Uniformize the names of type predicates: rather than having isFloatTy and
[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/Pass.h"
32 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
33 #include "llvm/Target/TargetData.h"
34 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
35 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
38 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
39 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
40 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
41 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
42 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
43 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
44 using namespace llvm;
45
46 STATISTIC(NumReplaced,  "Number of allocas broken up");
47 STATISTIC(NumPromoted,  "Number of allocas promoted");
48 STATISTIC(NumConverted, "Number of aggregates converted to scalar");
49 STATISTIC(NumGlobals,   "Number of allocas copied from constant global");
50
51 namespace {
52   struct SROA : public FunctionPass {
53     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
54     explicit SROA(signed T = -1) : FunctionPass(&ID) {
55       if (T == -1)
56         SRThreshold = 128;
57       else
58         SRThreshold = T;
59     }
60
61     bool runOnFunction(Function &F);
62
63     bool performScalarRepl(Function &F);
64     bool performPromotion(Function &F);
65
66     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
67     // will not alter the CFG, so say so.
68     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
69       AU.addRequired<DominatorTree>();
70       AU.addRequired<DominanceFrontier>();
71       AU.setPreservesCFG();
72     }
73
74   private:
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       /// isUnsafe - This is set to true if the alloca cannot be SROA'd.
86       bool isUnsafe : 1;
87       
88       /// isMemCpySrc - This is true if this aggregate is memcpy'd from.
89       bool isMemCpySrc : 1;
90
91       /// isMemCpyDst - This is true if this aggregate is memcpy'd into.
92       bool isMemCpyDst : 1;
93
94       AllocaInfo()
95         : isUnsafe(false), isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false) {}
96     };
97     
98     unsigned SRThreshold;
99
100     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I) { I.isUnsafe = true; }
101
102     bool isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI);
103
104     void isSafeForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
105                              AllocaInfo &Info);
106     void isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t &Offset,
107                    AllocaInfo &Info);
108     void isSafeMemAccess(AllocaInst *AI, uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
109                          const Type *MemOpType, bool isStore, AllocaInfo &Info);
110     bool TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size);
111     uint64_t FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
112                                   const Type *&IdxTy);
113     
114     void DoScalarReplacement(AllocaInst *AI, 
115                              std::vector<AllocaInst*> &WorkList);
116     void DeleteDeadInstructions();
117     AllocaInst *AddNewAlloca(Function &F, const Type *Ty, AllocaInst *Base);
118     
119     void RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
120                               SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
121     void RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
122                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
123     void RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
124                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
125     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
126                                       AllocaInst *AI,
127                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
128     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
129                                        SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
130     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
131                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
132     
133     bool CanConvertToScalar(Value *V, bool &IsNotTrivial, const Type *&VecTy,
134                             bool &SawVec, uint64_t Offset, unsigned AllocaSize);
135     void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset);
136     Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, const Type *ToType,
137                                      uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
138     Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
139                                      uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
140     static Instruction *isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI);
141   };
142 }
143
144 char SROA::ID = 0;
145 static RegisterPass<SROA> X("scalarrepl", "Scalar Replacement of Aggregates");
146
147 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
148 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(signed int Threshold) { 
149   return new SROA(Threshold);
150 }
151
152
153 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
154   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
155
156   bool Changed = performPromotion(F);
157
158   // FIXME: ScalarRepl currently depends on TargetData more than it
159   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
160   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
161   // scalar-replacement portion of this pass.
162   if (!TD) return Changed;
163
164   while (1) {
165     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
166     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
167     Changed = true;
168     LocalChange = performPromotion(F);
169     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
170   }
171
172   return Changed;
173 }
174
175
176 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
177   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
178   DominatorTree         &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
179   DominanceFrontier &DF = getAnalysis<DominanceFrontier>();
180
181   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
182
183   bool Changed = false;
184
185   while (1) {
186     Allocas.clear();
187
188     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
189     // the entry node
190     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
191       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
192         if (isAllocaPromotable(AI))
193           Allocas.push_back(AI);
194
195     if (Allocas.empty()) break;
196
197     PromoteMemToReg(Allocas, DT, DF);
198     NumPromoted += Allocas.size();
199     Changed = true;
200   }
201
202   return Changed;
203 }
204
205 /// ShouldAttemptScalarRepl - Decide if an alloca is a good candidate for
206 /// SROA.  It must be a struct or array type with a small number of elements.
207 static bool ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI) {
208   const Type *T = AI->getAllocatedType();
209   // Do not promote any struct into more than 32 separate vars.
210   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
211     return ST->getNumElements() <= 32;
212   // Arrays are much less likely to be safe for SROA; only consider
213   // them if they are very small.
214   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T))
215     return AT->getNumElements() <= 8;
216   return false;
217 }
218
219 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
220 // which runs on all of the malloc/alloca instructions in the function, removing
221 // them if they are only used by getelementptr instructions.
222 //
223 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
224   std::vector<AllocaInst*> WorkList;
225
226   // Scan the entry basic block, adding any alloca's and mallocs to the worklist
227   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
228   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
229     if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(I))
230       WorkList.push_back(A);
231
232   // Process the worklist
233   bool Changed = false;
234   while (!WorkList.empty()) {
235     AllocaInst *AI = WorkList.back();
236     WorkList.pop_back();
237     
238     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
239     // with unused elements.
240     if (AI->use_empty()) {
241       AI->eraseFromParent();
242       continue;
243     }
244
245     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
246     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
247       continue;
248     
249     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
250     // a constant global.  If this is the case, we can change all users to use
251     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
252     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
253     // is only subsequently read.
254     if (Instruction *TheCopy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI)) {
255       DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << *AI << '\n');
256       DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *TheCopy << '\n');
257       Constant *TheSrc = cast<Constant>(TheCopy->getOperand(2));
258       AI->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(TheSrc, AI->getType()));
259       TheCopy->eraseFromParent();  // Don't mutate the global.
260       AI->eraseFromParent();
261       ++NumGlobals;
262       Changed = true;
263       continue;
264     }
265     
266     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
267     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
268     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
269     // value cannot be decomposed at all.
