Make sure scalarrepl picks the correct alloca when it rewrites a bitcast. Fixes...
[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/DebugInfo.h"
34 #include "llvm/Analysis/DIBuilder.h"
35 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
36 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
37 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
38 #include "llvm/Target/TargetData.h"
39 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
40 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
41 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
42 #include "llvm/Support/CallSite.h"
43 #include "llvm/Support/Debug.h"
44 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
45 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
46 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
47 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
48 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
49 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
50 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
51 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
52 using namespace llvm;
53
54 STATISTIC(NumReplaced,  "Number of allocas broken up");
55 STATISTIC(NumPromoted,  "Number of allocas promoted");
56 STATISTIC(NumAdjusted,  "Number of scalar allocas adjusted to allow promotion");
57 STATISTIC(NumConverted, "Number of aggregates converted to scalar");
58 STATISTIC(NumGlobals,   "Number of allocas copied from constant global");
59
60 namespace {
61   struct SROA : public FunctionPass {
62     SROA(int T, bool hasDT, char &ID)
63       : FunctionPass(ID), HasDomTree(hasDT) {
64       if (T == -1)
65         SRThreshold = 128;
66       else
67         SRThreshold = T;
68     }
69
70     bool runOnFunction(Function &F);
71
72     bool performScalarRepl(Function &F);
73     bool performPromotion(Function &F);
74
75   private:
76     bool HasDomTree;
77     TargetData *TD;
78
79     /// DeadInsts - Keep track of instructions we have made dead, so that
80     /// we can remove them after we are done working.
81     SmallVector<Value*, 32> DeadInsts;
82
83     /// AllocaInfo - When analyzing uses of an alloca instruction, this captures
84     /// information about the uses.  All these fields are initialized to false
85     /// and set to true when something is learned.
86     struct AllocaInfo {
87       /// The alloca to promote.
88       AllocaInst *AI;
89       
90       /// CheckedPHIs - This is a set of verified PHI nodes, to prevent infinite
91       /// looping and avoid redundant work.
92       SmallPtrSet<PHINode*, 8> CheckedPHIs;
93       
94       /// isUnsafe - This is set to true if the alloca cannot be SROA'd.
95       bool isUnsafe : 1;
96
97       /// isMemCpySrc - This is true if this aggregate is memcpy'd from.
98       bool isMemCpySrc : 1;
99
100       /// isMemCpyDst - This is true if this aggregate is memcpy'd into.
101       bool isMemCpyDst : 1;
102
103       /// hasSubelementAccess - This is true if a subelement of the alloca is
104       /// ever accessed, or false if the alloca is only accessed with mem
105       /// intrinsics or load/store that only access the entire alloca at once.
106       bool hasSubelementAccess : 1;
107       
108       /// hasALoadOrStore - This is true if there are any loads or stores to it.
109       /// The alloca may just be accessed with memcpy, for example, which would
110       /// not set this.
111       bool hasALoadOrStore : 1;
112       
113       explicit AllocaInfo(AllocaInst *ai)
114         : AI(ai), isUnsafe(false), isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false),
115           hasSubelementAccess(false), hasALoadOrStore(false) {}
116     };
117
118     unsigned SRThreshold;
119
120     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I, Instruction *User) {
121       I.isUnsafe = true;
122       DEBUG(dbgs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
123     }
124
125     bool isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI);
126
127     void isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset, AllocaInfo &Info);
128     void isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *User, uint64_t Offset,
129                                          AllocaInfo &Info);
130     void isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info);
131     void isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
132                          Type *MemOpType, bool isStore, AllocaInfo &Info,
133                          Instruction *TheAccess, bool AllowWholeAccess);
134     bool TypeHasComponent(Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size);
135     uint64_t FindElementAndOffset(Type *&T, uint64_t &Offset,
136                                   Type *&IdxTy);
137
138     void DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
139                              std::vector<AllocaInst*> &WorkList);
140     void DeleteDeadInstructions();
141
142     void RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
143                               SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
144     void RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
145                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
146     void RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
147                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
148     void RewriteLifetimeIntrinsic(IntrinsicInst *II, AllocaInst *AI,
149                                   uint64_t Offset,
150                                   SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
151     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
152                                       AllocaInst *AI,
153                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
154     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
155                                        SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
156     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
157                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
158
159     static MemTransferInst *isOnlyCopiedFromConstantGlobal(
160         AllocaInst *AI, SmallVector<Instruction*, 4> &ToDelete);
161   };
162   
163   // SROA_DT - SROA that uses DominatorTree.
164   struct SROA_DT : public SROA {
165     static char ID;
166   public:
167     SROA_DT(int T = -1) : SROA(T, true, ID) {
168       initializeSROA_DTPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
169     }
170     
171     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
172     // will not alter the CFG, so say so.
173     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
174       AU.addRequired<DominatorTree>();
175       AU.setPreservesCFG();
176     }
177   };
178   
179   // SROA_SSAUp - SROA that uses SSAUpdater.
180   struct SROA_SSAUp : public SROA {
181     static char ID;
182   public:
183     SROA_SSAUp(int T = -1) : SROA(T, false, ID) {
184       initializeSROA_SSAUpPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
185     }
186     
187     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
188     // will not alter the CFG, so say so.
189     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
190       AU.setPreservesCFG();
191     }
192   };
193   
194 }
195
196 char SROA_DT::ID = 0;
197 char SROA_SSAUp::ID = 0;
198
199 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_DT, "scalarrepl",
200                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
201 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
202 INITIALIZE_PASS_END(SROA_DT, "scalarrepl",
203                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
204
205 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
206                       "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
207 INITIALIZE_PASS_END(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
208                     "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
209
210 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
211 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(int Threshold,
212                                                    bool UseDomTree) {
213   if (UseDomTree)
214     return new SROA_DT(Threshold);
215   return new SROA_SSAUp(Threshold);
216 }
217
218
219 //===----------------------------------------------------------------------===//
220 // Convert To Scalar Optimization.
221 //===----------------------------------------------------------------------===//
222
223 namespace {
224 /// ConvertToScalarInfo - This class implements the "Convert To Scalar"
225 /// optimization, which scans the uses of an alloca and determines if it can
226 /// rewrite it in terms of a single new alloca that can be mem2reg'd.
227 class ConvertToScalarInfo {
228   /// AllocaSize - The size of the alloca being considered in bytes.
229   unsigned AllocaSize;
230   const TargetData &TD;
231
232   /// IsNotTrivial - This is set to true if there is some access to the object
233   /// which means that mem2reg can't promote it.
234   bool IsNotTrivial;
235
236   /// ScalarKind - Tracks the kind of alloca being considered for promotion,
237   /// computed based on the uses of the alloca rather than the LLVM type system.
238   enum {
239     Unknown,
240
241     // Accesses via GEPs that are consistent with element access of a vector
242     // type. This will not be converted into a vector unless there is a later
243     // access using an actual vector type.
244     ImplicitVector,
245
246     // Accesses via vector operations and GEPs that are consistent with the
247     // layout of a vector type.
248     Vector,
249
250     // An integer bag-of-bits with bitwise operations for insertion and
251     // extraction. Any combination of types can be converted into this kind
252     // of scalar.
253     Integer
254   } ScalarKind;
255
256   /// VectorTy - This tracks the type that we should promote the vector to if
257   /// it is possible to turn it into a vector.  This starts out null, and if it
258   /// isn't possible to turn into a vector type, it gets set to VoidTy.
259   VectorType *VectorTy;
260
261   /// HadNonMemTransferAccess - True if there is at least one access to the 
262   /// alloca that is not a MemTransferInst.  We don't want to turn structs into
263   /// large integers unless there is some potential for optimization.
264   bool HadNonMemTransferAccess;
265
266 public:
267   explicit ConvertToScalarInfo(unsigned Size, const TargetData &td)
268     : AllocaSize(Size), TD(td), IsNotTrivial(false), ScalarKind(Unknown),
269       VectorTy(0), HadNonMemTransferAccess(false) { }
270
271   AllocaInst *TryConvert(AllocaInst *AI);
272
273 private:
274   bool CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset);
275   void MergeInTypeForLoadOrStore(Type *In, uint64_t Offset);
276   bool MergeInVectorType(VectorType *VInTy, uint64_t Offset);
277   void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset);
278
279   Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, Type *ToType,
280                                     uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
281   Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
282                                    uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
283 };
284 } // end anonymous namespace.
285
286
287 /// TryConvert - Analyze the specified alloca, and if it is safe to do so,
288 /// rewrite it to be a new alloca which is mem2reg'able.  This returns the new
289 /// alloca if possible or null if not.
290 AllocaInst *ConvertToScalarInfo::TryConvert(AllocaInst *AI) {
291   // If we can't convert this scalar, or if mem2reg can trivially do it, bail
292   // out.
293   if (!CanConvertToScalar(AI, 0) || !IsNotTrivial)
294     return 0;
295
296   // If an alloca has only memset / memcpy uses, it may still have an Unknown
297   // ScalarKind. Treat it as an Integer below.
298   if (ScalarKind == Unknown)
299     ScalarKind = Integer;
300
301   if (ScalarKind == Vector && VectorTy->getBitWidth() != AllocaSize * 8)
302     ScalarKind = Integer;
303
304   // If we were able to find a vector type that can handle this with
305   // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
306   // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
307   // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
308   // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
309   // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
310   Type *NewTy;
311   if (ScalarKind == Vector) {
312     assert(VectorTy && "Missing type for vector scalar.");
313     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "\n  TYPE = "
314           << *VectorTy << '\n');
315     NewTy = VectorTy;  // Use the vector type.
316   } else {
317     unsigned BitWidth = AllocaSize * 8;
318     if ((ScalarKind == ImplicitVector || ScalarKind == Integer) &&
319         !HadNonMemTransferAccess && !TD.fitsInLegalInteger(BitWidth))
320       return 0;
321
322     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n");
323     // Create and insert the integer alloca.
