaBePromotable(AI, TD))
1290           Allocas.push_back(AI);
1291
1292     if (Allocas.empty()) break;
1293
1294     if (HasDomTree)
1295       PromoteMemToReg(Allocas, *DT);
1296     else {
1297       SSAUpdater SSA;
1298       for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i) {
1299         AllocaInst *AI = Allocas[i];
1300         
1301         // Build list of instructions to promote.
1302         for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), E = AI->use_end();
1303              UI != E; ++UI)
1304           Insts.push_back(cast<Instruction>(*UI));
1305         
1306         AllocaPromoter(Insts, SSA).run(AI, Insts);
1307         Insts.clear();
1308       }
1309     }
1310     NumPromoted += Allocas.size();
1311     Changed = true;
1312   }
1313
1314   return Changed;
1315 }
1316
1317
1318 /// ShouldAttemptScalarRepl - Decide if an alloca is a good candidate for
1319 /// SROA.  It must be a struct or array type with a small number of elements.
1320 static bool ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI) {
1321   const Type *T = AI->getAllocatedType();
1322   // Do not promote any struct into more than 32 separate vars.
1323   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
1324     return ST->getNumElements() <= 32;
1325   // Arrays are much less likely to be safe for SROA; only consider
1326   // them if they are very small.
1327   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T))
1328     return AT->getNumElements() <= 8;
1329   return false;
1330 }
1331
1332
1333 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
1334 // which runs on all of the malloc/alloca instructions in the function, removing
1335 // them if they are only used by getelementptr instructions.
1336 //
1337 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
1338   std::vector<AllocaInst*> WorkList;
1339
1340   // Scan the entry basic block, adding allocas to the worklist.
1341   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
1342   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
1343     if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(I))
1344       WorkList.push_back(A);
1345
1346   // Process the worklist
1347   bool Changed = false;
1348   while (!WorkList.empty()) {
1349     AllocaInst *AI = WorkList.back();
1350     WorkList.pop_back();
1351
1352     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
1353     // with unused elements.
1354     if (AI->use_empty()) {
1355       AI->eraseFromParent();
1356       Changed = true;
1357       continue;
1358     }
1359
1360     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
1361     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
1362       continue;
1363
1364     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
1365     // a constant global.  If this is the case, we can change all users to use
1366     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
1367     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
1368     // is only subsequently read.
1369     if (MemTransferInst *TheCopy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI)) {
1370       DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << *AI << '\n');
1371       DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *TheCopy << '\n');
1372       Constant *TheSrc = cast<Constant>(TheCopy->getSource());
1373       AI->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(TheSrc, AI->getType()));
1374       TheCopy->eraseFromParent();  // Don't mutate the global.
1375       AI->eraseFromParent();
1376       ++NumGlobals;
1377       Changed = true;
1378       continue;
1379     }
1380
1381     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
1382     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
1383     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
1384     // value cannot be decomposed at all.
1385     uint64_t AllocaSize = TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
1386
1387     // Do not promote [0 x %struct].
1388     if (AllocaSize == 0) continue;
1389
1390     // Do not promote any struct whose size is too big.
1391     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
1392
1393     // If the alloca looks like a good candidate for scalar replacement, and if
1394     // all its users can be transformed, then split up the aggregate into its
1395     // separate elements.
1396     if (ShouldAttemptScalarRepl(AI) && isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
1397       DoScalarReplacement(AI, WorkList);
1398       Changed = true;
1399       continue;
1400     }
1401
1402     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
1403     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
1404     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
1405     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
1406     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
1407     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
1408     if (AllocaInst *NewAI =
1409           ConvertToScalarInfo((unsigned)AllocaSize, *TD).TryConvert(AI)) {
1410       NewAI->takeName(AI);
1411       AI->eraseFromParent();
1412       ++NumConverted;
1413       Changed = true;
1414       continue;
1415     }
1416
1417     // Otherwise, couldn't process this alloca.
1418   }
1419
1420   return Changed;
1421 }
1422
1423 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
1424 /// predicate, do SROA now.
1425 void SROA::DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
1426                                std::vector<AllocaInst*> &WorkList) {
1427   DEBUG(dbgs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
1428   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
1429   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
1430     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
1431     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
1432       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0,
1433                                       AI->getAlignment(),
1434                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1435       ElementAllocas.push_back(NA);
1436       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1437     }
1438   } else {
1439     const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
1440     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
1441     const Type *ElTy = AT->getElementType();
1442     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1443       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, AI->getAlignment(),
1444                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1445       ElementAllocas.push_back(NA);
1446       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1447     }
1448   }
1449
1450   // Now that we have created the new alloca instructions, rewrite all the
1451   // uses of the old alloca.