270     uint64_t AllocaSize = TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
271
272     // Do not promote [0 x %struct].
273     if (AllocaSize == 0) continue;
274
275     // If the alloca looks like a good candidate for scalar replacement, and if
276     // all its users can be transformed, then split up the aggregate into its
277     // separate elements.
278     if (ShouldAttemptScalarRepl(AI) && isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
279       DoScalarReplacement(AI, WorkList);
280       Changed = true;
281       continue;
282     }
283
284     // Do not promote any struct whose size is too big.
285     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
286
287     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
288     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
289     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
290     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
291     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
292     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
293     bool IsNotTrivial = false;
294     const Type *VectorTy = 0;
295     bool HadAVector = false;
296     if (CanConvertToScalar(AI, IsNotTrivial, VectorTy, HadAVector, 
297                            0, unsigned(AllocaSize)) && IsNotTrivial) {
298       AllocaInst *NewAI;
299       // If we were able to find a vector type that can handle this with
300       // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
301       // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
302       // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
303       // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
304       // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
305       if (VectorTy && isa<VectorType>(VectorTy) && HadAVector) {
306         DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "\n  TYPE = "
307                      << *VectorTy << '\n');
308         
309         // Create and insert the vector alloca.
310         NewAI = new AllocaInst(VectorTy, 0, "",  AI->getParent()->begin());
311         ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
312       } else {
313         DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n");
314         
315         // Create and insert the integer alloca.
316         const Type *NewTy = IntegerType::get(AI->getContext(), AllocaSize*8);
317         NewAI = new AllocaInst(NewTy, 0, "", AI->getParent()->begin());
318         ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
319       }
320       NewAI->takeName(AI);
321       AI->eraseFromParent();
322       ++NumConverted;
323       Changed = true;
324       continue;
325     }
326     
327     // Otherwise, couldn't process this alloca.
328   }
329
330   return Changed;
331 }
332
333 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
334 /// predicate, do SROA now.
335 void SROA::DoScalarReplacement(AllocaInst *AI, 
336                                std::vector<AllocaInst*> &WorkList) {
337   DEBUG(dbgs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
338   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
339   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
340     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
341     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
342       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0, 
343                                       AI->getAlignment(),
344                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
345       ElementAllocas.push_back(NA);
346       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
347     }
348   } else {
349     const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
350     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
351     const Type *ElTy = AT->getElementType();
352     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
353       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, AI->getAlignment(),
354                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
355       ElementAllocas.push_back(NA);
356       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
357     }
358   }
359
360   // Now that we have created the new alloca instructions, rewrite all the
361   // uses of the old alloca.
362   RewriteForScalarRepl(AI, AI, 0, ElementAllocas);
363
364   // Now erase any instructions that were made dead while rewriting the alloca.
365   DeleteDeadInstructions();
366   AI->eraseFromParent();
367
368   NumReplaced++;
369 }
370
371 /// DeleteDeadInstructions - Erase instructions on the DeadInstrs list,
372 /// recursively including all their operands that become trivially dead.
373 void SROA::DeleteDeadInstructions() {
374   while (!DeadInsts.empty()) {
375     Instruction *I = cast<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
376
377     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
378       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
379         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
380         // (But, don't add allocas to the dead instruction list -- they are
381         // already on the worklist and will be deleted separately.)
382         *OI = 0;
383         if (isInstructionTriviallyDead(U) && !isa<AllocaInst>(U))
384           DeadInsts.push_back(U);
385       }
386
387     I->eraseFromParent();
388   }
389 }
390     
391 /// isSafeForScalarRepl - Check if instruction I is a safe use with regard to
392 /// performing scalar replacement of alloca AI.  The results are flagged in
393 /// the Info parameter.  Offset indicates the position within AI that is
394 /// referenced by this instruction.
395 void SROA::isSafeForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
396                                AllocaInfo &Info) {
397   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
398     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
399
400     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
401       isSafeForScalarRepl(BC, AI, Offset, Info);
402     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
403       uint64_t GEPOffset = Offset;
404       isSafeGEP(GEPI, AI, GEPOffset, Info);
405       if (!Info.isUnsafe)
406         isSafeForScalarRepl(GEPI, AI, GEPOffset, Info);
407     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(UI)) {
408       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
409       if (Length)
410         isSafeMemAccess(AI, Offset, Length->getZExtValue(), 0,
411                         UI.getOperandNo() == 1, Info);
412       else
413         MarkUnsafe(Info);
414     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
415       if (!LI->isVolatile()) {
416         const Type *LIType = LI->getType();
417         isSafeMemAccess(AI, Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
418                         LIType, false, Info);
419       } else
420         MarkUnsafe(Info);
421     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
422       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
423       if (!SI->isVolatile() && SI->getOperand(0) != I) {
424         const Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
425         isSafeMemAccess(AI, Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
426                         SIType, true, Info);
427       } else
428         MarkUnsafe(Info);
429     } else {
430       DEBUG(errs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
431       MarkUnsafe(Info);
432     }
433     if (Info.isUnsafe) return;
434   }
435 }
436
437 /// isSafeGEP - Check if a GEP instruction can be handled for scalar
438 /// replacement.  It is safe when all the indices are constant, in-bounds
439 /// references, and when the resulting offset corresponds to an element within
440 /// the alloca type.  The results are flagged in the Info parameter.  Upon
441 /// return, Offset is adjusted as specified by the GEP indices.
442 void SROA::isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI,
443                      uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info) {
444   gep_type_iterator GEPIt = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
445   if (GEPIt == E)
446     return;
447
448   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
449   // into.