324     NewTy = IntegerType::get(AI->getContext(), BitWidth);
325   }
326   AllocaInst *NewAI = new AllocaInst(NewTy, 0, "", AI->getParent()->begin());
327   ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
328   return NewAI;
329 }
330
331 /// MergeInTypeForLoadOrStore - Add the 'In' type to the accumulated vector type
332 /// (VectorTy) so far at the offset specified by Offset (which is specified in
333 /// bytes).
334 ///
335 /// There are two cases we handle here:
336 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
337 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
338 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
339 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
340 ///   2) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
341 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
342 ///      and stores would mutate the memory.  We mark this by setting VectorTy
343 ///      to VoidTy.
344 void ConvertToScalarInfo::MergeInTypeForLoadOrStore(Type *In,
345                                                     uint64_t Offset) {
346   // If we already decided to turn this into a blob of integer memory, there is
347   // nothing to be done.
348   if (ScalarKind == Integer)
349     return;
350
351   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
352
353   // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
354   // matches the existing VecTy.
355   if (VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
356     if (MergeInVectorType(VInTy, Offset))
357       return;
358   } else if (In->isFloatTy() || In->isDoubleTy() ||
359              (In->isIntegerTy() && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
360               isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
361     // Full width accesses can be ignored, because they can always be turned
362     // into bitcasts.
363     unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
364     if (EltSize == AllocaSize)
365       return;
366
367     // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
368     // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
369     // compatible with it.
370     if (Offset % EltSize == 0 && AllocaSize % EltSize == 0 &&
371         (!VectorTy || EltSize == VectorTy->getElementType()
372                                          ->getPrimitiveSizeInBits()/8)) {
373       if (!VectorTy) {
374         ScalarKind = ImplicitVector;
375         VectorTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
376       }
377       return;
378     }
379   }
380
381   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
382   // form.  We can still turn this into a large integer.
383   ScalarKind = Integer;
384 }
385
386 /// MergeInVectorType - Handles the vector case of MergeInTypeForLoadOrStore,
387 /// returning true if the type was successfully merged and false otherwise.
388 bool ConvertToScalarInfo::MergeInVectorType(VectorType *VInTy,
389                                             uint64_t Offset) {
390   if (VInTy->getBitWidth()/8 == AllocaSize && Offset == 0) {
391     // If we're storing/loading a vector of the right size, allow it as a
392     // vector.  If this the first vector we see, remember the type so that
393     // we know the element size. If this is a subsequent access, ignore it
394     // even if it is a differing type but the same size. Worst case we can
395     // bitcast the resultant vectors.
396     if (!VectorTy)
397       VectorTy = VInTy;
398     ScalarKind = Vector;
399     return true;
400   }
401
402   return false;
403 }
404
405 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
406 /// its accesses to a single vector type, return true and set VecTy to
407 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
408 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
409 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
410 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
411 ///
412 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
413 /// SawVec flag.
414 bool ConvertToScalarInfo::CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset) {
415   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
416     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
417
418     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
419       // Don't break volatile loads.
420       if (!LI->isSimple())
421         return false;
422       // Don't touch MMX operations.
423       if (LI->getType()->isX86_MMXTy())
424         return false;
425       HadNonMemTransferAccess = true;
426       MergeInTypeForLoadOrStore(LI->getType(), Offset);
427       continue;
428     }
429
430     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
431       // Storing the pointer, not into the value?
432       if (SI->getOperand(0) == V || !SI->isSimple()) return false;
433       // Don't touch MMX operations.
434       if (SI->getOperand(0)->getType()->isX86_MMXTy())
435         return false;
436       HadNonMemTransferAccess = true;
437       MergeInTypeForLoadOrStore(SI->getOperand(0)->getType(), Offset);
438       continue;
439     }
440
441     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
442       if (!onlyUsedByLifetimeMarkers(BCI))
443         IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
444       if (!CanConvertToScalar(BCI, Offset))
445         return false;
446       continue;
447     }
448
449     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
450       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
451       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
452         return false;
453
454       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
455       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
456       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
457                                                Indices);
458       // See if all uses can be converted.
459       if (!CanConvertToScalar(GEP, Offset+GEPOffset))
460         return false;
461       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
462       HadNonMemTransferAccess = true;
463       continue;
464     }
465
466     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
467     // handle it.
468     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
469       // Store of constant value.
470       if (!isa<ConstantInt>(MSI->getValue()))
471         return false;
472
473       // Store of constant size.
474       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MSI->getLength());
475       if (!Len)
476         return false;
477
478       // If the size differs from the alloca, we can only convert the alloca to
479       // an integer bag-of-bits.
480       // FIXME: This should handle all of the cases that are currently accepted
481       // as vector element insertions.
482       if (Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
483         ScalarKind = Integer;
484
485       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
486       HadNonMemTransferAccess = true;
487       continue;
488     }
489
490     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
491     // can handle it like a load or store of the scalar type.
492     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
493       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength());
494       if (Len == 0 || Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
495         return false;
496
497       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
498       continue;
499     }
500
501     // If this is a lifetime intrinsic, we can handle it.
502     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
503       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
504           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
505         continue;
506       }
507     }
508
509     // Otherwise, we cannot handle this!
510     return false;
511   }
512
513   return true;
514 }
515
516 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
517 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
518 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
519 /// vector with insert/extractelement instructions.
520 ///
521 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
522 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
523 void ConvertToScalarInfo::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI,
524                                               uint64_t Offset) {
525   while (!Ptr->use_empty()) {
526     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
527
528     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
529       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset);
530       CI->eraseFromParent();
531       continue;
532     }
533
534     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
535       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
536       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
537       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
538                                                Indices);
539       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8);
540       GEP->eraseFromParent();
541       continue;
542     }
543
544     IRBuilder<> Builder(User);
545
546     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
547       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
548       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI);
549       Value *NewLoadVal
550         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset, Builder);
551       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
552       LI->eraseFromParent();
553       continue;
554     }
555
556     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
557       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
558       Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
559       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
560                                              Builder);
561       Builder.CreateStore(New, NewAI);
562       SI->eraseFromParent();
563
564       // If the load we just inserted is now dead, then the inserted store
565       // overwrote the entire thing.
566       if (Old->use_empty())
567         Old->eraseFromParent();
568       continue;
569     }
570
571     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
572     // transform it into a store of the expanded constant value.
573     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
574       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
575       unsigned NumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
576       if (NumBytes != 0) {
577         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
578
579         // Compute the value replicated the right number of times.
580         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
581
582         // Splat the value if non-zero.
583         if (Val)
584           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
585             APVal |= APVal << 8;
586
587         Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
588         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
589                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
590                                                Old, Offset, Builder);
591         Builder.CreateStore(New, NewAI);
592
593         // If the load we just inserted is now dead, then the memset overwrote
594         // the entire thing.
595         if (Old->use_empty())
596           Old->eraseFromParent();
597       }
598       MSI->eraseFromParent();
599       continue;
600     }
601
602     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
603     // can handle it like a load or store of the scalar type.
604     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
605       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
606
607       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
608       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
609       // as appropriate.
610       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Ptr, &TD, 0));
611
612       if (GetUnderlyingObject(MTI->getSource(), &TD, 0) != OrigAI) {
613         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
614         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
615         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
616         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
617         PointerType* SPTy = cast<PointerType>(SrcPtr->getType());
618         PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
619         if (SPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
620           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
621                                    SPTy->getAddressSpace());
622         }
623         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, AIPTy);
624
625         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
626         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
627         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
628       } else if (GetUnderlyingObject(MTI->getDest(), &TD, 0) != OrigAI) {
629         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
630         // through the original dest pointer (bitcasted).
631         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
632         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
633
634         PointerType* DPTy = cast<PointerType>(MTI->getDest()->getType());
635         PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
636         if (DPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
637           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
638                                    DPTy->getAddressSpace());
639         }
640         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), AIPTy);
641
642         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
643         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
644       } else {
645         // Noop transfer. Src == Dst
646       }
647
648       MTI->eraseFromParent();
649       continue;
650     }
651
652     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
653       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
654           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
655         // There's no need to preserve these, as the resulting alloca will be
656         // converted to a register anyways.
657         II->eraseFromParent();
658         continue;
659       }
660     }
661
662     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
663   }
664 }
665
666 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
667 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
668 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
669 ///
670 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
671 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
672 /// insert/extractelement instructions.
673 ///
674 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
675 /// shifted to the right.
676 Value *ConvertToScalarInfo::
677 ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, Type *ToType,
678                            uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
679   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
680   Type *FromType = FromVal->getType();
681   if (FromType == ToType && Offset == 0)
682     return FromVal;
683
684   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
685   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
686   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromType)) {
687     unsigned FromTypeSize = TD.getTypeAllocSize(FromType);
688     unsigned ToTypeSize = TD.getTypeAllocSize(ToType);
689     if (FromTypeSize == ToTypeSize)
690         return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType);
691
692     // Otherwise it must be an element access.
693     unsigned Elt = 0;
694     if (Offset) {
695       unsigned EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
696       Elt = Offset/EltSize;
697       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
698     }
699     // Return the element extracted out of it.