1452   RewriteForScalarRepl(AI, AI, 0, ElementAllocas);
1453
1454   // Now erase any instructions that were made dead while rewriting the alloca.
1455   DeleteDeadInstructions();
1456   AI->eraseFromParent();
1457
1458   ++NumReplaced;
1459 }
1460
1461 /// DeleteDeadInstructions - Erase instructions on the DeadInstrs list,
1462 /// recursively including all their operands that become trivially dead.
1463 void SROA::DeleteDeadInstructions() {
1464   while (!DeadInsts.empty()) {
1465     Instruction *I = cast<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
1466
1467     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
1468       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
1469         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
1470         // (But, don't add allocas to the dead instruction list -- they are
1471         // already on the worklist and will be deleted separately.)
1472         *OI = 0;
1473         if (isInstructionTriviallyDead(U) && !isa<AllocaInst>(U))
1474           DeadInsts.push_back(U);
1475       }
1476
1477     I->eraseFromParent();
1478   }
1479 }
1480
1481 /// isSafeForScalarRepl - Check if instruction I is a safe use with regard to
1482 /// performing scalar replacement of alloca AI.  The results are flagged in
1483 /// the Info parameter.  Offset indicates the position within AI that is
1484 /// referenced by this instruction.
1485 void SROA::isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1486                                AllocaInfo &Info) {
1487   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1488     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1489
1490     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1491       isSafeForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1492     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1493       uint64_t GEPOffset = Offset;
1494       isSafeGEP(GEPI, GEPOffset, Info);
1495       if (!Info.isUnsafe)
1496         isSafeForScalarRepl(GEPI, GEPOffset, Info);
1497     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1498       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1499       if (Length == 0)
1500         return MarkUnsafe(Info, User);
1501       isSafeMemAccess(Offset, Length->getZExtValue(), 0,
1502                       UI.getOperandNo() == 0, Info, MI,
1503                       true /*AllowWholeAccess*/);
1504     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1505       if (LI->isVolatile())
1506         return MarkUnsafe(Info, User);
1507       const Type *LIType = LI->getType();
1508       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1509                       LIType, false, Info, LI, true /*AllowWholeAccess*/);
1510       Info.hasALoadOrStore = true;
1511         
1512     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1513       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1514       if (SI->isVolatile() || SI->getOperand(0) == I)
1515         return MarkUnsafe(Info, User);
1516         
1517       const Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1518       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1519                       SIType, true, Info, SI, true /*AllowWholeAccess*/);
1520       Info.hasALoadOrStore = true;
1521     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1522       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1523     } else {
1524       return MarkUnsafe(Info, User);
1525     }
1526     if (Info.isUnsafe) return;
1527   }
1528 }
1529  
1530
1531 /// isSafePHIUseForScalarRepl - If we see a PHI node or select using a pointer
1532 /// derived from the alloca, we can often still split the alloca into elements.
1533 /// This is useful if we have a large alloca where one element is phi'd
1534 /// together somewhere: we can SRoA and promote all the other elements even if
1535 /// we end up not being able to promote this one.
1536 ///
1537 /// All we require is that the uses of the PHI do not index into other parts of
1538 /// the alloca.  The most important use case for this is single load and stores
1539 /// that are PHI'd together, which can happen due to code sinking.
1540 void SROA::isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1541                                            AllocaInfo &Info) {
1542   // If we've already checked this PHI, don't do it again.
1543   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1544     if (!Info.CheckedPHIs.insert(PN))
1545       return;
1546   
1547   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1548     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1549     
1550     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1551       isSafePHISelectUseForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1552     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1553       // Only allow "bitcast" GEPs for simplicity.  We could generalize this,
1554       // but would have to prove that we're staying inside of an element being
1555       // promoted.
1556       if (!GEPI->hasAllZeroIndices())
1557         return MarkUnsafe(Info, User);
1558       isSafePHISelectUseForScalarRepl(GEPI, Offset, Info);
1559     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1560       if (LI->isVolatile())
1561         return MarkUnsafe(Info, User);
1562       const Type *LIType = LI->getType();
1563       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1564                       LIType, false, Info, LI, false /*AllowWholeAccess*/);
1565       Info.hasALoadOrStore = true;
1566       
1567     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1568       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1569       if (SI->isVolatile() || SI->getOperand(0) == I)
1570         return MarkUnsafe(Info, User);
1571       
1572       const Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1573       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1574                       SIType, true, Info, SI, false /*AllowWholeAccess*/);
1575       Info.hasALoadOrStore = true;
1576     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1577       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1578     } else {
1579       return MarkUnsafe(Info, User);
1580     }
1581     if (Info.isUnsafe) return;
1582   }
1583 }
1584
1585 /// isSafeGEP - Check if a GEP instruction can be handled for scalar
1586 /// replacement.  It is safe when all the indices are constant, in-bounds
1587 /// references, and when the resulting offset corresponds to an element within
1588 /// the alloca type.  The results are flagged in the Info parameter.  Upon
1589 /// return, Offset is adjusted as specified by the GEP indices.
