ef520af302e06deee08b6efe66b8de88116daa75
[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/DIBuilder.h"
34 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
35 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
36 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
37 #include "llvm/Target/TargetData.h"
38 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
39 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
40 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
41 #include "llvm/Support/CallSite.h"
42 #include "llvm/Support/Debug.h"
43 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
44 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
45 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
46 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
47 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
48 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
49 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
50 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
51 using namespace llvm;
52
53 STATISTIC(NumReplaced,  "Number of allocas broken up");
54 STATISTIC(NumPromoted,  "Number of allocas promoted");
55 STATISTIC(NumAdjusted,  "Number of scalar allocas adjusted to allow promotion");
56 STATISTIC(NumConverted, "Number of aggregates converted to scalar");
57 STATISTIC(NumGlobals,   "Number of allocas copied from constant global");
58
59 namespace {
60   struct SROA : public FunctionPass {
61     SROA(int T, bool hasDT, char &ID)
62       : FunctionPass(ID), HasDomTree(hasDT) {
63       if (T == -1)
64         SRThreshold = 128;
65       else
66         SRThreshold = T;
67     }
68
69     bool runOnFunction(Function &F);
70
71     bool performScalarRepl(Function &F);
72     bool performPromotion(Function &F);
73
74   private:
75     bool HasDomTree;
76     TargetData *TD;
77
78     /// DeadInsts - Keep track of instructions we have made dead, so that
79     /// we can remove them after we are done working.
80     SmallVector<Value*, 32> DeadInsts;
81
82     /// AllocaInfo - When analyzing uses of an alloca instruction, this captures
83     /// information about the uses.  All these fields are initialized to false
84     /// and set to true when something is learned.
85     struct AllocaInfo {
86       /// The alloca to promote.
87       AllocaInst *AI;
88       
89       /// CheckedPHIs - This is a set of verified PHI nodes, to prevent infinite
90       /// looping and avoid redundant work.
91       SmallPtrSet<PHINode*, 8> CheckedPHIs;
92       
93       /// isUnsafe - This is set to true if the alloca cannot be SROA'd.
94       bool isUnsafe : 1;
95
96       /// isMemCpySrc - This is true if this aggregate is memcpy'd from.
97       bool isMemCpySrc : 1;
98
99       /// isMemCpyDst - This is true if this aggregate is memcpy'd into.
100       bool isMemCpyDst : 1;
101
102       /// hasSubelementAccess - This is true if a subelement of the alloca is
103       /// ever accessed, or false if the alloca is only accessed with mem
104       /// intrinsics or load/store that only access the entire alloca at once.
105       bool hasSubelementAccess : 1;
106       
107       /// hasALoadOrStore - This is true if there are any loads or stores to it.
108       /// The alloca may just be accessed with memcpy, for example, which would
109       /// not set this.
110       bool hasALoadOrStore : 1;
111       
112       explicit AllocaInfo(AllocaInst *ai)
113         : AI(ai), isUnsafe(false), isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false),
114           hasSubelementAccess(false), hasALoadOrStore(false) {}
115     };
116
117     unsigned SRThreshold;
118
119     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I, Instruction *User) {
120       I.isUnsafe = true;
121       DEBUG(dbgs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
122     }
123
124     bool isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI);
125
126     void isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset, AllocaInfo &Info);
127     void isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *User, uint64_t Offset,
128                                          AllocaInfo &Info);
129     void isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info);
130     void isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
131                          const Type *MemOpType, bool isStore, AllocaInfo &Info,
132                          Instruction *TheAccess, bool AllowWholeAccess);
133     bool TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size);
134     uint64_t FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
135                                   const Type *&IdxTy);
136
137     void DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
138                              std::vector<AllocaInst*> &WorkList);
139     void DeleteDeadInstructions();
140
141     void RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
142                               SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
143     void RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
144                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
145     void RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
146                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
147     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
148                                       AllocaInst *AI,
149                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
150     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
151                                        SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
152     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
153                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
154
155     static MemTransferInst *isOnlyCopiedFromConstantGlobal(
156         AllocaInst *AI, SmallVector<Instruction*, 4> &ToDelete);
157   };
158   
159   // SROA_DT - SROA that uses DominatorTree.
160   struct SROA_DT : public SROA {
161     static char ID;
162   public:
163     SROA_DT(int T = -1) : SROA(T, true, ID) {
164       initializeSROA_DTPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
165     }
166     
167     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
168     // will not alter the CFG, so say so.
169     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
170       AU.addRequired<DominatorTree>();
171       AU.setPreservesCFG();
172     }
173   };
174   
175   // SROA_SSAUp - SROA that uses SSAUpdater.
176   struct SROA_SSAUp : public SROA {
177     static char ID;
178   public:
179     SROA_SSAUp(int T = -1) : SROA(T, false, ID) {
180       initializeSROA_SSAUpPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
181     }
182     
183     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
184     // will not alter the CFG, so say so.
185     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
186       AU.setPreservesCFG();
187     }
188   };
189   
190 }
191
192 char SROA_DT::ID = 0;
193 char SROA_SSAUp::ID = 0;
194
195 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_DT, "scalarrepl",
196                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
197 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
198 INITIALIZE_PASS_END(SROA_DT, "scalarrepl",
199                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
200
201 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
202                       "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
203 INITIALIZE_PASS_END(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
204                     "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
205
206 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
207 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(int Threshold,
208                                                    bool UseDomTree) {
209   if (UseDomTree)
210     return new SROA_DT(Threshold);
211   return new SROA_SSAUp(Threshold);
212 }
213
214
215 //===----------------------------------------------------------------------===//
216 // Convert To Scalar Optimization.
217 //===----------------------------------------------------------------------===//
218
219 namespace {
220 /// ConvertToScalarInfo - This class implements the "Convert To Scalar"
221 /// optimization, which scans the uses of an alloca and determines if it can
222 /// rewrite it in terms of a single new alloca that can be mem2reg'd.
223 class ConvertToScalarInfo {
224   /// AllocaSize - The size of the alloca being considered in bytes.
225   unsigned AllocaSize;
226   const TargetData &TD;
227
228   /// IsNotTrivial - This is set to true if there is some access to the object
229   /// which means that mem2reg can't promote it.
230   bool IsNotTrivial;
231
232   /// ScalarKind - Tracks the kind of alloca being considered for promotion,
233   /// computed based on the uses of the alloca rather than the LLVM type system.
234   enum {
235     Unknown,
236
237     // Accesses via GEPs that are consistent with element access of a vector
238     // type. This will not be converted into a vector unless there is a later
239     // access using an actual vector type.
240     ImplicitVector,
241
242     // Accesses via vector operations and GEPs that are consistent with the
243     // layout of a vector type.
244     Vector,
245
246     // An integer bag-of-bits with bitwise operations for insertion and
247     // extraction. Any combination of types can be converted into this kind
248     // of scalar.