700     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, Builder.getInt32(Elt));
701     if (V->getType() != ToType)
702       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType);
703     return V;
704   }
705
706   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
707   // use insertvalue's to form the FCA.
708   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
709     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
710     Value *Res = UndefValue::get(ST);
711     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
712       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
713                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
714                                               Builder);
715       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i);
716     }
717     return Res;
718   }
719
720   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
721     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
722     Value *Res = UndefValue::get(AT);
723     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
724       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
725                                               Offset+i*EltSize, Builder);
726       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i);
727     }
728     return Res;
729   }
730
731   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
732   IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
733
734   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
735   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
736   int ShAmt = 0;
737   if (TD.isBigEndian()) {
738     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
739     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
740     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
741     ShAmt = TD.getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
742             TD.getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
743   } else {
744     ShAmt = Offset;
745   }
746
747   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
748   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
749   // only some bits are used.
750   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
751     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
752                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(), ShAmt));
753   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
754     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal,
755                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(), -ShAmt));
756
757   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
758   unsigned LIBitWidth = TD.getTypeSizeInBits(ToType);
759   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
760     FromVal =
761       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
762                                                     LIBitWidth));
763   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
764     FromVal =
765        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
766                                                     LIBitWidth));
767
768   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
769   if (ToType->isIntegerTy()) {
770     // Should be done.
771   } else if (ToType->isFloatingPointTy() || ToType->isVectorTy()) {
772     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
773     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType);
774   } else {
775     // Otherwise must be a pointer.
776     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType);
777   }
778   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
779   return FromVal;
780 }
781
782 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
783 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
784 ///
785 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
786 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
787 /// vector with insert/extractelement instructions.
788 ///
789 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
790 /// shifted to the right.
791 Value *ConvertToScalarInfo::
792 ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
793                           uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
794   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
795   // then 'or' into place.
796   Type *AllocaType = Old->getType();
797   LLVMContext &Context = Old->getContext();
798
799   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
800     uint64_t VecSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy);
801     uint64_t ValSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
802
803     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
804     // vector type?
805     if (ValSize == VecSize)
806         return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType);
807
808     // Must be an element insertion.
809     Type *EltTy = VTy->getElementType();
810     if (SV->getType() != EltTy)
811       SV = Builder.CreateBitCast(SV, EltTy);
812     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(EltTy);
813     unsigned Elt = Offset/EltSize;
814     return Builder.CreateInsertElement(Old, SV, Builder.getInt32(Elt));
815   }
816
817   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
818   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
819     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
820     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
821       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i);
822       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old,
823                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
824                                       Builder);
825     }
826     return Old;
827   }
828
829   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
830     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
831     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
832       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i);
833       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, Builder);
834     }
835     return Old;
836   }
837
838   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
839   // If it is a pointer, do the same.
840   unsigned SrcWidth = TD.getTypeSizeInBits(SV->getType());
841   unsigned DestWidth = TD.getTypeSizeInBits(AllocaType);
842   unsigned SrcStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
843   unsigned DestStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
844   if (SV->getType()->isFloatingPointTy() || SV->getType()->isVectorTy())
845     SV = Builder.CreateBitCast(SV, IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth));
846   else if (SV->getType()->isPointerTy())
847     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, TD.getIntPtrType(SV->getContext()));
848
849   // Zero extend or truncate the value if needed.
850   if (SV->getType() != AllocaType) {
851     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
852              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
853       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType);
854     else {
855       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
856       // (undefined behavior).
857       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType);
858       SrcWidth = DestWidth;
859       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
860     }
861   }
862
863   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
864   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
865   int ShAmt = 0;
866   if (TD.isBigEndian()) {
867     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
868     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
869     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
870     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
871   } else {
872     ShAmt = Offset;
873   }
874
875   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
876   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
877   // only some bits in the structure are set.
878   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
879   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
880     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(), ShAmt));
881     Mask <<= ShAmt;
882   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
883     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(), -ShAmt));
884     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
885   }
886
887   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
888   // in the new bits.
889   if (SrcWidth != DestWidth) {
890     assert(DestWidth > SrcWidth);
891     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
892     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
893   }
894   return SV;
895 }
896
897
898 //===----------------------------------------------------------------------===//
899 // SRoA Driver
900 //===----------------------------------------------------------------------===//
901
902
903 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
904   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
905
906   bool Changed = performPromotion(F);
907
908   // FIXME: ScalarRepl currently depends on TargetData more than it
909   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
910   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
911   // scalar-replacement portion of this pass.
912   if (!TD) return Changed;
913
914   while (1) {
915     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
916     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
917     Changed = true;
918     LocalChange = performPromotion(F);
919     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
920   }
921
922   return Changed;
923 }
924
925 namespace {
926 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
927   AllocaInst *AI;
928   DIBuilder *DIB;
929   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
930   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
931 public:
932   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
933                  DIBuilder *DB)
934     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(0), DIB(DB) {}
935   
936   void run(AllocaInst *AI, const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
937     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
938     this->AI = AI;
939     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI->getContext(), AI))
940       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
941              E = DebugNode->use_end(); UI != E; ++UI)
942         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
943           DDIs.push_back(DDI);
944         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
945           DVIs.push_back(DVI);
946
947     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
948     AI->eraseFromParent();
949     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::iterator I = DDIs.begin(), 
950            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
951       DbgDeclareInst *DDI = *I;
952       DDI->eraseFromParent();
953     }
954     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::iterator I = DVIs.begin(), 
955            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
956       DbgValueInst *DVI = *I;
957       DVI->eraseFromParent();
958     }
959   }
960   
961   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
962                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
963     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
964       return LI->getOperand(0) == AI;
965     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == AI;
966   }
967
968   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
969     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::const_iterator I = DDIs.begin(), 
970            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
971       DbgDeclareInst *DDI = *I;
972       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
973         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, *DIB);
974       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
975         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, *DIB);
976     }
977     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::const_iterator I = DVIs.begin(), 
978            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
979       DbgValueInst *DVI = *I;
980       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
981         Instruction *DbgVal = NULL;
982         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
983         // may be zapped by an optimization pass in future.
984         Argument *ExtendedArg = NULL;
985         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
986           ExtendedArg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
987         if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
988           ExtendedArg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
989         if (ExtendedArg)
990           DbgVal = DIB->insertDbgValueIntrinsic(ExtendedArg, 0, 
991                                                 DIVariable(DVI->getVariable()),
992                                                 SI);
993         else
994           DbgVal = DIB->insertDbgValueIntrinsic(SI->getOperand(0), 0, 
995                                                 DIVariable(DVI->getVariable()),
996                                                 SI);
997         DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
998       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
999         Instruction *DbgVal = 
1000           DIB->insertDbgValueIntrinsic(LI->getOperand(0), 0, 
1001                                        DIVariable(DVI->getVariable()), LI);
1002         DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1003       }
1004     }
1005   }
1006 };
1007 } // end anon namespace
1008
1009 /// isSafeSelectToSpeculate - Select instructions that use an alloca and are
1010 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers and then
1011 /// select between the result, allowing the load of the alloca to be promoted.
1012 /// From this:
1013 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1014 ///   %V = load i32* %P2
1015 /// to:
1016 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1017 ///   %V2 = load i32* %Other
1018 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1019 ///
1020 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1021 /// the select can be loaded unconditionally.
1022 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst *SI, const TargetData *TD) {
1023   bool TDerefable = SI->getTrueValue()->isDereferenceablePointer();
1024   bool FDerefable = SI->getFalseValue()->isDereferenceablePointer();
1025   
1026   for (Value::use_iterator UI = SI->use_begin(), UE = SI->use_end();
1027        UI != UE; ++UI) {
1028     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1029     if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1030     
1031     // Both operands to the select need to be dereferencable, either absolutely
1032     // (e.g. allocas) or at this point because we can see other accesses to it.
1033     if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getTrueValue(), LI,
1034                                                     LI->getAlignment(), TD))
1035       return false;
1036     if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getFalseValue(), LI,
1037                                                     LI->getAlignment(), TD))
1038       return false;
1039   }
1040   
1041   return true;
1042 }
1043
1044 /// isSafePHIToSpeculate - PHI instructions that use an alloca and are
1045 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers in the pred
1046 /// blocks and then PHI the results, allowing the load of the alloca to be
1047 /// promoted.
1048 /// From this:
1049 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1050 ///   %V = load i32* %P2
1051 /// to:
1052 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1053 ///   ...
1054 ///   %V2 = load i32* %Other
1055 ///   ...
1056 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1057 ///
1058 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1059 /// the select can be loaded unconditionally.
1060 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode *PN, const TargetData *TD) {
1061   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block as
1062   // the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1063   // TODO: Allow recursive phi users.
1064   // TODO: Allow stores.
1065   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1066   unsigned MaxAlign = 0;
1067   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), UE = PN->use_end();
1068        UI != UE; ++UI) {
1069     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1070     if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1071     
1072     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is a
1073     // common case that happens when instcombine merges two loads through a PHI.
1074     if (LI->getParent() != BB) return false;
1075     
1076     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1077     // could store.
1078     for (BasicBlock::iterator BBI = PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1079       if (BBI->mayWriteToMemory())
1080         return false;
1081     
1082     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1083   }
1084   
1085   // Okay, we know that we have one or more loads in the same block as the PHI.
1086   // We can transform this if it is safe to push the loads into the predecessor
1087   // blocks.  The only thing to watch out for is that we can't put a possibly
1088   // trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1089   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1090     BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1091     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1092
1093     // If the terminator of the predecessor has side-effects (an invoke),
1094     // there is no safe place to put a load in the predecessor.