450   for (; GEPIt != E; ++GEPIt) {
451     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
452     if (isa<StructType>(*GEPIt))
453       continue;
454
455     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand());
456     if (!IdxVal)
457       return MarkUnsafe(Info);
458   }
459
460   // Compute the offset due to this GEP and check if the alloca has a
461   // component element at that offset.
462   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
463   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
464                                  &Indices[0], Indices.size());
465   if (!TypeHasComponent(AI->getAllocatedType(), Offset, 0))
466     MarkUnsafe(Info);
467 }
468
469 /// isSafeMemAccess - Check if a load/store/memcpy operates on the entire AI
470 /// alloca or has an offset and size that corresponds to a component element
471 /// within it.  The offset checked here may have been formed from a GEP with a
472 /// pointer bitcasted to a different type.
473 void SROA::isSafeMemAccess(AllocaInst *AI, uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
474                            const Type *MemOpType, bool isStore,
475                            AllocaInfo &Info) {
476   // Check if this is a load/store of the entire alloca.
477   if (Offset == 0 && MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
478     bool UsesAggregateType = (MemOpType == AI->getAllocatedType());
479     // This is safe for MemIntrinsics (where MemOpType is 0), integer types
480     // (which are essentially the same as the MemIntrinsics, especially with
481     // regard to copying padding between elements), or references using the
482     // aggregate type of the alloca.
483     if (!MemOpType || isa<IntegerType>(MemOpType) || UsesAggregateType) {
484       if (!UsesAggregateType) {
485         if (isStore)
486           Info.isMemCpyDst = true;
487         else
488           Info.isMemCpySrc = true;
489       }
490       return;
491     }
492   }
493   // Check if the offset/size correspond to a component within the alloca type.
494   const Type *T = AI->getAllocatedType();
495   if (TypeHasComponent(T, Offset, MemSize))
496     return;
497
498   return MarkUnsafe(Info);
499 }
500
501 /// TypeHasComponent - Return true if T has a component type with the
502 /// specified offset and size.  If Size is zero, do not check the size.
503 bool SROA::TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
504   const Type *EltTy;
505   uint64_t EltSize;
506   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
507     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
508     unsigned EltIdx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
509     EltTy = ST->getContainedType(EltIdx);
510     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
511     Offset -= Layout->getElementOffset(EltIdx);
512   } else if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
513     EltTy = AT->getElementType();
514     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
515     if (Offset >= AT->getNumElements() * EltSize)
516       return false;
517     Offset %= EltSize;
518   } else {
519     return false;
520   }
521   if (Offset == 0 && (Size == 0 || EltSize == Size))
522     return true;
523   // Check if the component spans multiple elements.
524   if (Offset + Size > EltSize)
525     return false;
526   return TypeHasComponent(EltTy, Offset, Size);
527 }
528
529 /// RewriteForScalarRepl - Alloca AI is being split into NewElts, so rewrite
530 /// the instruction I, which references it, to use the separate elements.
531 /// Offset indicates the position within AI that is referenced by this
532 /// instruction.
533 void SROA::RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
534                                 SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
535   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
536     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
537
538     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
539       RewriteBitCast(BC, AI, Offset, NewElts);
540     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
541       RewriteGEP(GEPI, AI, Offset, NewElts);
542     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
543       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
544       uint64_t MemSize = Length->getZExtValue();
545       if (Offset == 0 &&
546           MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()))
547         RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, I, AI, NewElts);
548       // Otherwise the intrinsic can only touch a single element and the
549       // address operand will be updated, so nothing else needs to be done.
550     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
551       const Type *LIType = LI->getType();
552       if (LIType == AI->getAllocatedType()) {
553         // Replace:
554         //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
555         // with:
556         //   %load.0 = load i32* %alloc.0
557         //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
558         //   %load.1 = load i32* %alloc.1
559         //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
560         // (Also works for arrays instead of structs)
561         Value *Insert = UndefValue::get(LIType);
562         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
563           Value *Load = new LoadInst(NewElts[i], "load", LI);
564           Insert = InsertValueInst::Create(Insert, Load, i, "insert", LI);
565         }
566         LI->replaceAllUsesWith(Insert);
567         DeadInsts.push_back(LI);
568       } else if (isa<IntegerType>(LIType) &&
569                  TD->getTypeAllocSize(LIType) ==
570                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
571         // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
572         RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
573       }
574     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
575       Value *Val = SI->getOperand(0);
576       const Type *SIType = Val->getType();
577       if (SIType == AI->getAllocatedType()) {
578         // Replace:
579         //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
580         // with:
581         //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
582         //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
583         //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
584         //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
585         // (Also works for arrays instead of structs)
586         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
587           Value *Extract = ExtractValueInst::Create(Val, i, Val->getName(), SI);
588           new StoreInst(Extract, NewElts[i], SI);
589         }
590         DeadInsts.push_back(SI);
591       } else if (isa<IntegerType>(SIType) &&
592                  TD->getTypeAllocSize(SIType) ==
593                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
594         // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
595         RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
596       }
597     }
598   }
599 }
600
601 /// RewriteBitCast - Update a bitcast reference to the alloca being replaced
602 /// and recursively continue updating all of its uses.
603 void SROA::RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
604                           SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
605   RewriteForScalarRepl(BC, AI, Offset, NewElts);
606   if (BC->getOperand(0) != AI)
607     return;
608
609   // The bitcast references the original alloca.  Replace its uses with
610   // references to the first new element alloca.
611   Instruction *Val = NewElts[0];
612   if (Val->getType() != BC->getDestTy()) {
613     Val = new BitCastInst(Val, BC->getDestTy(), "", BC);
614     Val->takeName(BC);
615   }
616   BC->replaceAllUsesWith(Val);
617   DeadInsts.push_back(BC);
618 }
619
620 /// FindElementAndOffset - Return the index of the element containing Offset
621 /// within the specified type, which must be either a struct or an array.
622 /// Sets T to the type of the element and Offset to the offset within that
623 /// element.  IdxTy is set to the type of the index result to be used in a
624 /// GEP instruction.