249     Integer
250   } ScalarKind;
251
252   /// VectorTy - This tracks the type that we should promote the vector to if
253   /// it is possible to turn it into a vector.  This starts out null, and if it
254   /// isn't possible to turn into a vector type, it gets set to VoidTy.
255   const VectorType *VectorTy;
256
257   /// HadNonMemTransferAccess - True if there is at least one access to the 
258   /// alloca that is not a MemTransferInst.  We don't want to turn structs into
259   /// large integers unless there is some potential for optimization.
260   bool HadNonMemTransferAccess;
261
262 public:
263   explicit ConvertToScalarInfo(unsigned Size, const TargetData &td)
264     : AllocaSize(Size), TD(td), IsNotTrivial(false), ScalarKind(Unknown),
265       VectorTy(0), HadNonMemTransferAccess(false) { }
266
267   AllocaInst *TryConvert(AllocaInst *AI);
268
269 private:
270   bool CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset);
271   void MergeInTypeForLoadOrStore(const Type *In, uint64_t Offset);
272   bool MergeInVectorType(const VectorType *VInTy, uint64_t Offset);
273   void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset);
274
275   Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, const Type *ToType,
276                                     uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
277   Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
278                                    uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
279 };
280 } // end anonymous namespace.
281
282
283 /// TryConvert - Analyze the specified alloca, and if it is safe to do so,
284 /// rewrite it to be a new alloca which is mem2reg'able.  This returns the new
285 /// alloca if possible or null if not.
286 AllocaInst *ConvertToScalarInfo::TryConvert(AllocaInst *AI) {
287   // If we can't convert this scalar, or if mem2reg can trivially do it, bail
288   // out.
289   if (!CanConvertToScalar(AI, 0) || !IsNotTrivial)
290     return 0;
291
292   // If an alloca has only memset / memcpy uses, it may still have an Unknown
293   // ScalarKind. Treat it as an Integer below.
294   if (ScalarKind == Unknown)
295     ScalarKind = Integer;
296
297   // FIXME: It should be possible to promote the vector type up to the alloca's
298   // size.
299   if (ScalarKind == Vector && VectorTy->getBitWidth() != AllocaSize * 8)
300     ScalarKind = Integer;
301
302   // If we were able to find a vector type that can handle this with
303   // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
304   // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
305   // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
306   // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
307   // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
308   const Type *NewTy;
309   if (ScalarKind == Vector) {
310     assert(VectorTy && "Missing type for vector scalar.");
311     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "\n  TYPE = "
312           << *VectorTy << '\n');
313     NewTy = VectorTy;  // Use the vector type.
314   } else {
315     unsigned BitWidth = AllocaSize * 8;
316     if ((ScalarKind == ImplicitVector || ScalarKind == Integer) &&
317         !HadNonMemTransferAccess && !TD.fitsInLegalInteger(BitWidth))
318       return 0;
319
320     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n");
321     // Create and insert the integer alloca.
322     NewTy = IntegerType::get(AI->getContext(), BitWidth);
323   }
324   AllocaInst *NewAI = new AllocaInst(NewTy, 0, "", AI->getParent()->begin());
325   ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
326   return NewAI;
327 }
328
329 /// MergeInTypeForLoadOrStore - Add the 'In' type to the accumulated vector type
330 /// (VectorTy) so far at the offset specified by Offset (which is specified in
331 /// bytes).
332 ///
333 /// There are three cases we handle here:
334 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
335 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
336 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
337 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
338 ///   2) A union of vector types with power-of-2 size differences, e.g. a float,
339 ///      <2 x float> and <4 x float>.  Here we turn element accesses into insert
340 ///      and extract element operations, and <2 x float> accesses into a cast to
341 ///      <2 x double>, an extract, and a cast back to <2 x float>.
342 ///   3) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
343 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
344 ///      and stores would mutate the memory.  We mark this by setting VectorTy
345 ///      to VoidTy.
346 void ConvertToScalarInfo::MergeInTypeForLoadOrStore(const Type *In,
347                                                     uint64_t Offset) {
348   // If we already decided to turn this into a blob of integer memory, there is
349   // nothing to be done.
350   if (ScalarKind == Integer)
351     return;
352
353   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
354
355   // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
356   // matches the existing VecTy.
357   if (const VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
358     if (MergeInVectorType(VInTy, Offset))
359       return;
360   } else if (In->isFloatTy() || In->isDoubleTy() ||
361              (In->isIntegerTy() && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
362               isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
363     // Full width accesses can be ignored, because they can always be turned
364     // into bitcasts.
365     unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
366     if (EltSize == AllocaSize)
367       return;
368
369     // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
370     // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
371     // compatible with it.
372     if (Offset % EltSize == 0 && AllocaSize % EltSize == 0 &&
373         (!VectorTy || Offset * 8 < VectorTy->getPrimitiveSizeInBits())) {
374       if (!VectorTy) {
375         ScalarKind = ImplicitVector;
376         VectorTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
377         return;
378       }
379
380       unsigned CurrentEltSize = VectorTy->getElementType()
381                                 ->getPrimitiveSizeInBits()/8;
382       if (EltSize == CurrentEltSize)
383         return;
384
385       if (In->isIntegerTy() && isPowerOf2_32(AllocaSize / EltSize))
386         return;
387     }
388   }
389
390   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
391   // form.  We can still turn this into a large integer.
392   ScalarKind = Integer;
393 }
394
395 /// MergeInVectorType - Handles the vector case of MergeInTypeForLoadOrStore,
396 /// returning true if the type was successfully merged and false otherwise.
397 bool ConvertToScalarInfo::MergeInVectorType(const VectorType *VInTy,
398                                             uint64_t Offset) {
399   // TODO: Support nonzero offsets?
400   if (Offset != 0)
401     return false;
402
403   // Only allow vectors that are a power-of-2 away from the size of the alloca.
404   if (!isPowerOf2_64(AllocaSize / (VInTy->getBitWidth() / 8)))
405     return false;
406
407   // If this the first vector we see, remember the type so that we know the
408   // element size.
409   if (!VectorTy) {
410     ScalarKind = Vector;
411     VectorTy = VInTy;
412     return true;
413   }
414
415   unsigned BitWidth = VectorTy->getBitWidth();
416   unsigned InBitWidth = VInTy->getBitWidth();
417
418   // Vectors of the same size can be converted using a simple bitcast.
419   if (InBitWidth == BitWidth && AllocaSize == (InBitWidth / 8)) {
420     ScalarKind = Vector;
421     return true;
422   }
423
424   const Type *ElementTy = VectorTy->getElementType();
425   const Type *InElementTy = VInTy->getElementType();
426
427   // Do not allow mixed integer and floating-point accesses from vectors of
428   // different sizes.