1590 void SROA::isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI,
1591                      uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info) {
1592   gep_type_iterator GEPIt = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
1593   if (GEPIt == E)
1594     return;
1595
1596   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
1597   // into.
1598   for (; GEPIt != E; ++GEPIt) {
1599     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
1600     if ((*GEPIt)->isStructTy())
1601       continue;
1602
1603     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand());
1604     if (!IdxVal)
1605       return MarkUnsafe(Info, GEPI);
1606   }
1607
1608   // Compute the offset due to this GEP and check if the alloca has a
1609   // component element at that offset.
1610   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1611   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
1612                                  &Indices[0], Indices.size());
1613   if (!TypeHasComponent(Info.AI->getAllocatedType(), Offset, 0))
1614     MarkUnsafe(Info, GEPI);
1615 }
1616
1617 /// isHomogeneousAggregate - Check if type T is a struct or array containing
1618 /// elements of the same type (which is always true for arrays).  If so,
1619 /// return true with NumElts and EltTy set to the number of elements and the
1620 /// element type, respectively.
1621 static bool isHomogeneousAggregate(const Type *T, unsigned &NumElts,
1622                                    const Type *&EltTy) {
1623   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1624     NumElts = AT->getNumElements();
1625     EltTy = (NumElts == 0 ? 0 : AT->getElementType());
1626     return true;
1627   }
1628   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1629     NumElts = ST->getNumContainedTypes();
1630     EltTy = (NumElts == 0 ? 0 : ST->getContainedType(0));
1631     for (unsigned n = 1; n < NumElts; ++n) {
1632       if (ST->getContainedType(n) != EltTy)
1633         return false;
1634     }
1635     return true;
1636   }
1637   return false;
1638 }
1639
1640 /// isCompatibleAggregate - Check if T1 and T2 are either the same type or are
1641 /// "homogeneous" aggregates with the same element type and number of elements.
1642 static bool isCompatibleAggregate(const Type *T1, const Type *T2) {
1643   if (T1 == T2)
1644     return true;
1645
1646   unsigned NumElts1, NumElts2;
1647   const Type *EltTy1, *EltTy2;
1648   if (isHomogeneousAggregate(T1, NumElts1, EltTy1) &&
1649       isHomogeneousAggregate(T2, NumElts2, EltTy2) &&
1650       NumElts1 == NumElts2 &&
1651       EltTy1 == EltTy2)
1652     return true;
1653
1654   return false;
1655 }
1656
1657 /// isSafeMemAccess - Check if a load/store/memcpy operates on the entire AI
1658 /// alloca or has an offset and size that corresponds to a component element
1659 /// within it.  The offset checked here may have been formed from a GEP with a
1660 /// pointer bitcasted to a different type.
1661 ///
1662 /// If AllowWholeAccess is true, then this allows uses of the entire alloca as a
1663 /// unit.  If false, it only allows accesses known to be in a single element.
1664 void SROA::isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
1665                            const Type *MemOpType, bool isStore,
1666                            AllocaInfo &Info, Instruction *TheAccess,
1667                            bool AllowWholeAccess) {
1668   // Check if this is a load/store of the entire alloca.
1669   if (Offset == 0 && AllowWholeAccess &&
1670       MemSize == TD->getTypeAllocSize(Info.AI->getAllocatedType())) {
1671     // This can be safe for MemIntrinsics (where MemOpType is 0) and integer
1672     // loads/stores (which are essentially the same as the MemIntrinsics with
1673     // regard to copying padding between elements).  But, if an alloca is
1674     // flagged as both a source and destination of such operations, we'll need
1675     // to check later for padding between elements.
1676     if (!MemOpType || MemOpType->isIntegerTy()) {
1677       if (isStore)
1678         Info.isMemCpyDst = true;
1679       else
1680         Info.isMemCpySrc = true;
1681       return;
1682     }
1683     // This is also safe for references using a type that is compatible with
1684     // the type of the alloca, so that loads/stores can be rewritten using
1685     // insertvalue/extractvalue.
1686     if (isCompatibleAggregate(MemOpType, Info.AI->getAllocatedType())) {
1687       Info.hasSubelementAccess = true;
1688       return;
1689     }
1690   }
1691   // Check if the offset/size correspond to a component within the alloca type.