625 uint64_t SROA::FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
626                                     const Type *&IdxTy) {
627   uint64_t Idx = 0;
628   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
629     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
630     Idx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
631     T = ST->getContainedType(Idx);
632     Offset -= Layout->getElementOffset(Idx);
633     IdxTy = Type::getInt32Ty(T->getContext());
634     return Idx;
635   }
636   const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(T);
637   T = AT->getElementType();
638   uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(T);
639   Idx = Offset / EltSize;
640   Offset -= Idx * EltSize;
641   IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
642   return Idx;
643 }
644
645 /// RewriteGEP - Check if this GEP instruction moves the pointer across
646 /// elements of the alloca that are being split apart, and if so, rewrite
647 /// the GEP to be relative to the new element.
648 void SROA::RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
649                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
650   uint64_t OldOffset = Offset;
651   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
652   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
653                                  &Indices[0], Indices.size());
654
655   RewriteForScalarRepl(GEPI, AI, Offset, NewElts);
656
657   const Type *T = AI->getAllocatedType();
658   const Type *IdxTy;
659   uint64_t OldIdx = FindElementAndOffset(T, OldOffset, IdxTy);
660   if (GEPI->getOperand(0) == AI)
661     OldIdx = ~0ULL; // Force the GEP to be rewritten.
662
663   T = AI->getAllocatedType();
664   uint64_t EltOffset = Offset;
665   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
666
667   // If this GEP does not move the pointer across elements of the alloca
668   // being split, then it does not needs to be rewritten.
669   if (Idx == OldIdx)
670     return;
671
672   const Type *i32Ty = Type::getInt32Ty(AI->getContext());
673   SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
674   NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
675   while (EltOffset != 0) {
676     uint64_t EltIdx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
677     NewArgs.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, EltIdx));
678   }
679   Instruction *Val = NewElts[Idx];
680   if (NewArgs.size() > 1) {
681     Val = GetElementPtrInst::CreateInBounds(Val, NewArgs.begin(),
682                                             NewArgs.end(), "", GEPI);
683     Val->takeName(GEPI);
684   }
685   if (Val->getType() != GEPI->getType())
686     Val = new BitCastInst(Val, GEPI->getType(), Val->getName(), GEPI);
687   GEPI->replaceAllUsesWith(Val);
688   DeadInsts.push_back(GEPI);
689 }
690
691 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
692 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
693 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
694                                         AllocaInst *AI,
695                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
696   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
697   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
698   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
699   // memset, this Value* stays null.
700   Value *OtherPtr = 0;
701   LLVMContext &Context = MI->getContext();
702   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
703   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
704     if (Inst == MTI->getRawDest())
705       OtherPtr = MTI->getRawSource();
706     else {
707       assert(Inst == MTI->getRawSource());
708       OtherPtr = MTI->getRawDest();
709     }
710   }
711
712   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
713   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
714   if (OtherPtr) {
715
716     // Remove bitcasts and all-zero GEPs from OtherPtr.  This is an
717     // optimization, but it's also required to detect the corner case where
718     // both pointer operands are referencing the same memory, and where
719     // OtherPtr may be a bitcast or GEP that currently being rewritten.  (This
720     // function is only called for mem intrinsics that access the whole
721     // aggregate, so non-zero GEPs are not an issue here.)
722     while (1) {
723       if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(OtherPtr)) {
724         OtherPtr = BC->getOperand(0);
725         continue;
726       }
727       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(OtherPtr)) {
728         // All zero GEPs are effectively bitcasts.
729         if (GEP->hasAllZeroIndices()) {
730           OtherPtr = GEP->getOperand(0);
731           continue;
732         }
733       }
734       break;
735     }
736     // Copying the alloca to itself is a no-op: just delete it.
737     if (OtherPtr == AI || OtherPtr == NewElts[0]) {
738       // This code will run twice for a no-op memcpy -- once for each operand.
739       // Put only one reference to MI on the DeadInsts list.
740       for (SmallVector<Value*, 32>::const_iterator I = DeadInsts.begin(),
741              E = DeadInsts.end(); I != E; ++I)
742         if (*I == MI) return;
743       DeadInsts.push_back(MI);
744       return;
745     }
746     
747     if (ConstantExpr *BCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OtherPtr))
748       if (BCE->getOpcode() == Instruction::BitCast)
749         OtherPtr = BCE->getOperand(0);
750     
751     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
752     // type.
753     if (OtherPtr->getType() != AI->getType())
754       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, AI->getType(), OtherPtr->getName(),
755                                  MI);
756   }
757   
758   // Process each element of the aggregate.
759   Value *TheFn = MI->getOperand(0);
760   const Type *BytePtrTy = MI->getRawDest()->getType();
761   bool SROADest = MI->getRawDest() == Inst;
762   
763   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(MI->getContext()));
764
765   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
766     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
767     Value *OtherElt = 0;
768     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
769     
770     if (OtherPtr) {
771       Value *Idx[2] = { Zero,
772                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), i) };
773       OtherElt = GetElementPtrInst::CreateInBounds(OtherPtr, Idx, Idx + 2,
774                                               OtherPtr->getName()+"."+Twine(i),
775                                                    MI);
776       uint64_t EltOffset;
777       const PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
778       if (const StructType *ST =
779             dyn_cast<StructType>(OtherPtrTy->getElementType())) {
780         EltOffset = TD->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
781       } else {
782         const Type *EltTy =
783           cast<SequentialType>(OtherPtr->getType())->getElementType();
784         EltOffset = TD->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
785       }
786       
787       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
788       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
789       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
790       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
791       // known alignment is just 4 bytes.
792       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
793     }
794     
795     Value *EltPtr = NewElts[i];
796     const Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
797     
798     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
799     if (EltTy->isSingleValueType()) {
800       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
801         if (SROADest) {
802           // From Other to Alloca.
803           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
804           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
805         } else {
806           // From Alloca to Other.