1095     if (Pred->getTerminator()->mayHaveSideEffects())
1096       return false;
1097
1098     // If the value is produced by the terminator of the predecessor
1099     // (an invoke), there is no valid place to put a load in the predecessor.
1100     if (Pred->getTerminator() == InVal)
1101       return false;
1102
1103     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't critical.
1104     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1)
1105       continue;
1106
1107     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there is
1108     // already a load in the block, then we can move the load to the pred block.
1109     if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1110         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, Pred->getTerminator(), MaxAlign, TD))
1111       continue;
1112     
1113     return false;
1114   }
1115     
1116   return true;
1117 }
1118
1119
1120 /// tryToMakeAllocaBePromotable - This returns true if the alloca only has
1121 /// direct (non-volatile) loads and stores to it.  If the alloca is close but
1122 /// not quite there, this will transform the code to allow promotion.  As such,
1123 /// it is a non-pure predicate.
1124 static bool tryToMakeAllocaBePromotable(AllocaInst *AI, const TargetData *TD) {
1125   SetVector<Instruction*, SmallVector<Instruction*, 4>,
1126             SmallPtrSet<Instruction*, 4> > InstsToRewrite;
1127   
1128   for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
1129        UI != UE; ++UI) {
1130     User *U = *UI;
1131     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
1132       if (!LI->isSimple())
1133         return false;
1134       continue;
1135     }
1136     
1137     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1138       if (SI->getOperand(0) == AI || !SI->isSimple())
1139         return false;   // Don't allow a store OF the AI, only INTO the AI.
1140       continue;
1141     }
1142
1143     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(U)) {
1144       // If the condition being selected on is a constant, fold the select, yes
1145       // this does (rarely) happen early on.
1146       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
1147         Value *Result = SI->getOperand(1+CI->isZero());
1148         SI->replaceAllUsesWith(Result);
1149         SI->eraseFromParent();
1150         
1151         // This is very rare and we just scrambled the use list of AI, start
1152         // over completely.
1153         return tryToMakeAllocaBePromotable(AI, TD);
1154       }
1155
1156       // If it is safe to turn "load (select c, AI, ptr)" into a select of two
1157       // loads, then we can transform this by rewriting the select.
1158       if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, TD))
1159         return false;
1160       
1161       InstsToRewrite.insert(SI);
1162       continue;
1163     }
1164     
1165     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1166       if (PN->use_empty()) {  // Dead PHIs can be stripped.
1167         InstsToRewrite.insert(PN);
1168         continue;
1169       }
1170       
1171       // If it is safe to turn "load (phi [AI, ptr, ...])" into a PHI of loads
1172       // in the pred blocks, then we can transform this by rewriting the PHI.
1173       if (!isSafePHIToSpeculate(PN, TD))
1174         return false;
1175       
1176       InstsToRewrite.insert(PN);
1177       continue;
1178     }
1179     
1180     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
1181       if (onlyUsedByLifetimeMarkers(BCI)) {
1182         InstsToRewrite.insert(BCI);
1183         continue;
1184       }
1185     }
1186     
1187     return false;
1188   }
1189
1190   // If there are no instructions to rewrite, then all uses are load/stores and
1191   // we're done!
1192   if (InstsToRewrite.empty())
1193     return true;
1194   
1195   // If we have instructions that need to be rewritten for this to be promotable
1196   // take care of it now.
1197   for (unsigned i = 0, e = InstsToRewrite.size(); i != e; ++i) {
1198     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(InstsToRewrite[i])) {
1199       // This could only be a bitcast used by nothing but lifetime intrinsics.
1200       for (BitCastInst::use_iterator I = BCI->use_begin(), E = BCI->use_end();
1201            I != E;) {
1202         Use &U = I.getUse();
1203         ++I;
1204         cast<Instruction>(U.getUser())->eraseFromParent();
1205       }
1206       BCI->eraseFromParent();
1207       continue;
1208     }
1209
1210     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(InstsToRewrite[i])) {
1211       // Selects in InstsToRewrite only have load uses.  Rewrite each as two
1212       // loads with a new select.
1213       while (!SI->use_empty()) {
1214         LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI->use_back());
1215       
1216         IRBuilder<> Builder(LI);
1217         LoadInst *TrueLoad = 
1218           Builder.CreateLoad(SI->getTrueValue(), LI->getName()+".t");
1219         LoadInst *FalseLoad = 
1220           Builder.CreateLoad(SI->getFalseValue(), LI->getName()+".f");
1221         
1222         // Transfer alignment and TBAA info if present.
1223         TrueLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1224         FalseLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1225         if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1226           TrueLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1227           FalseLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1228         }
1229         
1230         Value *V = Builder.CreateSelect(SI->getCondition(), TrueLoad, FalseLoad);
1231         V->takeName(LI);
1232         LI->replaceAllUsesWith(V);
1233         LI->eraseFromParent();
1234       }
1235     
1236       // Now that all the loads are gone, the select is gone too.
1237       SI->eraseFromParent();
1238       continue;
1239     }
1240     
1241     // Otherwise, we have a PHI node which allows us to push the loads into the
1242     // predecessors.
1243     PHINode *PN = cast<PHINode>(InstsToRewrite[i]);
1244     if (PN->use_empty()) {
1245       PN->eraseFromParent();
1246       continue;
1247     }
1248     
1249     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN->getType())->getElementType();
1250     PHINode *NewPN = PHINode::Create(LoadTy, PN->getNumIncomingValues(),
1251                                      PN->getName()+".ld", PN);
1252
1253     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1254     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1255     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN->use_back());
1256     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1257     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1258     
1259     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1260     while (!PN->use_empty()) {
1261       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN->use_back());
1262       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1263       LI->eraseFromParent();
1264     }
1265     
1266     // Inject loads into all of the pred blocks.  Keep track of which blocks we
1267     // insert them into in case we have multiple edges from the same block.
1268     DenseMap<BasicBlock*, LoadInst*> InsertedLoads;
1269     
1270     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1271       BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1272       LoadInst *&Load = InsertedLoads[Pred];
1273       if (Load == 0) {
1274         Load = new LoadInst(PN->getIncomingValue(i),
1275                             PN->getName() + "." + Pred->getName(),
1276                             Pred->getTerminator());
1277         Load->setAlignment(Align);
1278         if (TBAATag) Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1279       }
1280       
1281       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1282     }
1283     
1284     PN->eraseFromParent();
1285   }
1286     
1287   ++NumAdjusted;
1288   return true;
1289 }
1290
1291 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
1292   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
1293   DominatorTree *DT = 0;
1294   if (HasDomTree)
1295     DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1296
1297   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
1298   DIBuilder DIB(*F.getParent());
1299   bool Changed = false;
1300   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
1301   while (1) {
1302     Allocas.clear();
1303
1304     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
1305     // the entry node
1306     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
1307       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
1308         if (tryToMakeAllocaBePromotable(AI, TD))
1309           Allocas.push_back(AI);
1310
1311     if (Allocas.empty()) break;
1312
1313     if (HasDomTree)
1314       PromoteMemToReg(Allocas, *DT);
1315     else {
1316       SSAUpdater SSA;
1317       for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i) {
1318         AllocaInst *AI = Allocas[i];
1319         
1320         // Build list of instructions to promote.
1321         for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), E = AI->use_end();
1322              UI != E; ++UI)
1323           Insts.push_back(cast<Instruction>(*UI));
1324         AllocaPromoter(Insts, SSA, &DIB).run(AI, Insts);
1325         Insts.clear();
1326       }
1327     }
1328     NumPromoted += Allocas.size();
1329     Changed = true;
1330   }
1331
1332   return Changed;
1333 }
1334
1335
1336 /// ShouldAttemptScalarRepl - Decide if an alloca is a good candidate for
1337 /// SROA.  It must be a struct or array type with a small number of elements.
1338 static bool ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI) {
1339   Type *T = AI->getAllocatedType();
1340   // Do not promote any struct into more than 32 separate vars.
1341   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
1342     return ST->getNumElements() <= 32;
1343   // Arrays are much less likely to be safe for SROA; only consider
1344   // them if they are very small.
1345   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T))
1346     return AT->getNumElements() <= 8;
1347   return false;
1348 }
1349
1350
1351 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
1352 // which runs on all of the alloca instructions in the function, removing them
1353 // if they are only used by getelementptr instructions.
1354 //
1355 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
1356   std::vector<AllocaInst*> WorkList;
1357
1358   // Scan the entry basic block, adding allocas to the worklist.
1359   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
1360   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
1361     if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(I))
1362       WorkList.push_back(A);
1363
1364   // Process the worklist
1365   bool Changed = false;
1366   while (!WorkList.empty()) {
1367     AllocaInst *AI = WorkList.back();
1368     WorkList.pop_back();
1369
1370     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
1371     // with unused elements.
1372     if (AI->use_empty()) {
1373       AI->eraseFromParent();
1374       Changed = true;
1375       continue;
1376     }
1377
1378     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
1379     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
1380       continue;
1381
1382     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
1383     // a constant global.  If this is the case, we can change all users to use
1384     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
1385     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
1386     // is only subsequently read.