1692   const Type *T = Info.AI->getAllocatedType();
1693   if (TypeHasComponent(T, Offset, MemSize)) {
1694     Info.hasSubelementAccess = true;
1695     return;
1696   }
1697
1698   return MarkUnsafe(Info, TheAccess);
1699 }
1700
1701 /// TypeHasComponent - Return true if T has a component type with the
1702 /// specified offset and size.  If Size is zero, do not check the size.
1703 bool SROA::TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
1704   const Type *EltTy;
1705   uint64_t EltSize;
1706   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1707     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1708     unsigned EltIdx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1709     EltTy = ST->getContainedType(EltIdx);
1710     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1711     Offset -= Layout->getElementOffset(EltIdx);
1712   } else if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1713     EltTy = AT->getElementType();
1714     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1715     if (Offset >= AT->getNumElements() * EltSize)
1716       return false;
1717     Offset %= EltSize;
1718   } else {
1719     return false;
1720   }
1721   if (Offset == 0 && (Size == 0 || EltSize == Size))
1722     return true;
1723   // Check if the component spans multiple elements.
1724   if (Offset + Size > EltSize)
1725     return false;
1726   return TypeHasComponent(EltTy, Offset, Size);
1727 }
1728
1729 /// RewriteForScalarRepl - Alloca AI is being split into NewElts, so rewrite
1730 /// the instruction I, which references it, to use the separate elements.
1731 /// Offset indicates the position within AI that is referenced by this
1732 /// instruction.
1733 void SROA::RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1734                                 SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1735   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E;) {
1736     Use &TheUse = UI.getUse();
1737     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1738
1739     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1740       RewriteBitCast(BC, AI, Offset, NewElts);
1741       continue;
1742     }
1743     
1744     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1745       RewriteGEP(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1746       continue;
1747     }
1748     
1749     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1750       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1751       uint64_t MemSize = Length->getZExtValue();
1752       if (Offset == 0 &&
1753           MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()))
1754         RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, I, AI, NewElts);
1755       // Otherwise the intrinsic can only touch a single element and the
1756       // address operand will be updated, so nothing else needs to be done.
1757       continue;
1758     }
1759     
1760     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1761       const Type *LIType = LI->getType();
1762       
1763       if (isCompatibleAggregate(LIType, AI->getAllocatedType())) {
1764         // Replace:
1765         //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
1766         // with:
1767         //   %load.0 = load i32* %alloc.0
1768         //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
1769         //   %load.1 = load i32* %alloc.1
1770         //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
1771         // (Also works for arrays instead of structs)
1772         Value *Insert = UndefValue::get(LIType);
1773         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1774           Value *Load = new LoadInst(NewElts[i], "load", LI);
1775           Insert = InsertValueInst::Create(Insert, Load, i, "insert", LI);
1776         }
1777         LI->replaceAllUsesWith(Insert);
1778         DeadInsts.push_back(LI);
1779       } else if (LIType->isIntegerTy() &&
1780                  TD->getTypeAllocSize(LIType) ==
1781                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1782         // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
1783         RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
1784       }
1785       continue;
1786     }
1787     
1788     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1789       Value *Val = SI->getOperand(0);
1790       const Type *SIType = Val->getType();
1791       if (isCompatibleAggregate(SIType, AI->getAllocatedType())) {
1792         // Replace:
1793         //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
1794         // with:
1795         //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
1796         //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
1797         //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
1798         //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
1799         // (Also works for arrays instead of structs)
1800         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1801           Value *Extract = ExtractValueInst::Create(Val, i, Val->getName(), SI);
1802           new StoreInst(Extract, NewElts[i], SI);
1803         }
1804         DeadInsts.push_back(SI);
1805       } else if (SIType->isIntegerTy() &&
1806                  TD->getTypeAllocSize(SIType) ==
1807                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1808         // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
1809         RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
1810       }
1811       continue;
1812     }
1813     
1814     if (isa<SelectInst>(User) || isa<PHINode>(User)) {
1815       // If we have a PHI user of the alloca itself (as opposed to a GEP or 
1816       // bitcast) we have to rewrite it.  GEP and bitcast uses will be RAUW'd to
1817       // the new pointer.
1818       if (!isa<AllocaInst>(I)) continue;
1819       
1820       assert(Offset == 0 && NewElts[0] &&
1821              "Direct alloca use should have a zero offset");
1822       
1823       // If we have a use of the alloca, we know the derived uses will be
1824       // utilizing just the first element of the scalarized result.  Insert a
1825       // bitcast of the first alloca before the user as required.