429   if (ElementTy->isFloatingPointTy() != InElementTy->isFloatingPointTy())
430     return false;
431
432   if (ElementTy->isFloatingPointTy()) {
433     // Only allow floating-point vectors of different sizes if they have the
434     // same element type.
435     // TODO: This could be loosened a bit, but would anything benefit?
436     if (ElementTy != InElementTy)
437       return false;
438
439     // There are no arbitrary-precision floating-point types, which limits the
440     // number of legal vector types with larger element types that we can form
441     // to bitcast and extract a subvector.
442     // TODO: We could support some more cases with mixed fp128 and double here.
443     if (!(BitWidth == 64 || BitWidth == 128) ||
444         !(InBitWidth == 64 || InBitWidth == 128))
445       return false;
446   } else {
447     assert(ElementTy->isIntegerTy() && "Vector elements must be either integer "
448                                        "or floating-point.");
449     unsigned BitWidth = ElementTy->getPrimitiveSizeInBits();
450     unsigned InBitWidth = InElementTy->getPrimitiveSizeInBits();
451
452     // Do not allow integer types smaller than a byte or types whose widths are
453     // not a multiple of a byte.
454     if (BitWidth < 8 || InBitWidth < 8 ||
455         BitWidth % 8 != 0 || InBitWidth % 8 != 0)
456       return false;
457   }
458
459   // Pick the largest of the two vector types.
460   ScalarKind = Vector;
461   if (InBitWidth > BitWidth)
462     VectorTy = VInTy;
463
464   return true;
465 }
466
467 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
468 /// its accesses to a single vector type, return true and set VecTy to
469 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
470 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
471 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
472 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
473 ///
474 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
475 /// SawVec flag.
476 bool ConvertToScalarInfo::CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset) {
477   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
478     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
479
480     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
481       // Don't break volatile loads.
482       if (LI->isVolatile())
483         return false;
484       // Don't touch MMX operations.
485       if (LI->getType()->isX86_MMXTy())
486         return false;
487       HadNonMemTransferAccess = true;
488       MergeInTypeForLoadOrStore(LI->getType(), Offset);
489       continue;
490     }
491
492     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
493       // Storing the pointer, not into the value?
494       if (SI->getOperand(0) == V || SI->isVolatile()) return false;
495       // Don't touch MMX operations.
496       if (SI->getOperand(0)->getType()->isX86_MMXTy())
497         return false;
498       HadNonMemTransferAccess = true;
499       MergeInTypeForLoadOrStore(SI->getOperand(0)->getType(), Offset);
500       continue;
501     }
502
503     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
504       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
505       if (!CanConvertToScalar(BCI, Offset))
506         return false;
507       continue;
508     }
509
510     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
511       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
512       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
513         return false;
514
515       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
516       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
517       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
518                                                &Indices[0], Indices.size());
519       // See if all uses can be converted.
520       if (!CanConvertToScalar(GEP, Offset+GEPOffset))
521         return false;
522       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
523       HadNonMemTransferAccess = true;
524       continue;
525     }
526
527     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
528     // handle it.
529     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
530       // Store of constant value.
531       if (!isa<ConstantInt>(MSI->getValue()))
532         return false;
533
534       // Store of constant size.
535       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MSI->getLength());
536       if (!Len)
537         return false;
538
539       // If the size differs from the alloca, we can only convert the alloca to
540       // an integer bag-of-bits.
541       // FIXME: This should handle all of the cases that are currently accepted
542       // as vector element insertions.
543       if (Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
544         ScalarKind = Integer;
545
546       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
547       HadNonMemTransferAccess = true;
548       continue;
549     }
550
551     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
552     // can handle it like a load or store of the scalar type.
553     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
554       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength());
555       if (Len == 0 || Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
556         return false;
557
558       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
559       continue;
560     }
561
562     // Otherwise, we cannot handle this!
563     return false;
564   }
565
566   return true;
567 }
568
569 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
570 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
571 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
572 /// vector with insert/extractelement instructions.
573 ///
574 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
575 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
576 void ConvertToScalarInfo::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI,
577                                               uint64_t Offset) {
578   while (!Ptr->use_empty()) {
579     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
580
581     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
582       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset);
583       CI->eraseFromParent();
584       continue;
585     }
586
587     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
588       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
589       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
590       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
591                                                &Indices[0], Indices.size());
592       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8);
593       GEP->eraseFromParent();
594       continue;
595     }
596
597     IRBuilder<> Builder(User);
598
599     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
600       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
601       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "tmp");
602       Value *NewLoadVal
603         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset, Builder);
604       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
605       LI->eraseFromParent();
606       continue;
607     }
608
609     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
610       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
611       Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
612       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
613                                              Builder);
614       Builder.CreateStore(New, NewAI);
615       SI->eraseFromParent();
616
617       // If the load we just inserted is now dead, then the inserted store
618       // overwrote the entire thing.
619       if (Old->use_empty())
620         Old->eraseFromParent();
621       continue;
622     }
623
624     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
625     // transform it into a store of the expanded constant value.
626     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
627       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
628       unsigned NumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
629       if (NumBytes != 0) {
630         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
631
632         // Compute the value replicated the right number of times.
633         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
634
635         // Splat the value if non-zero.
636         if (Val)
637           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
638             APVal |= APVal << 8;
639
640         Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
641         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
642                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
643                                                Old, Offset, Builder);
644         Builder.CreateStore(New, NewAI);
645
646         // If the load we just inserted is now dead, then the memset overwrote
647         // the entire thing.
648         if (Old->use_empty())
649           Old->eraseFromParent();
650       }
651       MSI->eraseFromParent();
652       continue;
653     }
654
655     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
656     // can handle it like a load or store of the scalar type.
657     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
658       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
659
660       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
661       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
662       // as appropriate.
663       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Ptr, &TD, 0));
664
665       if (GetUnderlyingObject(MTI->getSource(), &TD, 0) != OrigAI) {
666         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
667         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
668         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
669         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
670         const PointerType* SPTy = cast<PointerType>(SrcPtr->getType());
671         const PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
672         if (SPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
673           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
674                                    SPTy->getAddressSpace());
675         }
676         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, AIPTy);
677
678         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
679         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
680         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
681       } else if (GetUnderlyingObject(MTI->getDest(), &TD, 0) != OrigAI) {
682         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
683         // through the original dest pointer (bitcasted).
684         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
685         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
686
687         const PointerType* DPTy = cast<PointerType>(MTI->getDest()->getType());
688         const PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
689         if (DPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
690           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
691                                    DPTy->getAddressSpace());
692         }
693         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), AIPTy);
694
695         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
696         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
697       } else {
698         // Noop transfer. Src == Dst
699       }
700
701       MTI->eraseFromParent();
702       continue;
703     }
704
705     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
706   }
707 }
708
709 /// getScaledElementType - Gets a scaled element type for a partial vector
710 /// access of an alloca. The input types must be integer or floating-point
711 /// scalar or vector types, and the resulting type is an integer, float or
712 /// double.