1387     SmallVector<Instruction *, 4> ToDelete;
1388     if (MemTransferInst *Copy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, ToDelete)) {
1389       DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << *AI << '\n');
1390       DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *Copy << '\n');
1391       for (unsigned i = 0, e = ToDelete.size(); i != e; ++i)
1392         ToDelete[i]->eraseFromParent();
1393       Constant *TheSrc = cast<Constant>(Copy->getSource());
1394       AI->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(TheSrc, AI->getType()));
1395       Copy->eraseFromParent();  // Don't mutate the global.
1396       AI->eraseFromParent();
1397       ++NumGlobals;
1398       Changed = true;
1399       continue;
1400     }
1401
1402     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
1403     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
1404     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
1405     // value cannot be decomposed at all.
1406     uint64_t AllocaSize = TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
1407
1408     // Do not promote [0 x %struct].
1409     if (AllocaSize == 0) continue;
1410
1411     // Do not promote any struct whose size is too big.
1412     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
1413
1414     // If the alloca looks like a good candidate for scalar replacement, and if
1415     // all its users can be transformed, then split up the aggregate into its
1416     // separate elements.
1417     if (ShouldAttemptScalarRepl(AI) && isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
1418       DoScalarReplacement(AI, WorkList);
1419       Changed = true;
1420       continue;
1421     }
1422
1423     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
1424     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
1425     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
1426     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
1427     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
1428     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
1429     if (AllocaInst *NewAI =
1430           ConvertToScalarInfo((unsigned)AllocaSize, *TD).TryConvert(AI)) {
1431       NewAI->takeName(AI);
1432       AI->eraseFromParent();
1433       ++NumConverted;
1434       Changed = true;
1435       continue;
1436     }
1437
1438     // Otherwise, couldn't process this alloca.
1439   }
1440
1441   return Changed;
1442 }
1443
1444 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
1445 /// predicate, do SROA now.
1446 void SROA::DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
1447                                std::vector<AllocaInst*> &WorkList) {
1448   DEBUG(dbgs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
1449   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
1450   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
1451     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
1452     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
1453       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0,
1454                                       AI->getAlignment(),
1455                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1456       ElementAllocas.push_back(NA);
1457       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1458     }
1459   } else {
1460     ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
1461     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
1462     Type *ElTy = AT->getElementType();
1463     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1464       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, AI->getAlignment(),
1465                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1466       ElementAllocas.push_back(NA);
1467       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1468     }
1469   }
1470
1471   // Now that we have created the new alloca instructions, rewrite all the
1472   // uses of the old alloca.
1473   RewriteForScalarRepl(AI, AI, 0, ElementAllocas);
1474
1475   // Now erase any instructions that were made dead while rewriting the alloca.
1476   DeleteDeadInstructions();
1477   AI->eraseFromParent();
1478
1479   ++NumReplaced;
1480 }
1481
1482 /// DeleteDeadInstructions - Erase instructions on the DeadInstrs list,
1483 /// recursively including all their operands that become trivially dead.
1484 void SROA::DeleteDeadInstructions() {
1485   while (!DeadInsts.empty()) {
1486     Instruction *I = cast<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
1487
1488     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
1489       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
1490         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
1491         // (But, don't add allocas to the dead instruction list -- they are
1492         // already on the worklist and will be deleted separately.)
1493         *OI = 0;
1494         if (isInstructionTriviallyDead(U) && !isa<AllocaInst>(U))
1495           DeadInsts.push_back(U);
1496       }
1497
1498     I->eraseFromParent();
1499   }
1500 }
1501
1502 /// isSafeForScalarRepl - Check if instruction I is a safe use with regard to
1503 /// performing scalar replacement of alloca AI.  The results are flagged in
1504 /// the Info parameter.  Offset indicates the position within AI that is
1505 /// referenced by this instruction.
1506 void SROA::isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1507                                AllocaInfo &Info) {
1508   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1509     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1510
1511     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1512       isSafeForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1513     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1514       uint64_t GEPOffset = Offset;
1515       isSafeGEP(GEPI, GEPOffset, Info);
1516       if (!Info.isUnsafe)
1517         isSafeForScalarRepl(GEPI, GEPOffset, Info);
1518     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1519       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1520       if (Length == 0)
1521         return MarkUnsafe(Info, User);
1522       isSafeMemAccess(Offset, Length->getZExtValue(), 0,
1523                       UI.getOperandNo() == 0, Info, MI,
1524                       true /*AllowWholeAccess*/);
1525     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1526       if (!LI->isSimple())
1527         return MarkUnsafe(Info, User);
1528       Type *LIType = LI->getType();
1529       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1530                       LIType, false, Info, LI, true /*AllowWholeAccess*/);
1531       Info.hasALoadOrStore = true;
1532         
1533     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1534       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1535       if (!SI->isSimple() || SI->getOperand(0) == I)
1536         return MarkUnsafe(Info, User);
1537         
1538       Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1539       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1540                       SIType, true, Info, SI, true /*AllowWholeAccess*/);
1541       Info.hasALoadOrStore = true;
1542     } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
1543       if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1544           II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1545         return MarkUnsafe(Info, User);
1546     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1547       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1548     } else {
1549       return MarkUnsafe(Info, User);
1550     }
1551     if (Info.isUnsafe) return;
1552   }
1553 }
1554  
1555
1556 /// isSafePHIUseForScalarRepl - If we see a PHI node or select using a pointer
1557 /// derived from the alloca, we can often still split the alloca into elements.
1558 /// This is useful if we have a large alloca where one element is phi'd
1559 /// together somewhere: we can SRoA and promote all the other elements even if
1560 /// we end up not being able to promote this one.
1561 ///
1562 /// All we require is that the uses of the PHI do not index into other parts of
1563 /// the alloca.  The most important use case for this is single load and stores
1564 /// that are PHI'd together, which can happen due to code sinking.
1565 void SROA::isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1566                                            AllocaInfo &Info) {
1567   // If we've already checked this PHI, don't do it again.
1568   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1569     if (!Info.CheckedPHIs.insert(PN))
1570       return;
1571   
1572   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1573     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1574     
1575     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1576       isSafePHISelectUseForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1577     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1578       // Only allow "bitcast" GEPs for simplicity.  We could generalize this,
1579       // but would have to prove that we're staying inside of an element being
1580       // promoted.
1581       if (!GEPI->hasAllZeroIndices())
1582         return MarkUnsafe(Info, User);
1583       isSafePHISelectUseForScalarRepl(GEPI, Offset, Info);
1584     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1585       if (!LI->isSimple())
1586         return MarkUnsafe(Info, User);
1587       Type *LIType = LI->getType();
1588       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1589                       LIType, false, Info, LI, false /*AllowWholeAccess*/);
1590       Info.hasALoadOrStore = true;
1591       
1592     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1593       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1594       if (!SI->isSimple() || SI->getOperand(0) == I)
1595         return MarkUnsafe(Info, User);
1596       
1597       Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1598       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1599                       SIType, true, Info, SI, false /*AllowWholeAccess*/);
1600       Info.hasALoadOrStore = true;
1601     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1602       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1603     } else {
1604       return MarkUnsafe(Info, User);
1605     }
1606     if (Info.isUnsafe) return;
1607   }
1608 }
1609
1610 /// isSafeGEP - Check if a GEP instruction can be handled for scalar
1611 /// replacement.  It is safe when all the indices are constant, in-bounds
1612 /// references, and when the resulting offset corresponds to an element within
1613 /// the alloca type.  The results are flagged in the Info parameter.  Upon
1614 /// return, Offset is adjusted as specified by the GEP indices.
1615 void SROA::isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI,
1616                      uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info) {
1617   gep_type_iterator GEPIt = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
1618   if (GEPIt == E)
1619     return;
1620
1621   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
1622   // into.
1623   for (; GEPIt != E; ++GEPIt) {
1624     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
1625     if ((*GEPIt)->isStructTy())
1626       continue;
1627
1628     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand());
1629     if (!IdxVal)
1630       return MarkUnsafe(Info, GEPI);
1631   }
1632
1633   // Compute the offset due to this GEP and check if the alloca has a
1634   // component element at that offset.
1635   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1636   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(), Indices);
1637   if (!TypeHasComponent(Info.AI->getAllocatedType(), Offset, 0))
1638     MarkUnsafe(Info, GEPI);
1639 }
1640
1641 /// isHomogeneousAggregate - Check if type T is a struct or array containing
1642 /// elements of the same type (which is always true for arrays).  If so,
1643 /// return true with NumElts and EltTy set to the number of elements and the
1644 /// element type, respectively.
1645 static bool isHomogeneousAggregate(Type *T, unsigned &NumElts,
1646                                    Type *&EltTy) {
1647   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1648     NumElts = AT->getNumElements();
1649     EltTy = (NumElts == 0 ? 0 : AT->getElementType());
1650     return true;
1651   }
1652   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1653     NumElts = ST->getNumContainedTypes();
1654     EltTy = (NumElts == 0 ? 0 : ST->getContainedType(0));
1655     for (unsigned n = 1; n < NumElts; ++n) {
1656       if (ST->getContainedType(n) != EltTy)
1657         return false;
1658     }
1659     return true;
1660   }
1661   return false;
1662 }
1663
1664 /// isCompatibleAggregate - Check if T1 and T2 are either the same type or are
1665 /// "homogeneous" aggregates with the same element type and number of elements.