1826       AllocaInst *NewAI = NewElts[0];
1827       BitCastInst *BCI = new BitCastInst(NewAI, AI->getType(), "", NewAI);
1828       NewAI->moveBefore(BCI);
1829       TheUse = BCI;
1830       continue;
1831     }
1832   }
1833 }
1834
1835 /// RewriteBitCast - Update a bitcast reference to the alloca being replaced
1836 /// and recursively continue updating all of its uses.
1837 void SROA::RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1838                           SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1839   RewriteForScalarRepl(BC, AI, Offset, NewElts);
1840   if (BC->getOperand(0) != AI)
1841     return;
1842
1843   // The bitcast references the original alloca.  Replace its uses with
1844   // references to the first new element alloca.
1845   Instruction *Val = NewElts[0];
1846   if (Val->getType() != BC->getDestTy()) {
1847     Val = new BitCastInst(Val, BC->getDestTy(), "", BC);
1848     Val->takeName(BC);
1849   }
1850   BC->replaceAllUsesWith(Val);
1851   DeadInsts.push_back(BC);
1852 }
1853
1854 /// FindElementAndOffset - Return the index of the element containing Offset
1855 /// within the specified type, which must be either a struct or an array.
1856 /// Sets T to the type of the element and Offset to the offset within that
1857 /// element.  IdxTy is set to the type of the index result to be used in a
1858 /// GEP instruction.
1859 uint64_t SROA::FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
1860                                     const Type *&IdxTy) {
1861   uint64_t Idx = 0;
1862   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1863     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1864     Idx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1865     T = ST->getContainedType(Idx);
1866     Offset -= Layout->getElementOffset(Idx);
1867     IdxTy = Type::getInt32Ty(T->getContext());
1868     return Idx;
1869   }
1870   const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(T);
1871   T = AT->getElementType();
1872   uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(T);
1873   Idx = Offset / EltSize;
1874   Offset -= Idx * EltSize;
1875   IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
1876   return Idx;
1877 }
1878
1879 /// RewriteGEP - Check if this GEP instruction moves the pointer across
1880 /// elements of the alloca that are being split apart, and if so, rewrite
1881 /// the GEP to be relative to the new element.
1882 void SROA::RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1883                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1884   uint64_t OldOffset = Offset;
1885   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1886   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
1887                                  &Indices[0], Indices.size());
1888
1889   RewriteForScalarRepl(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1890
1891   const Type *T = AI->getAllocatedType();
1892   const Type *IdxTy;
1893   uint64_t OldIdx = FindElementAndOffset(T, OldOffset, IdxTy);
1894   if (GEPI->getOperand(0) == AI)
1895     OldIdx = ~0ULL; // Force the GEP to be rewritten.
1896
1897   T = AI->getAllocatedType();
1898   uint64_t EltOffset = Offset;
1899   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
1900
1901   // If this GEP does not move the pointer across elements of the alloca
1902   // being split, then it does not needs to be rewritten.
1903   if (Idx == OldIdx)
1904     return;
1905
1906   const Type *i32Ty = Type::getInt32Ty(AI->getContext());
1907   SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
1908   NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
1909   while (EltOffset != 0) {
1910     uint64_t EltIdx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
1911     NewArgs.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, EltIdx));
1912   }
1913   Instruction *Val = NewElts[Idx];
1914   if (NewArgs.size() > 1) {
1915     Val = GetElementPtrInst::CreateInBounds(Val, NewArgs.begin(),
1916                                             NewArgs.end(), "", GEPI);
1917     Val->takeName(GEPI);
1918   }
1919   if (Val->getType() != GEPI->getType())
1920     Val = new BitCastInst(Val, GEPI->getType(), Val->getName(), GEPI);
1921   GEPI->replaceAllUsesWith(Val);
1922   DeadInsts.push_back(GEPI);
1923 }
1924
1925 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
1926 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
1927 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
1928                                         AllocaInst *AI,
1929                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1930   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
1931   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
1932   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
1933   // memset, this Value* stays null.
1934   Value *OtherPtr = 0;
1935   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
1936   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
1937     if (Inst == MTI->getRawDest())
1938       OtherPtr = MTI->getRawSource();
1939     else {
1940       assert(Inst == MTI->getRawSource());
1941       OtherPtr = MTI->getRawDest();
1942     }
1943   }
1944
1945   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
1946   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
1947   if (OtherPtr) {
1948     unsigned AddrSpace =
1949       cast<PointerType>(OtherPtr->getType())->getAddressSpace();
1950
1951     // Remove bitcasts and all-zero GEPs from OtherPtr.  This is an
1952     // optimization, but it's also required to detect the corner case where
1953     // both pointer operands are referencing the same memory, and where
1954     // OtherPtr may be a bitcast or GEP that currently being rewritten.  (This
1955     // function is only called for mem intrinsics that access the whole
1956     // aggregate, so non-zero GEPs are not an issue here.)