713 static const Type *getScaledElementType(const Type *Ty1, const Type *Ty2,
714                                         unsigned NewBitWidth) {
715   bool IsFP1 = Ty1->isFloatingPointTy() ||
716                (Ty1->isVectorTy() &&
717                 cast<VectorType>(Ty1)->getElementType()->isFloatingPointTy());
718   bool IsFP2 = Ty2->isFloatingPointTy() ||
719                (Ty2->isVectorTy() &&
720                 cast<VectorType>(Ty2)->getElementType()->isFloatingPointTy());
721
722   LLVMContext &Context = Ty1->getContext();
723
724   // Prefer floating-point types over integer types, as integer types may have
725   // been created by earlier scalar replacement.
726   if (IsFP1 || IsFP2) {
727     if (NewBitWidth == 32)
728       return Type::getFloatTy(Context);
729     if (NewBitWidth == 64)
730       return Type::getDoubleTy(Context);
731   }
732
733   return Type::getIntNTy(Context, NewBitWidth);
734 }
735
736 /// CreateShuffleVectorCast - Creates a shuffle vector to convert one vector
737 /// to another vector of the same element type which has the same allocation
738 /// size but different primitive sizes (e.g. <3 x i32> and <4 x i32>).
739 static Value *CreateShuffleVectorCast(Value *FromVal, const Type *ToType,
740                                       IRBuilder<> &Builder) {
741   const Type *FromType = FromVal->getType();
742   const VectorType *FromVTy = cast<VectorType>(FromType);
743   const VectorType *ToVTy = cast<VectorType>(ToType);
744   assert((ToVTy->getElementType() == FromVTy->getElementType()) &&
745          "Vectors must have the same element type");
746    Value *UnV = UndefValue::get(FromType);
747    unsigned numEltsFrom = FromVTy->getNumElements();
748    unsigned numEltsTo = ToVTy->getNumElements();
749
750    SmallVector<Constant*, 3> Args;
751    const Type* Int32Ty = Builder.getInt32Ty();
752    unsigned minNumElts = std::min(numEltsFrom, numEltsTo);
753    unsigned i;
754    for (i=0; i != minNumElts; ++i)
755      Args.push_back(ConstantInt::get(Int32Ty, i));
756
757    if (i < numEltsTo) {
758      Constant* UnC = UndefValue::get(Int32Ty);
759      for (; i != numEltsTo; ++i)
760        Args.push_back(UnC);
761    }
762    Constant *Mask = ConstantVector::get(Args);
763    return Builder.CreateShuffleVector(FromVal, UnV, Mask, "tmpV");
764 }
765
766 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
767 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
768 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
769 ///
770 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
771 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
772 /// insert/extractelement instructions.
773 ///
774 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
775 /// shifted to the right.
776 Value *ConvertToScalarInfo::
777 ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, const Type *ToType,
778                            uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
779   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
780   const Type *FromType = FromVal->getType();
781   if (FromType == ToType && Offset == 0)
782     return FromVal;
783
784   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
785   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
786   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromType)) {
787     unsigned FromTypeSize = TD.getTypeAllocSize(FromType);
788     unsigned ToTypeSize = TD.getTypeAllocSize(ToType);
789     if (FromTypeSize == ToTypeSize) {
790       // If the two types have the same primitive size, use a bit cast.
791       // Otherwise, it is two vectors with the same element type that has
792       // the same allocation size but different number of elements so use
793       // a shuffle vector.
794       if (FromType->getPrimitiveSizeInBits() ==
795           ToType->getPrimitiveSizeInBits())
796         return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
797       else
798         return CreateShuffleVectorCast(FromVal, ToType, Builder);
799     }
800
801     if (isPowerOf2_64(FromTypeSize / ToTypeSize)) {
802       assert(!(ToType->isVectorTy() && Offset != 0) && "Can't extract a value "
803              "of a smaller vector type at a nonzero offset.");
804
805       const Type *CastElementTy = getScaledElementType(FromType, ToType,
806                                                        ToTypeSize * 8);
807       unsigned NumCastVectorElements = FromTypeSize / ToTypeSize;
808
809       LLVMContext &Context = FromVal->getContext();
810       const Type *CastTy = VectorType::get(CastElementTy,
811                                            NumCastVectorElements);
812       Value *Cast = Builder.CreateBitCast(FromVal, CastTy, "tmp");
813
814       unsigned EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(CastElementTy);
815       unsigned Elt = Offset/EltSize;
816       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
817       Value *Extract = Builder.CreateExtractElement(Cast, ConstantInt::get(
818                                         Type::getInt32Ty(Context), Elt), "tmp");
819       return Builder.CreateBitCast(Extract, ToType, "tmp");
820     }
821
822     // Otherwise it must be an element access.
823     unsigned Elt = 0;
824     if (Offset) {
825       unsigned EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
826       Elt = Offset/EltSize;
827       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
828     }
829     // Return the element extracted out of it.
830     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, ConstantInt::get(
831                     Type::getInt32Ty(FromVal->getContext()), Elt), "tmp");
832     if (V->getType() != ToType)
833       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType, "tmp");
834     return V;
835   }
836
837   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
838   // use insertvalue's to form the FCA.
839   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
840     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
841     Value *Res = UndefValue::get(ST);
842     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
843       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
844                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
845                                               Builder);
846       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
847     }
848     return Res;
849   }
850
851   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
852     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
853     Value *Res = UndefValue::get(AT);
854     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
855       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
856                                               Offset+i*EltSize, Builder);
857       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
858     }
859     return Res;
860   }
861
862   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
863   const IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
864
865   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
866   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
867   int ShAmt = 0;
868   if (TD.isBigEndian()) {
869     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
870     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
871     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
872     ShAmt = TD.getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
873             TD.getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
874   } else {
875     ShAmt = Offset;
876   }
877
878   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
879   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
880   // only some bits are used.
881   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
882     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
883                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(),
884                                                            ShAmt), "tmp");
885   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
886     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal,
887                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(),
888                                                           -ShAmt), "tmp");
889
890   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
891   unsigned LIBitWidth = TD.getTypeSizeInBits(ToType);
892   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
893     FromVal =
894       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
895                                                     LIBitWidth), "tmp");
896   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
897     FromVal =
898        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
899                                                     LIBitWidth), "tmp");
900
901   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
902   if (ToType->isIntegerTy()) {
903     // Should be done.
904   } else if (ToType->isFloatingPointTy() || ToType->isVectorTy()) {
905     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
906     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
907   } else {
908     // Otherwise must be a pointer.
909     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType, "tmp");
910   }
911   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
912   return FromVal;
913 }
914
915 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
916 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
917 ///
918 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
919 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
920 /// vector with insert/extractelement instructions.