1666 static bool isCompatibleAggregate(Type *T1, Type *T2) {
1667   if (T1 == T2)
1668     return true;
1669
1670   unsigned NumElts1, NumElts2;
1671   Type *EltTy1, *EltTy2;
1672   if (isHomogeneousAggregate(T1, NumElts1, EltTy1) &&
1673       isHomogeneousAggregate(T2, NumElts2, EltTy2) &&
1674       NumElts1 == NumElts2 &&
1675       EltTy1 == EltTy2)
1676     return true;
1677
1678   return false;
1679 }
1680
1681 /// isSafeMemAccess - Check if a load/store/memcpy operates on the entire AI
1682 /// alloca or has an offset and size that corresponds to a component element
1683 /// within it.  The offset checked here may have been formed from a GEP with a
1684 /// pointer bitcasted to a different type.
1685 ///
1686 /// If AllowWholeAccess is true, then this allows uses of the entire alloca as a
1687 /// unit.  If false, it only allows accesses known to be in a single element.
1688 void SROA::isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
1689                            Type *MemOpType, bool isStore,
1690                            AllocaInfo &Info, Instruction *TheAccess,
1691                            bool AllowWholeAccess) {
1692   // Check if this is a load/store of the entire alloca.
1693   if (Offset == 0 && AllowWholeAccess &&
1694       MemSize == TD->getTypeAllocSize(Info.AI->getAllocatedType())) {
1695     // This can be safe for MemIntrinsics (where MemOpType is 0) and integer
1696     // loads/stores (which are essentially the same as the MemIntrinsics with
1697     // regard to copying padding between elements).  But, if an alloca is
1698     // flagged as both a source and destination of such operations, we'll need
1699     // to check later for padding between elements.
1700     if (!MemOpType || MemOpType->isIntegerTy()) {
1701       if (isStore)
1702         Info.isMemCpyDst = true;
1703       else
1704         Info.isMemCpySrc = true;
1705       return;
1706     }
1707     // This is also safe for references using a type that is compatible with
1708     // the type of the alloca, so that loads/stores can be rewritten using
1709     // insertvalue/extractvalue.
1710     if (isCompatibleAggregate(MemOpType, Info.AI->getAllocatedType())) {
1711       Info.hasSubelementAccess = true;
1712       return;
1713     }
1714   }
1715   // Check if the offset/size correspond to a component within the alloca type.
1716   Type *T = Info.AI->getAllocatedType();
1717   if (TypeHasComponent(T, Offset, MemSize)) {
1718     Info.hasSubelementAccess = true;
1719     return;
1720   }
1721
1722   return MarkUnsafe(Info, TheAccess);
1723 }
1724
1725 /// TypeHasComponent - Return true if T has a component type with the
1726 /// specified offset and size.  If Size is zero, do not check the size.
1727 bool SROA::TypeHasComponent(Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
1728   Type *EltTy;
1729   uint64_t EltSize;
1730   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1731     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1732     unsigned EltIdx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1733     EltTy = ST->getContainedType(EltIdx);
1734     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1735     Offset -= Layout->getElementOffset(EltIdx);
1736   } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1737     EltTy = AT->getElementType();
1738     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1739     if (Offset >= AT->getNumElements() * EltSize)
1740       return false;
1741     Offset %= EltSize;
1742   } else {
1743     return false;
1744   }
1745   if (Offset == 0 && (Size == 0 || EltSize == Size))
1746     return true;
1747   // Check if the component spans multiple elements.
1748   if (Offset + Size > EltSize)
1749     return false;
1750   return TypeHasComponent(EltTy, Offset, Size);
1751 }
1752
1753 /// RewriteForScalarRepl - Alloca AI is being split into NewElts, so rewrite
1754 /// the instruction I, which references it, to use the separate elements.
1755 /// Offset indicates the position within AI that is referenced by this
1756 /// instruction.
1757 void SROA::RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1758                                 SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1759   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E;) {
1760     Use &TheUse = UI.getUse();
1761     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1762
1763     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1764       RewriteBitCast(BC, AI, Offset, NewElts);
1765       continue;
1766     }
1767     
1768     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1769       RewriteGEP(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1770       continue;
1771     }
1772     
1773     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1774       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1775       uint64_t MemSize = Length->getZExtValue();
1776       if (Offset == 0 &&
1777           MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()))
1778         RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, I, AI, NewElts);
1779       // Otherwise the intrinsic can only touch a single element and the
1780       // address operand will be updated, so nothing else needs to be done.
1781       continue;
1782     }
1783
1784     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
1785       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
1786           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
1787         RewriteLifetimeIntrinsic(II, AI, Offset, NewElts);
1788       }
1789       continue;
1790     }
1791     
1792     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1793       Type *LIType = LI->getType();
1794       
1795       if (isCompatibleAggregate(LIType, AI->getAllocatedType())) {
1796         // Replace:
1797         //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
1798         // with:
1799         //   %load.0 = load i32* %alloc.0
1800         //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
1801         //   %load.1 = load i32* %alloc.1
1802         //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
1803         // (Also works for arrays instead of structs)
1804         Value *Insert = UndefValue::get(LIType);
1805         IRBuilder<> Builder(LI);
1806         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1807           Value *Load = Builder.CreateLoad(NewElts[i], "load");
1808           Insert = Builder.CreateInsertValue(Insert, Load, i, "insert");
1809         }
1810         LI->replaceAllUsesWith(Insert);
1811         DeadInsts.push_back(LI);
1812       } else if (LIType->isIntegerTy() &&
1813                  TD->getTypeAllocSize(LIType) ==
1814                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1815         // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
1816         RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
1817       }
1818       continue;
1819     }
1820     
1821     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1822       Value *Val = SI->getOperand(0);
1823       Type *SIType = Val->getType();
1824       if (isCompatibleAggregate(SIType, AI->getAllocatedType())) {
1825         // Replace:
1826         //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
1827         // with:
1828         //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
1829         //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
1830         //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
1831         //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
1832         // (Also works for arrays instead of structs)
1833         IRBuilder<> Builder(SI);
1834         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1835           Value *Extract = Builder.CreateExtractValue(Val, i, Val->getName());
1836           Builder.CreateStore(Extract, NewElts[i]);
1837         }
1838         DeadInsts.push_back(SI);
1839       } else if (SIType->isIntegerTy() &&
1840                  TD->getTypeAllocSize(SIType) ==
1841                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1842         // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
1843         RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
1844       }
1845       continue;
1846     }
1847     
1848     if (isa<SelectInst>(User) || isa<PHINode>(User)) {
1849       // If we have a PHI user of the alloca itself (as opposed to a GEP or 
1850       // bitcast) we have to rewrite it.  GEP and bitcast uses will be RAUW'd to
1851       // the new pointer.
1852       if (!isa<AllocaInst>(I)) continue;
1853       
1854       assert(Offset == 0 && NewElts[0] &&
1855              "Direct alloca use should have a zero offset");
1856       
1857       // If we have a use of the alloca, we know the derived uses will be
1858       // utilizing just the first element of the scalarized result.  Insert a
1859       // bitcast of the first alloca before the user as required.
1860       AllocaInst *NewAI = NewElts[0];
1861       BitCastInst *BCI = new BitCastInst(NewAI, AI->getType(), "", NewAI);
1862       NewAI->moveBefore(BCI);
1863       TheUse = BCI;
1864       continue;
1865     }
1866   }
1867 }
1868
1869 /// RewriteBitCast - Update a bitcast reference to the alloca being replaced
1870 /// and recursively continue updating all of its uses.
1871 void SROA::RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1872                           SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1873   RewriteForScalarRepl(BC, AI, Offset, NewElts);
1874   if (BC->getOperand(0) != AI)
1875     return;
1876
1877   // The bitcast references the original alloca.  Replace its uses with
1878   // references to the alloca containing offset zero (which is normally at
1879   // index zero, but might not be in cases involving structs with elements
1880   // of size zero).
1881   Type *T = AI->getAllocatedType();
1882   uint64_t EltOffset = 0;
1883   Type *IdxTy;
1884   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
1885   Instruction *Val = NewElts[Idx];
1886   if (Val->getType() != BC->getDestTy()) {
1887     Val = new BitCastInst(Val, BC->getDestTy(), "", BC);
1888     Val->takeName(BC);
1889   }
1890   BC->replaceAllUsesWith(Val);
1891   DeadInsts.push_back(BC);
1892 }
1893
1894 /// FindElementAndOffset - Return the index of the element containing Offset
1895 /// within the specified type, which must be either a struct or an array.
1896 /// Sets T to the type of the element and Offset to the offset within that
1897 /// element.  IdxTy is set to the type of the index result to be used in a
1898 /// GEP instruction.
1899 uint64_t SROA::FindElementAndOffset(Type *&T, uint64_t &Offset,
1900                                     Type *&IdxTy) {
1901   uint64_t Idx = 0;
1902   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1903     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1904     Idx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1905     T = ST->getContainedType(Idx);
1906     Offset -= Layout->getElementOffset(Idx);
1907     IdxTy = Type::getInt32Ty(T->getContext());
1908     return Idx;
1909   }
1910   ArrayType *AT = cast<ArrayType>(T);
1911   T = AT->getElementType();
1912   uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(T);
1913   Idx = Offset / EltSize;
1914   Offset -= Idx * EltSize;
1915   IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
1916   return Idx;
1917 }
1918
1919 /// RewriteGEP - Check if this GEP instruction moves the pointer across
1920 /// elements of the alloca that are being split apart, and if so, rewrite
1921 /// the GEP to be relative to the new element.