1957     OtherPtr = OtherPtr->stripPointerCasts();
1958
1959     // Copying the alloca to itself is a no-op: just delete it.
1960     if (OtherPtr == AI || OtherPtr == NewElts[0]) {
1961       // This code will run twice for a no-op memcpy -- once for each operand.
1962       // Put only one reference to MI on the DeadInsts list.
1963       for (SmallVector<Value*, 32>::const_iterator I = DeadInsts.begin(),
1964              E = DeadInsts.end(); I != E; ++I)
1965         if (*I == MI) return;
1966       DeadInsts.push_back(MI);
1967       return;
1968     }
1969
1970     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
1971     // type.
1972     const Type *NewTy =
1973       PointerType::get(AI->getType()->getElementType(), AddrSpace);
1974
1975     if (OtherPtr->getType() != NewTy)
1976       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, NewTy, OtherPtr->getName(), MI);
1977   }
1978
1979   // Process each element of the aggregate.
1980   bool SROADest = MI->getRawDest() == Inst;
1981
1982   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(MI->getContext()));
1983
1984   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1985     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
1986     Value *OtherElt = 0;
1987     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
1988
1989     if (OtherPtr) {
1990       Value *Idx[2] = { Zero,
1991                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), i) };
1992       OtherElt = GetElementPtrInst::CreateInBounds(OtherPtr, Idx, Idx + 2,
1993                                               OtherPtr->getName()+"."+Twine(i),
1994                                                    MI);
1995       uint64_t EltOffset;
1996       const PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
1997       const Type *OtherTy = OtherPtrTy->getElementType();
1998       if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(OtherTy)) {
1999         EltOffset = TD->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
2000       } else {
2001         const Type *EltTy = cast<SequentialType>(OtherTy)->getElementType();
2002         EltOffset = TD->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
2003       }
2004
2005       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
2006       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
2007       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
2008       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
2009       // known alignment is just 4 bytes.
2010       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
2011     }
2012
2013     Value *EltPtr = NewElts[i];
2014     const Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
2015
2016     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
2017     if (EltTy->isSingleValueType()) {
2018       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
2019         if (SROADest) {
2020           // From Other to Alloca.
2021           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
2022           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
2023         } else {
2024           // From Alloca to Other.
2025           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
2026           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
2027         }
2028         continue;
2029       }
2030       assert(isa<MemSetInst>(MI));
2031
2032       // If the stored element is zero (common case), just store a null
2033       // constant.
2034       Constant *StoreVal;
2035       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getArgOperand(1))) {
2036         if (CI->isZero()) {
2037           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
2038         } else {
2039           // If EltTy is a vector type, get the element type.
2040           const Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
2041
2042           // Construct an integer with the right value.
2043           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
2044           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
2045           APInt TotalVal(OneVal);
2046           // Set each byte.
2047           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
2048             TotalVal = TotalVal.shl(8);
2049             TotalVal |= OneVal;
2050           }
2051
2052           // Convert the integer value to the appropriate type.
2053           StoreVal = ConstantInt::get(CI->getContext(), TotalVal);
2054           if (ValTy->isPointerTy())
2055             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
2056           else if (ValTy->isFloatingPointTy())
2057             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
2058           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
2059
2060           // If the requested value was a vector constant, create it.
2061           if (EltTy != ValTy) {
2062             unsigned NumElts = cast<VectorType>(ValTy)->getNumElements();
2063             SmallVector<Constant*, 16> Elts(NumElts, StoreVal);
2064             StoreVal = ConstantVector::get(Elts);
2065           }
2066         }
2067         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
2068         continue;
2069       }
2070       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
2071       // this element.
2072     }
2073
2074     unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
2075
2076     IRBuilder<> Builder(MI);
2077
2078     // Finally, insert the meminst for this element.
2079     if (isa<MemSetInst>(MI)) {
2080       Builder.CreateMemSet(EltPtr, MI->getArgOperand(1), EltSize,
2081                            MI->isVolatile());
2082     } else {
2083       assert(isa<MemTransferInst>(MI));
2084       Value *Dst = SROADest ? EltPtr : OtherElt;  // Dest ptr
2085       Value *Src = SROADest ? OtherElt : EltPtr;  // Src ptr
2086
2087       if (isa<MemCpyInst>(MI))
2088         Builder.CreateMemCpy(Dst, Src, EltSize, OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2089       else
2090         Builder.CreateMemMove(Dst, Src, EltSize,OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2091     }
2092   }
2093   DeadInsts.push_back(MI);
2094 }
2095
2096 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found a store of an integer that
2097 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
2098 /// integer and store them individually.