807           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
808           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
809         }
810         continue;
811       }
812       assert(isa<MemSetInst>(MI));
813       
814       // If the stored element is zero (common case), just store a null
815       // constant.
816       Constant *StoreVal;
817       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getOperand(2))) {
818         if (CI->isZero()) {
819           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
820         } else {
821           // If EltTy is a vector type, get the element type.
822           const Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
823
824           // Construct an integer with the right value.
825           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
826           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
827           APInt TotalVal(OneVal);
828           // Set each byte.
829           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
830             TotalVal = TotalVal.shl(8);
831             TotalVal |= OneVal;
832           }
833           
834           // Convert the integer value to the appropriate type.
835           StoreVal = ConstantInt::get(Context, TotalVal);
836           if (isa<PointerType>(ValTy))
837             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
838           else if (ValTy->isFloatingPointTy())
839             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
840           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
841           
842           // If the requested value was a vector constant, create it.
843           if (EltTy != ValTy) {
844             unsigned NumElts = cast<VectorType>(ValTy)->getNumElements();
845             SmallVector<Constant*, 16> Elts(NumElts, StoreVal);
846             StoreVal = ConstantVector::get(&Elts[0], NumElts);
847           }
848         }
849         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
850         continue;
851       }
852       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
853       // this element.
854     }
855     
856     // Cast the element pointer to BytePtrTy.
857     if (EltPtr->getType() != BytePtrTy)
858       EltPtr = new BitCastInst(EltPtr, BytePtrTy, EltPtr->getName(), MI);
859     
860     // Cast the other pointer (if we have one) to BytePtrTy. 
861     if (OtherElt && OtherElt->getType() != BytePtrTy)
862       OtherElt = new BitCastInst(OtherElt, BytePtrTy, OtherElt->getName(), MI);
863     
864     unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
865     
866     // Finally, insert the meminst for this element.
867     if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
868       Value *Ops[] = {
869         SROADest ? EltPtr : OtherElt,  // Dest ptr
870         SROADest ? OtherElt : EltPtr,  // Src ptr
871         ConstantInt::get(MI->getOperand(3)->getType(), EltSize), // Size
872         // Align
873         ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), OtherEltAlign)
874       };
875       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 4, "", MI);
876     } else {
877       assert(isa<MemSetInst>(MI));
878       Value *Ops[] = {
879         EltPtr, MI->getOperand(2),  // Dest, Value,
880         ConstantInt::get(MI->getOperand(3)->getType(), EltSize), // Size
881         Zero  // Align
882       };
883       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 4, "", MI);
884     }
885   }
886   DeadInsts.push_back(MI);
887 }
888
889 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found a store of an integer that
890 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
891 /// integer and store them individually.
892 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
893                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
894   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
895   // and store the element value to the individual alloca.
896   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
897   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
898   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
899   
900   // Handle tail padding by extending the operand
901   if (TD->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
902     SrcVal = new ZExtInst(SrcVal,
903                           IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits), 
904                           "", SI);
905
906   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
907                << '\n');
908
909   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
910   // have different ways to compute the element offset.
911   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
912     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
913     
914     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
915       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
916       const Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
917       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
918       
919       if (TD->isBigEndian())
920         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
921       
922       Value *EltVal = SrcVal;
923       if (Shift) {
924         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
925         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
926                                             "sroa.store.elt", SI);
927       }
928       
929       // Truncate down to an integer of the right size.
930       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
931       
932       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
933       if (FieldSizeBits == 0) continue;
934       
935       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
936         EltVal = new TruncInst(EltVal,
937                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits),
938                               "", SI);
939       Value *DestField = NewElts[i];
940       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
941         // Storing to an integer field of this size, just do it.
942       } else if (FieldTy->isFloatingPointTy() || isa<VectorType>(FieldTy)) {
943         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
944         EltVal = new BitCastInst(EltVal, FieldTy, "", SI);
945       } else {
946         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
947         DestField = new BitCastInst(DestField,
948                               PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
949                                     "", SI);
950       }
951       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
952     }
953     
954   } else {
955     const ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
956     const Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
957     uint64_t ElementOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
958     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
959
960     uint64_t Shift;
961     
962     if (TD->isBigEndian())
963       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
964     else 
965       Shift = 0;
966     
967     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
968       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
969       if (ElementSizeBits == 0) continue;
970       
971       Value *EltVal = SrcVal;
972       if (Shift) {
973         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
974         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
975                                             "sroa.store.elt", SI);
976       }
977       
978       // Truncate down to an integer of the right size.
979       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
980         EltVal = new TruncInst(EltVal, 
981                                IntegerType::get(SI->getContext(), 
982                                                 ElementSizeBits),"",SI);
983       Value *DestField = NewElts[i];
984       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
985         // Storing to an integer field of this size, just do it.
986       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPointTy() ||
987                  isa<VectorType>(ArrayEltTy)) {
988         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
989         EltVal = new BitCastInst(EltVal, ArrayEltTy, "", SI);
990       } else {
991         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
992         DestField = new BitCastInst(DestField,
993                               PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
994                                     "", SI);
995       }
996       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
997       
998       if (TD->isBigEndian())
999         Shift -= ElementOffset;
1000       else 
1001         Shift += ElementOffset;
1002     }
1003   }
1004   
1005   DeadInsts.push_back(SI);
1006 }
1007
1008 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found a load of the entire allocation to
1009 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
1010 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
1011                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1012   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
1013   // and form the result value.
1014   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
1015   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
1016   
1017   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
1018                << '\n');
1019   
1020   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
1021   // have different ways to compute the element offset.