1922 void SROA::RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1923                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1924   uint64_t OldOffset = Offset;
1925   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1926   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(), Indices);
1927
1928   RewriteForScalarRepl(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1929
1930   Type *T = AI->getAllocatedType();
1931   Type *IdxTy;
1932   uint64_t OldIdx = FindElementAndOffset(T, OldOffset, IdxTy);
1933   if (GEPI->getOperand(0) == AI)
1934     OldIdx = ~0ULL; // Force the GEP to be rewritten.
1935
1936   T = AI->getAllocatedType();
1937   uint64_t EltOffset = Offset;
1938   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
1939
1940   // If this GEP does not move the pointer across elements of the alloca
1941   // being split, then it does not needs to be rewritten.
1942   if (Idx == OldIdx)
1943     return;
1944
1945   Type *i32Ty = Type::getInt32Ty(AI->getContext());
1946   SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
1947   NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
1948   while (EltOffset != 0) {
1949     uint64_t EltIdx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
1950     NewArgs.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, EltIdx));
1951   }
1952   Instruction *Val = NewElts[Idx];
1953   if (NewArgs.size() > 1) {
1954     Val = GetElementPtrInst::CreateInBounds(Val, NewArgs, "", GEPI);
1955     Val->takeName(GEPI);
1956   }
1957   if (Val->getType() != GEPI->getType())
1958     Val = new BitCastInst(Val, GEPI->getType(), Val->getName(), GEPI);
1959   GEPI->replaceAllUsesWith(Val);
1960   DeadInsts.push_back(GEPI);
1961 }
1962
1963 /// RewriteLifetimeIntrinsic - II is a lifetime.start/lifetime.end. Rewrite it
1964 /// to mark the lifetime of the scalarized memory.
1965 void SROA::RewriteLifetimeIntrinsic(IntrinsicInst *II, AllocaInst *AI,
1966                                     uint64_t Offset,
1967                                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1968   ConstantInt *OldSize = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0));
1969   // Put matching lifetime markers on everything from Offset up to
1970   // Offset+OldSize.
1971   Type *AIType = AI->getAllocatedType();
1972   uint64_t NewOffset = Offset;
1973   Type *IdxTy;
1974   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(AIType, NewOffset, IdxTy);
1975
1976   IRBuilder<> Builder(II);
1977   uint64_t Size = OldSize->getLimitedValue();
1978
1979   if (NewOffset) {
1980     // Splice the first element and index 'NewOffset' bytes in.  SROA will
1981     // split the alloca again later.
1982     Value *V = Builder.CreateBitCast(NewElts[Idx], Builder.getInt8PtrTy());
1983     V = Builder.CreateGEP(V, Builder.getInt64(NewOffset));
1984
1985     IdxTy = NewElts[Idx]->getAllocatedType();
1986     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(IdxTy) - NewOffset;
1987     if (EltSize > Size) {
1988       EltSize = Size;
1989       Size = 0;
1990     } else {
1991       Size -= EltSize;
1992     }
1993     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
1994       Builder.CreateLifetimeStart(V, Builder.getInt64(EltSize));
1995     else
1996       Builder.CreateLifetimeEnd(V, Builder.getInt64(EltSize));
1997     ++Idx;
1998   }
1999
2000   for (; Idx != NewElts.size() && Size; ++Idx) {
2001     IdxTy = NewElts[Idx]->getAllocatedType();
2002     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(IdxTy);
2003     if (EltSize > Size) {
2004       EltSize = Size;
2005       Size = 0;
2006     } else {
2007       Size -= EltSize;
2008     }
2009     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2010       Builder.CreateLifetimeStart(NewElts[Idx],
2011                                   Builder.getInt64(EltSize));
2012     else
2013       Builder.CreateLifetimeEnd(NewElts[Idx],
2014                                 Builder.getInt64(EltSize));
2015   }
2016   DeadInsts.push_back(II);
2017 }
2018
2019 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
2020 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
2021 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
2022                                         AllocaInst *AI,
2023                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2024   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
2025   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
2026   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
2027   // memset, this Value* stays null.
2028   Value *OtherPtr = 0;
2029   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
2030   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
2031     if (Inst == MTI->getRawDest())
2032       OtherPtr = MTI->getRawSource();
2033     else {
2034       assert(Inst == MTI->getRawSource());
2035       OtherPtr = MTI->getRawDest();
2036     }
2037   }
2038
2039   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
2040   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
2041   if (OtherPtr) {
2042     unsigned AddrSpace =
2043       cast<PointerType>(OtherPtr->getType())->getAddressSpace();
2044
2045     // Remove bitcasts and all-zero GEPs from OtherPtr.  This is an
2046     // optimization, but it's also required to detect the corner case where
2047     // both pointer operands are referencing the same memory, and where
2048     // OtherPtr may be a bitcast or GEP that currently being rewritten.  (This
2049     // function is only called for mem intrinsics that access the whole
2050     // aggregate, so non-zero GEPs are not an issue here.)
2051     OtherPtr = OtherPtr->stripPointerCasts();
2052
2053     // Copying the alloca to itself is a no-op: just delete it.
2054     if (OtherPtr == AI || OtherPtr == NewElts[0]) {
2055       // This code will run twice for a no-op memcpy -- once for each operand.
2056       // Put only one reference to MI on the DeadInsts list.
2057       for (SmallVector<Value*, 32>::const_iterator I = DeadInsts.begin(),
2058              E = DeadInsts.end(); I != E; ++I)
2059         if (*I == MI) return;
2060       DeadInsts.push_back(MI);
2061       return;
2062     }
2063
2064     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
2065     // type.
2066     Type *NewTy =
2067       PointerType::get(AI->getType()->getElementType(), AddrSpace);
2068
2069     if (OtherPtr->getType() != NewTy)
2070       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, NewTy, OtherPtr->getName(), MI);
2071   }
2072
2073   // Process each element of the aggregate.
2074   bool SROADest = MI->getRawDest() == Inst;
2075
2076   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(MI->getContext()));
2077
2078   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2079     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
2080     Value *OtherElt = 0;
2081     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
2082
2083     if (OtherPtr) {
2084       Value *Idx[2] = { Zero,
2085                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), i) };
2086       OtherElt = GetElementPtrInst::CreateInBounds(OtherPtr, Idx,
2087                                               OtherPtr->getName()+"."+Twine(i),
2088                                                    MI);
2089       uint64_t EltOffset;
2090       PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
2091       Type *OtherTy = OtherPtrTy->getElementType();
2092       if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(OtherTy)) {
2093         EltOffset = TD->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
2094       } else {
2095         Type *EltTy = cast<SequentialType>(OtherTy)->getElementType();
2096         EltOffset = TD->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
2097       }
2098
2099       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
2100       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
2101       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
2102       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
2103       // known alignment is just 4 bytes.
2104       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
2105     }
2106
2107     Value *EltPtr = NewElts[i];
2108     Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
2109
2110     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
2111     if (EltTy->isSingleValueType()) {
2112       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
2113         if (SROADest) {
2114           // From Other to Alloca.
2115           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
2116           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
2117         } else {
2118           // From Alloca to Other.
2119           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
2120           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
2121         }
2122         continue;
2123       }
2124       assert(isa<MemSetInst>(MI));
2125
2126       // If the stored element is zero (common case), just store a null
2127       // constant.
2128       Constant *StoreVal;
2129       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getArgOperand(1))) {
2130         if (CI->isZero()) {
2131           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
2132         } else {
2133           // If EltTy is a vector type, get the element type.
2134           Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
2135
2136           // Construct an integer with the right value.
2137           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
2138           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
2139           APInt TotalVal(OneVal);
2140           // Set each byte.
2141           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
2142             TotalVal = TotalVal.shl(8);
2143             TotalVal |= OneVal;
2144           }
2145
2146           // Convert the integer value to the appropriate type.
2147           StoreVal = ConstantInt::get(CI->getContext(), TotalVal);
2148           if (ValTy->isPointerTy())
2149             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
2150           else if (ValTy->isFloatingPointTy())
2151             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
2152           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
2153
2154           // If the requested value was a vector constant, create it.
2155           if (EltTy->isVectorTy()) {
2156             unsigned NumElts = cast<VectorType>(EltTy)->getNumElements();
2157             SmallVector<Constant*, 16> Elts(NumElts, StoreVal);
2158             StoreVal = ConstantVector::get(Elts);
2159           }
2160         }
2161         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
2162         continue;
2163       }
2164       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
2165       // this element.
2166     }
2167
2168     unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
2169     if (!EltSize)
2170       continue;
2171
2172     IRBuilder<> Builder(MI);
2173
2174     // Finally, insert the meminst for this element.
2175     if (isa<MemSetInst>(MI)) {
2176       Builder.CreateMemSet(EltPtr, MI->getArgOperand(1), EltSize,
2177                            MI->isVolatile());
2178     } else {
2179       assert(isa<MemTransferInst>(MI));
2180       Value *Dst = SROADest ? EltPtr : OtherElt;  // Dest ptr
2181       Value *Src = SROADest ? OtherElt : EltPtr;  // Src ptr
2182
2183       if (isa<MemCpyInst>(MI))
2184         Builder.CreateMemCpy(Dst, Src, EltSize, OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2185       else
2186         Builder.CreateMemMove(Dst, Src, EltSize,OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2187     }
2188   }
2189   DeadInsts.push_back(MI);
2190 }
2191
2192 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found a store of an integer that
2193 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
2194 /// integer and store them individually.
2195 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
2196                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
2197   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
2198   // and store the element value to the individual alloca.
2199   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
2200   Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2201   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2202
2203   IRBuilder<> Builder(SI);
2204   
2205   // Handle tail padding by extending the operand
2206   if (TD->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
2207     SrcVal = Builder.CreateZExt(SrcVal,
2208                             IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits));
2209
2210   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
2211                << '\n');
2212
2213   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2214   // have different ways to compute the element offset.