2099 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
2100                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
2101   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
2102   // and store the element value to the individual alloca.
2103   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
2104   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2105   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2106
2107   IRBuilder<> Builder(SI);
2108   
2109   // Handle tail padding by extending the operand
2110   if (TD->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
2111     SrcVal = Builder.CreateZExt(SrcVal,
2112                             IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits));
2113
2114   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
2115                << '\n');
2116
2117   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2118   // have different ways to compute the element offset.
2119   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2120     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
2121
2122     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2123       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
2124       const Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
2125       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2126
2127       if (TD->isBigEndian())
2128         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
2129
2130       Value *EltVal = SrcVal;
2131       if (Shift) {
2132         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2133         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2134       }
2135
2136       // Truncate down to an integer of the right size.
2137       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2138
2139       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2140       if (FieldSizeBits == 0) continue;
2141
2142       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
2143         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2144                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits));
2145       Value *DestField = NewElts[i];
2146       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
2147         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2148       } else if (FieldTy->isFloatingPointTy() || FieldTy->isVectorTy()) {
2149         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2150         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, FieldTy);
2151       } else {
2152         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2153         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2154                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2155       }
2156       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2157     }
2158
2159   } else {
2160     const ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
2161     const Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
2162     uint64_t ElementOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2163     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
2164
2165     uint64_t Shift;
2166
2167     if (TD->isBigEndian())
2168       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
2169     else
2170       Shift = 0;
2171
2172     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2173       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2174       if (ElementSizeBits == 0) continue;
2175
2176       Value *EltVal = SrcVal;
2177       if (Shift) {
2178         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2179         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2180       }
2181
2182       // Truncate down to an integer of the right size.
2183       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
2184         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2185                                      IntegerType::get(SI->getContext(),
2186                                                       ElementSizeBits));
2187       Value *DestField = NewElts[i];
2188       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
2189         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2190       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPointTy() ||
2191                  ArrayEltTy->isVectorTy()) {
2192         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2193         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, ArrayEltTy);
2194       } else {
2195         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2196         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2197                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2198       }
2199       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2200
2201       if (TD->isBigEndian())
2202         Shift -= ElementOffset;
2203       else
2204         Shift += ElementOffset;
2205     }
2206   }
2207
2208   DeadInsts.push_back(SI);
2209 }
2210
2211 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found a load of the entire allocation to
2212 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
2213 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
2214                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2215   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
2216   // and form the result value.
2217   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2218   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2219
2220   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
2221                << '\n');
2222
2223   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2224   // have different ways to compute the element offset.
2225   const StructLayout *Layout = 0;
2226   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
2227   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2228     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
2229   } else {
2230     const Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
2231     ArrayEltBitOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2232   }
2233
2234   Value *ResultVal =
2235     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
2236
2237   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2238     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
2239     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
2240     Value *SrcField = NewElts[i];
2241     const Type *FieldTy =
2242       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
2243     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2244
2245     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2246     if (FieldSizeBits == 0) continue;
2247
2248     const IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(),
2249                                                      FieldSizeBits);
2250     if (!FieldTy->isIntegerTy() && !FieldTy->isFloatingPointTy() &&
2251         !FieldTy->isVectorTy())
2252       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
2253                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
2254                                  "", LI);
2255     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
2256
2257     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
2258     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
2259     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
2260       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
2261
2262     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
2263     // we can shift and insert it.
2264     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
2265       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
2266
2267     // Determine the number of bits to shift SrcField.
2268     uint64_t Shift;
2269     if (Layout) // Struct case.
2270       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2271     else  // Array case.
2272       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
2273
2274     if (TD->isBigEndian())
2275       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
2276
2277     if (Shift) {
2278       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
2279       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
2280     }
2281
2282     // Don't create an 'or x, 0' on the first iteration.
2283     if (!isa<Constant>(ResultVal) ||
2284         !cast<Constant>(ResultVal)->isNullValue())
2285       ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
2286     else
2287       ResultVal = SrcField;
2288   }
2289
2290   // Handle tail padding by truncating the result
2291   if (TD->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
2292     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
2293
2294   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
2295   DeadInsts.push_back(LI);
2296 }
2297
2298 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
2299 /// alignment padding in between the elements that would be split apart
2300 /// by SROA; return false otherwise.
2301 static bool HasPadding(const Type *Ty, const TargetData &TD) {
2302   if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2303     Ty = ATy->getElementType();
2304     return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
2305   }
2306
2307   // SROA currently handles only Arrays and Structs.