1022   const StructLayout *Layout = 0;
1023   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
1024   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
1025     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
1026   } else {
1027     const Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
1028     ArrayEltBitOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
1029   }    
1030   
1031   Value *ResultVal = 
1032     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
1033   
1034   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1035     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
1036     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
1037     Value *SrcField = NewElts[i];
1038     const Type *FieldTy =
1039       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
1040     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
1041     
1042     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
1043     if (FieldSizeBits == 0) continue;
1044     
1045     const IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(), 
1046                                                      FieldSizeBits);
1047     if (!isa<IntegerType>(FieldTy) && !FieldTy->isFloatingPointTy() &&
1048         !isa<VectorType>(FieldTy))
1049       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
1050                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
1051                                  "", LI);
1052     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
1053
1054     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
1055     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
1056     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
1057       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
1058
1059     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
1060     // we can shift and insert it.
1061     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
1062       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
1063     
1064     // Determine the number of bits to shift SrcField.
1065     uint64_t Shift;
1066     if (Layout) // Struct case.
1067       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
1068     else  // Array case.
1069       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
1070     
1071     if (TD->isBigEndian())
1072       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
1073     
1074     if (Shift) {
1075       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
1076       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
1077     }
1078
1079     ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
1080   }
1081
1082   // Handle tail padding by truncating the result
1083   if (TD->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
1084     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
1085
1086   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
1087   DeadInsts.push_back(LI);
1088 }
1089
1090 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
1091 /// alignment padding, false otherwise.
1092 static bool HasPadding(const Type *Ty, const TargetData &TD) {
1093   if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
1094     const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1095     unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
1096     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1097       unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
1098
1099       // Padding in sub-elements?
1100       if (HasPadding(STy->getElementType(i), TD))
1101         return true;
1102
1103       // Check to see if there is any padding between this element and the
1104       // previous one.
1105       if (i) {
1106         unsigned PrevFieldEnd =
1107         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
1108         if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
1109           return true;
1110       }
1111
1112       PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
1113     }
1114
1115     //  Check for tail padding.
1116     if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
1117       unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
1118                    TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
1119       if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
1120         return true;
1121     }
1122
1123   } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1124     return HasPadding(ATy->getElementType(), TD);
1125   } else if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1126     return HasPadding(VTy->getElementType(), TD);
1127   }
1128   return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
1129 }
1130
1131 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
1132 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
1133 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
1134 bool SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI) {
1135   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
1136   // the users are safe to transform.
1137   AllocaInfo Info;
1138   
1139   isSafeForScalarRepl(AI, AI, 0, Info);
1140   if (Info.isUnsafe) {
1141     DEBUG(dbgs() << "Cannot transform: " << *AI << '\n');
1142     return false;
1143   }
1144   
1145   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
1146   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
1147   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
1148   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
1149   // struct.
1150   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
1151       HasPadding(AI->getAllocatedType(), *TD))
1152     return false;
1153
1154   return true;
1155 }
1156
1157 /// MergeInType - Add the 'In' type to the accumulated type (Accum) so far at
1158 /// the offset specified by Offset (which is specified in bytes).
1159 ///
1160 /// There are two cases we handle here:
1161 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
1162 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
1163 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
1164 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
1165 ///   2) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
1166 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
1167 ///      and stores would mutate the memory.
1168 static void MergeInType(const Type *In, uint64_t Offset, const Type *&VecTy,
1169                         unsigned AllocaSize, const TargetData &TD,
1170                         LLVMContext &Context) {
1171   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
1172   if (VecTy != Type::getVoidTy(Context)) { // either null or a vector type.
1173
1174     // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
1175     // matches the existing VecTy.
1176     if (const VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
1177       if (VInTy->getBitWidth()/8 == AllocaSize && Offset == 0) {
1178         // If we're storing/loading a vector of the right size, allow it as a
1179         // vector.  If this the first vector we see, remember the type so that
1180         // we know the element size.
1181         if (VecTy == 0)
1182           VecTy = VInTy;
1183         return;
1184       }
1185     } else if (In->isFloatTy() || In->isDoubleTy() ||
1186                (isa<IntegerType>(In) && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
1187                 isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
1188       // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
1189       // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
1190       // compatible with it.
1191       unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
1192       if (Offset % EltSize == 0 &&
1193           AllocaSize % EltSize == 0 &&
1194           (VecTy == 0 || 
1195            cast<VectorType>(VecTy)->getElementType()
1196                  ->getPrimitiveSizeInBits()/8 == EltSize)) {
1197         if (VecTy == 0)
1198           VecTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
1199         return;
1200       }
1201     }
1202   }
1203   
1204   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
1205   // form.  We can still turn this into a large integer.
1206   VecTy = Type::getVoidTy(Context);
1207 }
1208
1209 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
1210 /// its accesses to a single vector type, return true and set VecTy to
1211 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
1212 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
1213 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
1214 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
1215 ///
1216 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
1217 /// SawVec flag.
1218 bool SROA::CanConvertToScalar(Value *V, bool &IsNotTrivial, const Type *&VecTy,
1219                               bool &SawVec, uint64_t Offset,
1220                               unsigned AllocaSize) {
1221   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1222     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1223     
1224     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1225       // Don't break volatile loads.
1226       if (LI->isVolatile())
1227         return false;
1228       MergeInType(LI->getType(), Offset, VecTy,
1229                   AllocaSize, *TD, V->getContext());
1230       SawVec |= isa<VectorType>(LI->getType());
1231       continue;
1232     }
1233     
1234     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1235       // Storing the pointer, not into the value?
1236       if (SI->getOperand(0) == V || SI->isVolatile()) return 0;
1237       MergeInType(SI->getOperand(0)->getType(), Offset,
1238                   VecTy, AllocaSize, *TD, V->getContext());
1239       SawVec |= isa<VectorType>(SI->getOperand(0)->getType());
1240       continue;
1241     }
1242     
1243     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1244       if (!CanConvertToScalar(BCI, IsNotTrivial, VecTy, SawVec, Offset,
1245                               AllocaSize))
1246         return false;
1247       IsNotTrivial = true;
1248       continue;
1249     }
1250
1251     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1252       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
1253       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
1254         return false;
1255       
1256       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
1257       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
1258       uint64_t GEPOffset = TD->getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
1259                                                 &Indices[0], Indices.size());
1260       // See if all uses can be converted.