921 ///
922 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
923 /// shifted to the right.
924 Value *ConvertToScalarInfo::
925 ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
926                           uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
927   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
928   // then 'or' into place.
929   const Type *AllocaType = Old->getType();
930   LLVMContext &Context = Old->getContext();
931
932   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
933     uint64_t VecSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy);
934     uint64_t ValSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
935
936     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
937     // vector type?
938     if (ValSize == VecSize) {
939       // If the two types have the same primitive size, use a bit cast.
940       // Otherwise, it is two vectors with the same element type that has
941       // the same allocation size but different number of elements so use
942       // a shuffle vector.
943       if (VTy->getPrimitiveSizeInBits() ==
944           SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
945         return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType, "tmp");
946       else
947         return CreateShuffleVectorCast(SV, VTy, Builder);
948     }
949
950     if (isPowerOf2_64(VecSize / ValSize)) {
951       assert(!(SV->getType()->isVectorTy() && Offset != 0) && "Can't insert a "
952              "value of a smaller vector type at a nonzero offset.");
953
954       const Type *CastElementTy = getScaledElementType(VTy, SV->getType(),
955                                                        ValSize);
956       unsigned NumCastVectorElements = VecSize / ValSize;
957
958       LLVMContext &Context = SV->getContext();
959       const Type *OldCastTy = VectorType::get(CastElementTy,
960                                               NumCastVectorElements);
961       Value *OldCast = Builder.CreateBitCast(Old, OldCastTy, "tmp");
962
963       Value *SVCast = Builder.CreateBitCast(SV, CastElementTy, "tmp");
964
965       unsigned EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(CastElementTy);
966       unsigned Elt = Offset/EltSize;
967       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
968       Value *Insert =
969         Builder.CreateInsertElement(OldCast, SVCast, ConstantInt::get(
970                                         Type::getInt32Ty(Context), Elt), "tmp");
971       return Builder.CreateBitCast(Insert, AllocaType, "tmp");
972     }
973
974     // Must be an element insertion.
975     assert(SV->getType() == VTy->getElementType());
976     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
977     unsigned Elt = Offset/EltSize;
978     return Builder.CreateInsertElement(Old, SV,
979                      ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(SV->getContext()), Elt),
980                                      "tmp");
981   }
982
983   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
984   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
985     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
986     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
987       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
988       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old,
989                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
990                                       Builder);
991     }
992     return Old;
993   }
994
995   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
996     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
997     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
998       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
999       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, Builder);
1000     }
1001     return Old;
1002   }
1003
1004   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
1005   // If it is a pointer, do the same.
1006   unsigned SrcWidth = TD.getTypeSizeInBits(SV->getType());
1007   unsigned DestWidth = TD.getTypeSizeInBits(AllocaType);
1008   unsigned SrcStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
1009   unsigned DestStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
1010   if (SV->getType()->isFloatingPointTy() || SV->getType()->isVectorTy())
1011     SV = Builder.CreateBitCast(SV,
1012                             IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth), "tmp");
1013   else if (SV->getType()->isPointerTy())
1014     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, TD.getIntPtrType(SV->getContext()), "tmp");
1015
1016   // Zero extend or truncate the value if needed.
1017   if (SV->getType() != AllocaType) {
1018     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1019              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
1020       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType, "tmp");
1021     else {
1022       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
1023       // (undefined behavior).
1024       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType, "tmp");
1025       SrcWidth = DestWidth;
1026       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
1027     }
1028   }
1029
1030   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
1031   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1032   int ShAmt = 0;
1033   if (TD.isBigEndian()) {
1034     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1035     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1036     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1037     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
1038   } else {
1039     ShAmt = Offset;
1040   }
1041
1042   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
1043   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
1044   // only some bits in the structure are set.
1045   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
1046   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
1047     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1048                            ShAmt), "tmp");
1049     Mask <<= ShAmt;
1050   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
1051     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1052                             -ShAmt), "tmp");
1053     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
1054   }
1055
1056   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
1057   // in the new bits.
1058   if (SrcWidth != DestWidth) {
1059     assert(DestWidth > SrcWidth);
1060     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
1061     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
1062   }
1063   return SV;
1064 }
1065
1066
1067 //===----------------------------------------------------------------------===//
1068 // SRoA Driver
1069 //===----------------------------------------------------------------------===//
1070
1071
1072 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
1073   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1074
1075   bool Changed = performPromotion(F);
1076
1077   // FIXME: ScalarRepl currently depends on TargetData more than it
1078   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
1079   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
1080   // scalar-replacement portion of this pass.
1081   if (!TD) return Changed;
1082
1083   while (1) {
1084     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
1085     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
1086     Changed = true;
1087     LocalChange = performPromotion(F);
1088     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
1089   }
1090
1091   return Changed;
1092 }
1093
1094 namespace {
1095 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1096   AllocaInst *AI;
1097   DbgDeclareInst *DDI;
1098   DIBuilder *DIB;
1099 public:
1100   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
1101                  DIBuilder *DB)
1102     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(0), DDI(0), DIB(DB) {}
1103   
1104   void run(AllocaInst *AI, const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
1105     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
1106     this->AI = AI;
1107     DDI = FindAllocaDbgDeclare(AI);
1108     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1109     AI->eraseFromParent();
1110     if (DDI)
1111       DDI->eraseFromParent();
1112   }
1113   
1114   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
1115                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
1116     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1117       return LI->getOperand(0) == AI;
1118     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == AI;
1119   }
1120
1121   virtual void updateDebugInfo(Instruction *I) const {
1122     if (!DDI)
1123       return;
1124     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
1125       ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, *DIB);
1126     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1127       ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, *DIB);
1128   }
1129 };
1130 } // end anon namespace
1131
1132 /// isSafeSelectToSpeculate - Select instructions that use an alloca and are
1133 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers and then
1134 /// select between the result, allowing the load of the alloca to be promoted.
1135 /// From this:
1136 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1137 ///   %V = load i32* %P2
1138 /// to:
1139 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1140 ///   %V2 = load i32* %Other
1141 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1142 ///
1143 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1144 /// the select can be loaded unconditionally.
1145 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst *SI, const TargetData *TD) {
1146   bool TDerefable = SI->getTrueValue()->isDereferenceablePointer();
1147   bool FDerefable = SI->getFalseValue()->isDereferenceablePointer();
1148   
1149   for (Value::use_iterator UI = SI->use_begin(), UE = SI->use_end();
1150        UI != UE; ++UI) {
1151     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1152     if (LI == 0 || LI->isVolatile()) return false;
1153     
1154     // Both operands to the select need to be dereferencable, either absolutely
1155     // (e.g. allocas) or at this point because we can see other accesses to it.