2308   const StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
2309   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
2310   unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
2311   for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2312     unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
2313
2314     // Check to see if there is any padding between this element and the
2315     // previous one.
2316     if (i) {
2317       unsigned PrevFieldEnd =
2318         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
2319       if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
2320         return true;
2321     }
2322     PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
2323   }
2324   // Check for tail padding.
2325   if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
2326     unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
2327       TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
2328     if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
2329       return true;
2330   }
2331   return false;
2332 }
2333
2334 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
2335 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
2336 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
2337 bool SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI) {
2338   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
2339   // the users are safe to transform.
2340   AllocaInfo Info(AI);
2341
2342   isSafeForScalarRepl(AI, 0, Info);
2343   if (Info.isUnsafe) {
2344     DEBUG(dbgs() << "Cannot transform: " << *AI << '\n');
2345     return false;
2346   }
2347
2348   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
2349   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
2350   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
2351   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
2352   // struct.
2353   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
2354       HasPadding(AI->getAllocatedType(), *TD))
2355     return false;
2356
2357   // If the alloca never has an access to just *part* of it, but is accessed
2358   // via loads and stores, then we should use ConvertToScalarInfo to promote
2359   // the alloca instead of promoting each piece at a time and inserting fission
2360   // and fusion code.
2361   if (!Info.hasSubelementAccess && Info.hasALoadOrStore) {
2362     // If the struct/array just has one element, use basic SRoA.
2363     if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
2364       if (ST->getNumElements() > 1) return false;
2365     } else {
2366       if (cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType())->getNumElements() > 1)
2367         return false;
2368     }
2369   }
2370   
2371   return true;
2372 }
2373
2374
2375
2376 /// PointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
2377 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
2378 /// constant expressions because we don't can't rewrite arbitrary instructions.
2379 static bool PointsToConstantGlobal(Value *V) {
2380   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
2381     return GV->isConstant();
2382   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
2383     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
2384         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
2385       return PointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
2386   return false;
2387 }
2388
2389 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
2390 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
2391 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
2392 /// track of whether it moves the pointer (with isOffset) but otherwise traverse
2393 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
2394 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant global, we
2395 /// can optimize this.
2396 static bool isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, MemTransferInst *&TheCopy,
2397                                            bool isOffset) {
2398   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
2399     User *U = cast<Instruction>(*UI);
2400
2401     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
2402       // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
2403       if (LI->isVolatile()) return false;
2404       continue;
2405     }
2406
2407     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
2408       // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
2409       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(BCI, TheCopy, isOffset))
2410         return false;
2411       continue;
2412     }
2413     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
2414       // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer.  If it
2415       // doesn't, it does.
2416       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(GEP, TheCopy,
2417                                          isOffset || !GEP->hasAllZeroIndices()))
2418         return false;
2419       continue;
2420     }
2421
2422     if (CallSite CS = U) {
2423       // If this is a readonly/readnone call site, then we know it is just a
2424       // load and we can ignore it.
2425       if (CS.onlyReadsMemory())
2426         continue;
2427
2428       // If this is the function being called then we treat it like a load and
2429       // ignore it.
2430       if (CS.isCallee(UI))
2431         continue;
2432
2433       // If this is being passed as a byval argument, the caller is making a
2434       // copy, so it is only a read of the alloca.
2435       unsigned ArgNo = CS.getArgumentNo(UI);
2436       if (CS.paramHasAttr(ArgNo+1, Attribute::ByVal))
2437         continue;
2438     }
2439
2440     // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
2441     // handle.
2442     MemTransferInst *MI = dyn_cast<MemTransferInst>(U);
2443     if (MI == 0)
2444       return false;
2445
2446     // If the transfer is using the alloca as a source of the transfer, then
2447     // ignore it since it is a load (unless the transfer is volatile).
2448     if (UI.getOperandNo() == 1) {
2449       if (MI->isVolatile()) return false;
2450       continue;
2451     }
2452
2453     // If we already have seen a copy, reject the second one.
2454     if (TheCopy) return false;
2455
2456     // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
2457     // safely handle this.
2458     if (isOffset) return false;
2459
2460     // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
2461     if (UI.getOperandNo() != 0) return false;
2462
2463     // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
2464     if (!PointsToConstantGlobal(MI->getSource()))
2465       return false;
2466
2467     // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
2468     TheCopy = MI;
2469   }
2470   return true;
2471 }
2472
2473 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
2474 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
2475 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
2476 MemTransferInst *SROA::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI) {
2477   MemTransferInst *TheCopy = 0;
2478   if (::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, false))
2479     return TheCopy;
2480   return 0;
2481 }