1261       if (!CanConvertToScalar(GEP, IsNotTrivial, VecTy, SawVec,Offset+GEPOffset,
1262                               AllocaSize))
1263         return false;
1264       IsNotTrivial = true;
1265       continue;
1266     }
1267
1268     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
1269     // handle it.
1270     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
1271       // Store of constant value and constant size.
1272       if (isa<ConstantInt>(MSI->getValue()) &&
1273           isa<ConstantInt>(MSI->getLength())) {
1274         IsNotTrivial = true;
1275         continue;
1276       }
1277     }
1278
1279     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
1280     // can handle it like a load or store of the scalar type.
1281     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
1282       if (ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength()))
1283         if (Len->getZExtValue() == AllocaSize && Offset == 0) {
1284           IsNotTrivial = true;
1285           continue;
1286         }
1287     }
1288     
1289     // Otherwise, we cannot handle this!
1290     return false;
1291   }
1292   
1293   return true;
1294 }
1295
1296 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
1297 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
1298 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
1299 /// vector with insert/extractelement instructions.
1300 ///
1301 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1302 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
1303 void SROA::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset) {
1304   while (!Ptr->use_empty()) {
1305     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
1306
1307     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1308       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset);
1309       CI->eraseFromParent();
1310       continue;
1311     }
1312
1313     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1314       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
1315       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
1316       uint64_t GEPOffset = TD->getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
1317                                                 &Indices[0], Indices.size());
1318       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8);
1319       GEP->eraseFromParent();
1320       continue;
1321     }
1322     
1323     IRBuilder<> Builder(User->getParent(), User);
1324     
1325     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1326       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
1327       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "tmp");
1328       Value *NewLoadVal
1329         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset, Builder);
1330       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
1331       LI->eraseFromParent();
1332       continue;
1333     }
1334     
1335     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1336       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
1337       Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
1338       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
1339                                              Builder);
1340       Builder.CreateStore(New, NewAI);
1341       SI->eraseFromParent();
1342       
1343       // If the load we just inserted is now dead, then the inserted store
1344       // overwrote the entire thing.
1345       if (Old->use_empty())
1346         Old->eraseFromParent();
1347       continue;
1348     }
1349     
1350     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
1351     // transform it into a store of the expanded constant value.
1352     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
1353       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
1354       unsigned NumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
1355       if (NumBytes != 0) {
1356         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
1357         
1358         // Compute the value replicated the right number of times.
1359         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
1360
1361         // Splat the value if non-zero.
1362         if (Val)
1363           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
1364             APVal |= APVal << 8;
1365         
1366         Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
1367         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
1368                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
1369                                                Old, Offset, Builder);
1370         Builder.CreateStore(New, NewAI);
1371         
1372         // If the load we just inserted is now dead, then the memset overwrote
1373         // the entire thing.
1374         if (Old->use_empty())
1375           Old->eraseFromParent();        
1376       }
1377       MSI->eraseFromParent();
1378       continue;
1379     }
1380
1381     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
1382     // can handle it like a load or store of the scalar type.
1383     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
1384       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
1385       
1386       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
1387       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
1388       // as appropriate.
1389       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(Ptr->getUnderlyingObject(0));
1390       
1391       if (MTI->getSource()->getUnderlyingObject(0) != OrigAI) {
1392         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
1393         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
1394         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
1395         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
1396         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, NewAI->getType());
1397         
1398         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
1399         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
1400         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
1401       } else if (MTI->getDest()->getUnderlyingObject(0) != OrigAI) {
1402         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
1403         // through the original dest pointer (bitcasted).
1404         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
1405         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
1406
1407         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), NewAI->getType());
1408         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
1409         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
1410       } else {
1411         // Noop transfer. Src == Dst
1412       }
1413
1414       MTI->eraseFromParent();
1415       continue;
1416     }
1417     
1418     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
1419   }
1420 }
1421
1422 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
1423 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
1424 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
1425 ///
1426 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
1427 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
1428 /// insert/extractelement instructions.
1429 ///
1430 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1431 /// shifted to the right.
1432 Value *SROA::ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, const Type *ToType,
1433                                         uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
1434   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
1435   if (FromVal->getType() == ToType && Offset == 0)
1436     return FromVal;
1437
1438   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
1439   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
1440   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromVal->getType())) {
1441     if (isa<VectorType>(ToType))
1442       return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
1443
1444     // Otherwise it must be an element access.
1445     unsigned Elt = 0;
1446     if (Offset) {
1447       unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
1448       Elt = Offset/EltSize;
1449       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
1450     }
1451     // Return the element extracted out of it.
1452     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, ConstantInt::get(
1453                     Type::getInt32Ty(FromVal->getContext()), Elt), "tmp");
1454     if (V->getType() != ToType)
1455       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType, "tmp");
1456     return V;
1457   }
1458   
1459   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
1460   // use insertvalue's to form the FCA.
1461   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
1462     const StructLayout &Layout = *TD->getStructLayout(ST);
1463     Value *Res = UndefValue::get(ST);
1464     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
1465       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
1466                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
1467                                               Builder);
1468       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
1469     }
1470     return Res;
1471   }
1472   
1473   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
1474     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
1475     Value *Res = UndefValue::get(AT);
1476     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1477       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
1478                                               Offset+i*EltSize, Builder);
1479       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
1480     }
1481     return Res;
1482   }
1483
1484   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
1485   const IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
1486
1487   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
1488   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1489   int ShAmt = 0;
1490   if (TD->isBigEndian()) {
1491     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1492     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1493     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1494     ShAmt = TD->getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
1495             TD->getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
1496   } else {
1497     ShAmt = Offset;
1498   }
1499
1500   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
1501   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
1502   // only some bits are used.