1156     if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getTrueValue(), LI,
1157                                                     LI->getAlignment(), TD))
1158       return false;
1159     if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getFalseValue(), LI,
1160                                                     LI->getAlignment(), TD))
1161       return false;
1162   }
1163   
1164   return true;
1165 }
1166
1167 /// isSafePHIToSpeculate - PHI instructions that use an alloca and are
1168 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers in the pred
1169 /// blocks and then PHI the results, allowing the load of the alloca to be
1170 /// promoted.
1171 /// From this:
1172 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1173 ///   %V = load i32* %P2
1174 /// to:
1175 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1176 ///   ...
1177 ///   %V2 = load i32* %Other
1178 ///   ...
1179 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1180 ///
1181 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1182 /// the select can be loaded unconditionally.
1183 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode *PN, const TargetData *TD) {
1184   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block as
1185   // the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1186   // TODO: Allow recursive phi users.
1187   // TODO: Allow stores.
1188   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1189   unsigned MaxAlign = 0;
1190   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), UE = PN->use_end();
1191        UI != UE; ++UI) {
1192     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1193     if (LI == 0 || LI->isVolatile()) return false;
1194     
1195     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is a
1196     // common case that happens when instcombine merges two loads through a PHI.
1197     if (LI->getParent() != BB) return false;
1198     
1199     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1200     // could store.
1201     for (BasicBlock::iterator BBI = PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1202       if (BBI->mayWriteToMemory())
1203         return false;
1204     
1205     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1206   }
1207   
1208   // Okay, we know that we have one or more loads in the same block as the PHI.
1209   // We can transform this if it is safe to push the loads into the predecessor
1210   // blocks.  The only thing to watch out for is that we can't put a possibly
1211   // trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1212   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1213     BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1214
1215     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't critical.
1216     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1)
1217       continue;
1218     
1219     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1220     
1221     // If the InVal is an invoke in the pred, we can't put a load on the edge.
1222     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
1223       if (II->getParent() == Pred)
1224         return false;
1225
1226     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there is
1227     // already a load in the block, then we can move the load to the pred block.
1228     if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1229         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, Pred->getTerminator(), MaxAlign, TD))
1230       continue;
1231     
1232     return false;
1233   }
1234     
1235   return true;
1236 }
1237
1238
1239 /// tryToMakeAllocaBePromotable - This returns true if the alloca only has
1240 /// direct (non-volatile) loads and stores to it.  If the alloca is close but
1241 /// not quite there, this will transform the code to allow promotion.  As such,
1242 /// it is a non-pure predicate.
1243 static bool tryToMakeAllocaBePromotable(AllocaInst *AI, const TargetData *TD) {
1244   SetVector<Instruction*, SmallVector<Instruction*, 4>,
1245             SmallPtrSet<Instruction*, 4> > InstsToRewrite;
1246   
1247   for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
1248        UI != UE; ++UI) {
1249     User *U = *UI;
1250     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
1251       if (LI->isVolatile())
1252         return false;
1253       continue;
1254     }
1255     
1256     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1257       if (SI->getOperand(0) == AI || SI->isVolatile())
1258         return false;   // Don't allow a store OF the AI, only INTO the AI.
1259       continue;
1260     }
1261
1262     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(U)) {
1263       // If the condition being selected on is a constant, fold the select, yes
1264       // this does (rarely) happen early on.
1265       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
1266         Value *Result = SI->getOperand(1+CI->isZero());
1267         SI->replaceAllUsesWith(Result);
1268         SI->eraseFromParent();
1269         
1270         // This is very rare and we just scrambled the use list of AI, start
1271         // over completely.
1272         return tryToMakeAllocaBePromotable(AI, TD);
1273       }
1274
1275       // If it is safe to turn "load (select c, AI, ptr)" into a select of two
1276       // loads, then we can transform this by rewriting the select.
1277       if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, TD))
1278         return false;
1279       
1280       InstsToRewrite.insert(SI);
1281       continue;
1282     }
1283     
1284     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1285       if (PN->use_empty()) {  // Dead PHIs can be stripped.
1286         InstsToRewrite.insert(PN);
1287         continue;
1288       }
1289       
1290       // If it is safe to turn "load (phi [AI, ptr, ...])" into a PHI of loads
1291       // in the pred blocks, then we can transform this by rewriting the PHI.
1292       if (!isSafePHIToSpeculate(PN, TD))
1293         return false;
1294       
1295       InstsToRewrite.insert(PN);
1296       continue;
1297     }
1298     
1299     return false;
1300   }
1301
1302   // If there are no instructions to rewrite, then all uses are load/stores and
1303   // we're done!
1304   if (InstsToRewrite.empty())
1305     return true;
1306   
1307   // If we have instructions that need to be rewritten for this to be promotable
1308   // take care of it now.
1309   for (unsigned i = 0, e = InstsToRewrite.size(); i != e; ++i) {
1310     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(InstsToRewrite[i])) {
1311       // Selects in InstsToRewrite only have load uses.  Rewrite each as two
1312       // loads with a new select.
1313       while (!SI->use_empty()) {
1314         LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI->use_back());
1315       
1316         IRBuilder<> Builder(LI);
1317         LoadInst *TrueLoad = 
1318           Builder.CreateLoad(SI->getTrueValue(), LI->getName()+".t");
1319         LoadInst *FalseLoad = 
1320           Builder.CreateLoad(SI->getFalseValue(), LI->getName()+".f");
1321         
1322         // Transfer alignment and TBAA info if present.
1323         TrueLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1324         FalseLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1325         if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1326           TrueLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1327           FalseLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1328         }
1329         
1330         Value *V = Builder.CreateSelect(SI->getCondition(), TrueLoad, FalseLoad);
1331         V->takeName(LI);
1332         LI->replaceAllUsesWith(V);
1333         LI->eraseFromParent();
1334       }
1335     
1336       // Now that all the loads are gone, the select is gone too.
1337       SI->eraseFromParent();
1338       continue;
1339     }
1340     
1341     // Otherwise, we have a PHI node which allows us to push the loads into the
1342     // predecessors.
1343     PHINode *PN = cast<PHINode>(InstsToRewrite[i]);
1344     if (PN->use_empty()) {
1345       PN->eraseFromParent();
1346       continue;
1347     }
1348     
1349     const Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN->getType())->getElementType();
1350     PHINode *NewPN = PHINode::Create(LoadTy, PN->getNumIncomingValues(),
1351                                      PN->getName()+".ld", PN);
1352
1353     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1354     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1355     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN->use_back());
1356     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1357     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1358     
1359     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1360     while (!PN->use_empty()) {
1361       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN->use_back());
1362       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1363       LI->eraseFromParent();
1364     }
1365     
1366     // Inject loads into all of the pred blocks.  Keep track of which blocks we
1367     // insert them into in case we have multiple edges from the same block.