2215   if (StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2216     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
2217
2218     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2219       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
2220       Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
2221       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2222
2223       if (TD->isBigEndian())
2224         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
2225
2226       Value *EltVal = SrcVal;
2227       if (Shift) {
2228         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2229         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2230       }
2231
2232       // Truncate down to an integer of the right size.
2233       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2234
2235       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2236       if (FieldSizeBits == 0) continue;
2237
2238       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
2239         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2240                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits));
2241       Value *DestField = NewElts[i];
2242       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
2243         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2244       } else if (FieldTy->isFloatingPointTy() || FieldTy->isVectorTy()) {
2245         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2246         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, FieldTy);
2247       } else {
2248         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2249         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2250                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2251       }
2252       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2253     }
2254
2255   } else {
2256     ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
2257     Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
2258     uint64_t ElementOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2259     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
2260
2261     uint64_t Shift;
2262
2263     if (TD->isBigEndian())
2264       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
2265     else
2266       Shift = 0;
2267
2268     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2269       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2270       if (ElementSizeBits == 0) continue;
2271
2272       Value *EltVal = SrcVal;
2273       if (Shift) {
2274         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2275         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2276       }
2277
2278       // Truncate down to an integer of the right size.
2279       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
2280         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2281                                      IntegerType::get(SI->getContext(),
2282                                                       ElementSizeBits));
2283       Value *DestField = NewElts[i];
2284       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
2285         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2286       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPointTy() ||
2287                  ArrayEltTy->isVectorTy()) {
2288         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2289         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, ArrayEltTy);
2290       } else {
2291         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2292         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2293                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2294       }
2295       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2296
2297       if (TD->isBigEndian())
2298         Shift -= ElementOffset;
2299       else
2300         Shift += ElementOffset;
2301     }
2302   }
2303
2304   DeadInsts.push_back(SI);
2305 }
2306
2307 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found a load of the entire allocation to
2308 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
2309 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
2310                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2311   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
2312   // and form the result value.
2313   Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2314   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2315
2316   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
2317                << '\n');
2318
2319   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2320   // have different ways to compute the element offset.
2321   const StructLayout *Layout = 0;
2322   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
2323   if (StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2324     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
2325   } else {
2326     Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
2327     ArrayEltBitOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2328   }
2329
2330   Value *ResultVal =
2331     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
2332
2333   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2334     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
2335     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
2336     Value *SrcField = NewElts[i];
2337     Type *FieldTy =
2338       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
2339     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2340
2341     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2342     if (FieldSizeBits == 0) continue;
2343
2344     IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(),
2345                                                      FieldSizeBits);
2346     if (!FieldTy->isIntegerTy() && !FieldTy->isFloatingPointTy() &&
2347         !FieldTy->isVectorTy())
2348       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
2349                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
2350                                  "", LI);
2351     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
2352
2353     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
2354     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
2355     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
2356       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
2357
2358     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
2359     // we can shift and insert it.
2360     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
2361       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
2362
2363     // Determine the number of bits to shift SrcField.
2364     uint64_t Shift;
2365     if (Layout) // Struct case.
2366       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2367     else  // Array case.
2368       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
2369
2370     if (TD->isBigEndian())
2371       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
2372
2373     if (Shift) {
2374       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
2375       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
2376     }
2377
2378     // Don't create an 'or x, 0' on the first iteration.
2379     if (!isa<Constant>(ResultVal) ||
2380         !cast<Constant>(ResultVal)->isNullValue())
2381       ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
2382     else
2383       ResultVal = SrcField;
2384   }
2385
2386   // Handle tail padding by truncating the result
2387   if (TD->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
2388     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
2389
2390   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
2391   DeadInsts.push_back(LI);
2392 }
2393
2394 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
2395 /// alignment padding in between the elements that would be split apart
2396 /// by SROA; return false otherwise.
2397 static bool HasPadding(Type *Ty, const TargetData &TD) {
2398   if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2399     Ty = ATy->getElementType();
2400     return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
2401   }
2402
2403   // SROA currently handles only Arrays and Structs.
2404   StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
2405   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
2406   unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
2407   for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2408     unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
2409
2410     // Check to see if there is any padding between this element and the
2411     // previous one.
2412     if (i) {
2413       unsigned PrevFieldEnd =
2414         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
2415       if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
2416         return true;
2417     }
2418     PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
2419   }
2420   // Check for tail padding.
2421   if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
2422     unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
2423       TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
2424     if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
2425       return true;
2426   }
2427   return false;
2428 }
2429
2430 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
2431 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
2432 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
2433 bool SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI) {
2434   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
2435   // the users are safe to transform.
2436   AllocaInfo Info(AI);
2437
2438   isSafeForScalarRepl(AI, 0, Info);
2439   if (Info.isUnsafe) {
2440     DEBUG(dbgs() << "Cannot transform: " << *AI << '\n');
2441     return false;
2442   }
2443
2444   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
2445   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
2446   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
2447   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
2448   // struct.
2449   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
2450       HasPadding(AI->getAllocatedType(), *TD))
2451     return false;
2452
2453   // If the alloca never has an access to just *part* of it, but is accessed
2454   // via loads and stores, then we should use ConvertToScalarInfo to promote
2455   // the alloca instead of promoting each piece at a time and inserting fission
2456   // and fusion code.
2457   if (!Info.hasSubelementAccess && Info.hasALoadOrStore) {
2458     // If the struct/array just has one element, use basic SRoA.
2459     if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
2460       if (ST->getNumElements() > 1) return false;
2461     } else {
2462       if (cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType())->getNumElements() > 1)
2463         return false;
2464     }
2465   }
2466   
2467   return true;
2468 }
2469
2470
2471
2472 /// PointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
2473 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
2474 /// constant expressions because we don't can't rewrite arbitrary instructions.
2475 static bool PointsToConstantGlobal(Value *V) {
2476   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
2477     return GV->isConstant();
2478   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
2479     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
2480         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
2481       return PointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
2482   return false;
2483 }
2484
2485 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
2486 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
2487 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
2488 /// track of whether it moves the pointer (with isOffset) but otherwise traverse
2489 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
2490 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant global, we
2491 /// can optimize this.
2492 static bool
2493 isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, MemTransferInst *&TheCopy,
2494                                bool isOffset,
2495                                SmallVector<Instruction *, 4> &LifetimeMarkers) {
2496   // We track lifetime intrinsics as we encounter them.  If we decide to go
2497   // ahead and replace the value with the global, this lets the caller quickly
2498   // eliminate the markers.
2499
2500   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
2501     User *U = cast<Instruction>(*UI);
2502
2503     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
2504       // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
2505       if (!LI->isSimple()) return false;
2506       continue;
2507     }
2508
2509     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
2510       // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
2511       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(BCI, TheCopy, isOffset,
2512                                           LifetimeMarkers))
2513         return false;
2514       continue;
2515     }
2516     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
2517       // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer.  If it
2518       // doesn't, it does.
2519       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(GEP, TheCopy,
2520                                           isOffset || !GEP->hasAllZeroIndices(),
2521                                           LifetimeMarkers))
2522         return false;
2523       continue;
2524     }
2525
2526     if (CallSite CS = U) {
2527       // If this is the function being called then we treat it like a load and
2528       // ignore it.
2529       if (CS.isCallee(UI))
2530         continue;
2531
2532       // If this is a readonly/readnone call site, then we know it is just a
2533       // load (but one that potentially returns the value itself), so we can
2534       // ignore it if we know that the value isn't captured.
2535       unsigned ArgNo = CS.getArgumentNo(UI);
2536       if (CS.onlyReadsMemory() &&
2537           (CS.getInstruction()->use_empty() ||
2538            CS.paramHasAttr(ArgNo+1, Attribute::NoCapture)))
2539         continue;
2540
2541       // If this is being passed as a byval argument, the caller is making a
2542       // copy, so it is only a read of the alloca.
2543       if (CS.paramHasAttr(ArgNo+1, Attribute::ByVal))
2544         continue;
2545     }
2546
2547     // Lifetime intrinsics can be handled by the caller.
2548     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U)) {
2549       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2550           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
2551         assert(II->use_empty() && "Lifetime markers have no result to use!");
2552         LifetimeMarkers.push_back(II);
2553         continue;
2554       }
2555     }
2556
2557     // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
2558     // handle.
2559     MemTransferInst *MI = dyn_cast<MemTransferInst>(U);
2560     if (MI == 0)
2561       return false;
2562
2563     // If the transfer is using the alloca as a source of the transfer, then
2564     // ignore it since it is a load (unless the transfer is volatile).
2565     if (UI.getOperandNo() == 1) {
2566       if (MI->isVolatile()) return false;
2567       continue;
2568     }
2569
2570     // If we already have seen a copy, reject the second one.
2571     if (TheCopy) return false;
2572
2573     // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
2574     // safely handle this.
2575     if (isOffset) return false;
2576
2577     // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
2578     if (UI.getOperandNo() != 0) return false;
2579
2580     // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
2581     if (!PointsToConstantGlobal(MI->getSource()))
2582       return false;
2583
2584     // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
2585     TheCopy = MI;
2586   }
2587   return true;
2588 }
2589
2590 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
2591 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
2592 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
2593 MemTransferInst *
2594 SROA::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI,
2595                                      SmallVector<Instruction*, 4> &ToDelete) {
2596   MemTransferInst *TheCopy = 0;
2597   if (::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, false, ToDelete))
2598     return TheCopy;
2599   return 0;
2600 }