1503   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
1504     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
1505                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(),
1506                                                            ShAmt), "tmp");
1507   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
1508     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal, 
1509                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(),
1510                                                           -ShAmt), "tmp");
1511
1512   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
1513   unsigned LIBitWidth = TD->getTypeSizeInBits(ToType);
1514   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
1515     FromVal =
1516       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(), 
1517                                                     LIBitWidth), "tmp");
1518   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
1519     FromVal =
1520        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(), 
1521                                                     LIBitWidth), "tmp");
1522
1523   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
1524   if (isa<IntegerType>(ToType)) {
1525     // Should be done.
1526   } else if (ToType->isFloatingPointTy() || isa<VectorType>(ToType)) {
1527     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
1528     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
1529   } else {
1530     // Otherwise must be a pointer.
1531     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType, "tmp");
1532   }
1533   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
1534   return FromVal;
1535 }
1536
1537 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
1538 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
1539 ///
1540 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
1541 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
1542 /// vector with insert/extractelement instructions.
1543 ///
1544 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1545 /// shifted to the right.
1546 Value *SROA::ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
1547                                        uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
1548
1549   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
1550   // then 'or' into place.
1551   const Type *AllocaType = Old->getType();
1552   LLVMContext &Context = Old->getContext();
1553
1554   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
1555     uint64_t VecSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy);
1556     uint64_t ValSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
1557     
1558     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
1559     // vector type?
1560     if (ValSize == VecSize)
1561       return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType, "tmp");
1562
1563     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
1564
1565     // Must be an element insertion.
1566     unsigned Elt = Offset/EltSize;
1567     
1568     if (SV->getType() != VTy->getElementType())
1569       SV = Builder.CreateBitCast(SV, VTy->getElementType(), "tmp");
1570     
1571     SV = Builder.CreateInsertElement(Old, SV, 
1572                      ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(SV->getContext()), Elt),
1573                                      "tmp");
1574     return SV;
1575   }
1576   
1577   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
1578   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
1579     const StructLayout &Layout = *TD->getStructLayout(ST);
1580     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
1581       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
1582       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, 
1583                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
1584                                       Builder);
1585     }
1586     return Old;
1587   }
1588   
1589   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
1590     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
1591     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1592       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
1593       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, Builder);
1594     }
1595     return Old;
1596   }
1597
1598   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
1599   // If it is a pointer, do the same.
1600   unsigned SrcWidth = TD->getTypeSizeInBits(SV->getType());
1601   unsigned DestWidth = TD->getTypeSizeInBits(AllocaType);
1602   unsigned SrcStoreWidth = TD->getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
1603   unsigned DestStoreWidth = TD->getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
1604   if (SV->getType()->isFloatingPointTy() || isa<VectorType>(SV->getType()))
1605     SV = Builder.CreateBitCast(SV,
1606                             IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth), "tmp");
1607   else if (isa<PointerType>(SV->getType()))
1608     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, TD->getIntPtrType(SV->getContext()), "tmp");
1609
1610   // Zero extend or truncate the value if needed.
1611   if (SV->getType() != AllocaType) {
1612     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1613              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
1614       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType, "tmp");
1615     else {
1616       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
1617       // (undefined behavior).
1618       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType, "tmp");
1619       SrcWidth = DestWidth;
1620       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
1621     }
1622   }
1623
1624   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
1625   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1626   int ShAmt = 0;
1627   if (TD->isBigEndian()) {
1628     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1629     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1630     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1631     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
1632   } else {
1633     ShAmt = Offset;
1634   }
1635
1636   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
1637   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
1638   // only some bits in the structure are set.
1639   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
1640   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
1641     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1642                            ShAmt), "tmp");
1643     Mask <<= ShAmt;
1644   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
1645     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1646                             -ShAmt), "tmp");
1647     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
1648   }
1649
1650   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
1651   // in the new bits.
1652   if (SrcWidth != DestWidth) {
1653     assert(DestWidth > SrcWidth);
1654     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
1655     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
1656   }
1657   return SV;
1658 }
1659
1660
1661
1662 /// PointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
1663 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
1664 /// constant expressions because we don't can't rewrite arbitrary instructions.
1665 static bool PointsToConstantGlobal(Value *V) {
1666   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
1667     return GV->isConstant();
1668   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
1669     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast || 
1670         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
1671       return PointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
1672   return false;
1673 }
1674
1675 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
1676 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
1677 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
1678 /// track of whether it moves the pointer (with isOffset) but otherwise traverse
1679 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
1680 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant  global, we
1681 /// can optimize this.
1682 static bool isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, Instruction *&TheCopy,
1683                                            bool isOffset) {
1684   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1685     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI))
1686       // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
1687       if (!LI->isVolatile())
1688         continue;
1689     
1690     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(*UI)) {
1691       // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
1692       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(BCI, TheCopy, isOffset))
1693         return false;
1694       continue;
1695     }
1696     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*UI)) {
1697       // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer.  If it
1698       // doesn't, it does.
1699       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(GEP, TheCopy,
1700                                          isOffset || !GEP->hasAllZeroIndices()))
1701         return false;
1702       continue;
1703     }
1704     
1705     // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
1706     // handle.
1707     if (!isa<MemTransferInst>(*UI))
1708       return false;
1709
1710     // If we already have seen a copy, reject the second one.
1711     if (TheCopy) return false;
1712     
1713     // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
1714     // safely handle this.
1715     if (isOffset) return false;
1716
1717     // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
1718     if (UI.getOperandNo() != 1) return false;
1719     
1720     MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(*UI);
1721     
1722     // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
1723     if (!PointsToConstantGlobal(MI->getOperand(2)))
1724       return false;
1725     
1726     // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
1727     TheCopy = MI;
1728   }
1729   return true;
1730 }
1731
1732 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
1733 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
1734 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
1735 Instruction *SROA::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI) {
1736   Instruction *TheCopy = 0;
1737   if (::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, false))
1738     return TheCopy;
1739   return 0;
1740 }