1368     DenseMap<BasicBlock*, LoadInst*> InsertedLoads;
1369     
1370     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1371       BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1372       LoadInst *&Load = InsertedLoads[Pred];
1373       if (Load == 0) {
1374         Load = new LoadInst(PN->getIncomingValue(i),
1375                             PN->getName() + "." + Pred->getName(),
1376                             Pred->getTerminator());
1377         Load->setAlignment(Align);
1378         if (TBAATag) Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1379       }
1380       
1381       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1382     }
1383     
1384     PN->eraseFromParent();
1385   }
1386     
1387   ++NumAdjusted;
1388   return true;
1389 }
1390
1391 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
1392   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
1393   DominatorTree *DT = 0;
1394   if (HasDomTree)
1395     DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1396
1397   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
1398   DIBuilder DIB(*F.getParent());
1399   bool Changed = false;
1400   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
1401   while (1) {
1402     Allocas.clear();
1403
1404     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
1405     // the entry node
1406     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
1407       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
1408         if (tryToMakeAllocaBePromotable(AI, TD))
1409           Allocas.push_back(AI);
1410
1411     if (Allocas.empty()) break;
1412
1413     if (HasDomTree)
1414       PromoteMemToReg(Allocas, *DT);
1415     else {
1416       SSAUpdater SSA;
1417       for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i) {
1418         AllocaInst *AI = Allocas[i];
1419         
1420         // Build list of instructions to promote.
1421         for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), E = AI->use_end();
1422              UI != E; ++UI)
1423           Insts.push_back(cast<Instruction>(*UI));
1424         AllocaPromoter(Insts, SSA, &DIB).run(AI, Insts);
1425         Insts.clear();
1426       }
1427     }
1428     NumPromoted += Allocas.size();
1429     Changed = true;
1430   }
1431
1432   return Changed;
1433 }
1434
1435
1436 /// ShouldAttemptScalarRepl - Decide if an alloca is a good candidate for
1437 /// SROA.  It must be a struct or array type with a small number of elements.
1438 static bool ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI) {
1439   const Type *T = AI->getAllocatedType();
1440   // Do not promote any struct into more than 32 separate vars.
1441   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
1442     return ST->getNumElements() <= 32;
1443   // Arrays are much less likely to be safe for SROA; only consider
1444   // them if they are very small.
1445   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T))
1446     return AT->getNumElements() <= 8;
1447   return false;
1448 }
1449
1450
1451 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
1452 // which runs on all of the alloca instructions in the function, removing them
1453 // if they are only used by getelementptr instructions.
1454 //
1455 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
1456   std::vector<AllocaInst*> WorkList;
1457
1458   // Scan the entry basic block, adding allocas to the worklist.
1459   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
1460   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
1461     if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(I))
1462       WorkList.push_back(A);
1463
1464   // Process the worklist
1465   bool Changed = false;
1466   while (!WorkList.empty()) {
1467     AllocaInst *AI = WorkList.back();
1468     WorkList.pop_back();
1469
1470     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
1471     // with unused elements.
1472     if (AI->use_empty()) {
1473       AI->eraseFromParent();
1474       Changed = true;
1475       continue;
1476     }
1477
1478     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
1479     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
1480       continue;
1481
1482     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
1483     // a constant global.  If this is the case, we can change all users to use
1484     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
1485     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
1486     // is only subsequently read.
1487     SmallVector<Instruction *, 4> ToDelete;
1488     if (MemTransferInst *Copy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, ToDelete)) {
1489       DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << *AI << '\n');
1490       DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *Copy << '\n');
1491       for (unsigned i = 0, e = ToDelete.size(); i != e; ++i)
1492         ToDelete[i]->eraseFromParent();
1493       Constant *TheSrc = cast<Constant>(Copy->getSource());
1494       AI->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(TheSrc, AI->getType()));
1495       Copy->eraseFromParent();  // Don't mutate the global.
1496       AI->eraseFromParent();
1497       ++NumGlobals;
1498       Changed = true;
1499       continue;
1500     }
1501
1502     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
1503     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
1504     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
1505     // value cannot be decomposed at all.
1506     uint64_t AllocaSize = TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
1507
1508     // Do not promote [0 x %struct].
1509     if (AllocaSize == 0) continue;
1510
1511     // Do not promote any struct whose size is too big.
1512     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
1513
1514     // If the alloca looks like a good candidate for scalar replacement, and if
1515     // all its users can be transformed, then split up the aggregate into its
1516     // separate elements.
1517     if (ShouldAttemptScalarRepl(AI) && isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
1518       DoScalarReplacement(AI, WorkList);
1519       Changed = true;
1520       continue;
1521     }
1522
1523     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
1524     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
1525     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
1526     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
1527     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
1528     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
1529     if (AllocaInst *NewAI =
1530           ConvertToScalarInfo((unsigned)AllocaSize, *TD).TryConvert(AI)) {
1531       NewAI->takeName(AI);
1532       AI->eraseFromParent();
1533       ++NumConverted;
1534       Changed = true;
1535       continue;
1536     }
1537
1538     // Otherwise, couldn't process this alloca.
1539   }
1540
1541   return Changed;
1542 }
1543
1544 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
1545 /// predicate, do SROA now.
1546 void SROA::DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
1547                                std::vector<AllocaInst*> &WorkList) {
1548   DEBUG(dbgs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
1549   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
1550   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
1551     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
1552     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
1553       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0,
1554                                       AI->getAlignment(),
1555                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1556       ElementAllocas.push_back(NA);
1557       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1558     }
1559   } else {
1560     const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
1561     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
1562     const Type *ElTy = AT->getElementType();
1563     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1564       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, AI->getAlignment(),
1565                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1566       ElementAllocas.push_back(NA);
1567       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1568     }
1569   }
1570
1571   // Now that we have created the new alloca instructions, rewrite all the
1572   // uses of the old alloca.
1573   RewriteForScalarRepl(AI, AI, 0, ElementAllocas);
1574
1575   // Now erase any instructions that were made dead while rewriting the alloca.
1576   DeleteDeadInstructions();
1577   AI->eraseFromParent();
1578
1579   ++NumReplaced;
1580 }
1581
1582 /// DeleteDeadInstructions - Erase instructions on the DeadInstrs list,
1583 /// recursively including all their operands that become trivially dead.
1584 void SROA::DeleteDeadInstructions() {
1585   while (!DeadInsts.empty()) {
1586     Instruction *I = cast<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
1587
1588     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
1589       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
1590         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
1591         // (But, don't add allocas to the dead instruction list -- they are
1592         // already on the worklist and will be deleted separately.)
1593         *OI = 0;
1594         if (isInstructionTriviallyDead(U) && !isa<AllocaInst>(U))
1595           DeadInsts.push_back(U);
1596       }
1597
1598     I->eraseFromParent();
1599   }
1600 }
1601
1602 /// isSafeForScalarRepl - Check if instruction I is a safe use with regard to
1603 /// performing scalar replacement of alloca AI.  The results are flagged in
1604 /// the Info parameter.  Offset indicates the position within AI that is
1605 /// referenced by this instruction.
1606 void SROA::isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1607                                AllocaInfo &Info) {
1608   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1609     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1610
1611     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1612       isSafeForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1613     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1614       uint64_t GEPOffset = Offset;
1615       isSafeGEP(GEPI, GEPOffset, Info);
1616       if (!Info.isUnsafe)
1617         isSafeForScalarRepl(GEPI, GEPOffset, Info);
1618     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1619       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1620       if (Length == 0)
1621         return MarkUnsafe(Info, User);
1622       isSafeMemAccess(Offset, Length->getZExtValue(), 0,
1623                       UI.getOperandNo() == 0, Info, MI,
1624                       true /*AllowWholeAccess*/);
1625     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1626       if (LI->isVolatile())
1627         return MarkUnsafe(Info, User);
1628       const Type *LIType = LI->getType();
1629       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1630                       LIType, false, Info, LI, true /*AllowWholeAccess*/);
1631       Info.hasALoadOrStore = true;
1632         
1633     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1634       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1635       if (SI->isVolatile() || SI->getOperand(0) == I)
1636         return MarkUnsafe(Info, User);
1637         
1638       const Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1639       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1640                       SIType, true, Info, SI, true /*AllowWholeAccess*/);
1641       Info.hasALoadOrStore = true;
1642     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1643       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1644     } else {
1645       return MarkUnsafe(Info, User);
1646     }
1647     if (Info.isUnsafe) return;
1648   }
1649 }
1650  
1651
1652 /// isSafePHIUseForScalarRepl - If we see a PHI node or select using a pointer
1653 /// derived from the alloca, we can often still split the alloca into elements.
1654 /// This is useful if we have a large alloca where one element is phi'd
1655 /// together somewhere: we can SRoA and promote all the other elements even if
1656 /// we end up not being able to promote this one.
1657 ///
1658 /// All we require is that the uses of the PHI do not index into other parts of
1659 /// the alloca.  The most important use case for this is single load and stores
1660 /// that are PHI'd together, which can happen due to code sinking.
1661 void SROA::isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1662                                            AllocaInfo &Info) {
1663   // If we've already checked this PHI, don't do it again.
1664   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1665     if (!Info.CheckedPHIs.insert(PN))
1666       return;
1667   
1668   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1669     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1670     
1671     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1672       isSafePHISelectUseForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1673     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1674       // Only allow "bitcast" GEPs for simplicity.  We could generalize this,
1675       // but would have to prove that we're staying inside of an element being
1676       // promoted.
1677       if (!GEPI->hasAllZeroIndices())
1678         return MarkUnsafe(Info, User);
1679       isSafePHISelectUseForScalarRepl(GEPI, Offset, Info);
1680     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1681       if (LI->isVolatile())
1682         return MarkUnsafe(Info, User);
1683       const Type *LIType = LI->getType();
1684       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1685                       LIType, false, Info, LI, false /*AllowWholeAccess*/);
1686       Info.hasALoadOrStore = true;
1687       
1688     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1689       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1690       if (SI->isVolatile() || SI->getOperand(0) == I)
1691         return MarkUnsafe(Info, User);
1692       
1693       const Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1694       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1695                       SIType, true, Info, SI, false /*AllowWholeAccess*/);
1696       Info.hasALoadOrStore = true;
1697     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1698       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1699     } else {
1700       return MarkUnsafe(Info, User);
1701     }
1702     if (Info.isUnsafe) return;
1703   }
1704 }
1705
1706 /// isSafeGEP - Check if a GEP instruction can be handled for scalar
1707 /// replacement.  It is safe when all the indices are constant, in-bounds
1708 /// references, and when the resulting offset corresponds to an element within
1709 /// the alloca type.  The results are flagged in the Info parameter.  Upon
1710 /// return, Offset is adjusted as specified by the GEP indices.
1711 void SROA::isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI,
1712                      uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info) {
1713   gep_type_iterator GEPIt = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
1714   if (GEPIt == E)
1715     return;
1716
1717   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
1718   // into.
1719   for (; GEPIt != E; ++GEPIt) {
1720     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
1721     if ((*GEPIt)->isStructTy())
1722       continue;
1723
1724     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand());
1725     if (!IdxVal)
1726       return MarkUnsafe(Info, GEPI);
1727   }
1728
1729   // Compute the offset due to this GEP and check if the alloca has a
1730   // component element at that offset.
1731   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1732   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
1733                                  &Indices[0], Indices.size());
1734   if (!TypeHasComponent(Info.AI->getAllocatedType(), Offset, 0))
1735     MarkUnsafe(Info, GEPI);
1736 }
1737
1738 /// isHomogeneousAggregate - Check if type T is a struct or array containing
1739 /// elements of the same type (which is always true for arrays).  If so,
1740 /// return true with NumElts and EltTy set to the number of elements and the
1741 /// element type, respectively.
1742 static bool isHomogeneousAggregate(const Type *T, unsigned &NumElts,
1743                                    const Type *&EltTy) {
1744   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1745     NumElts = AT->getNumElements();
1746     EltTy = (NumElts == 0 ? 0 : AT->getElementType());
1747     return true;
1748   }
1749   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1750     NumElts = ST->getNumContainedTypes();
1751     EltTy = (NumElts == 0 ? 0 : ST->getContainedType(0));
1752     for (unsigned n = 1; n < NumElts; ++n) {
1753       if (ST->getContainedType(n) != EltTy)
1754         return false;
1755     }
1756     return true;
1757   }
1758   return false;
1759 }
1760
1761 /// isCompatibleAggregate - Check if T1 and T2 are either the same type or are
1762 /// "homogeneous" aggregates with the same element type and number of elements.
1763 static bool isCompatibleAggregate(const Type *T1, const Type *T2) {
1764   if (T1 == T2)
1765     return true;
1766
1767   unsigned NumElts1, NumElts2;
1768   const Type *EltTy1, *EltTy2;
1769   if (isHomogeneousAggregate(T1, NumElts1, EltTy1) &&
1770       isHomogeneousAggregate(T2, NumElts2, EltTy2) &&
1771       NumElts1 == NumElts2 &&
1772       EltTy1 == EltTy2)
1773     return true;
1774
1775   return false;
1776 }
1777
1778 /// isSafeMemAccess - Check if a load/store/memcpy operates on the entire AI
1779 /// alloca or has an offset and size that corresponds to a component element
1780 /// within it.  The offset checked here may have been formed from a GEP with a
1781 /// pointer bitcasted to a different type.
1782 ///
1783 /// If AllowWholeAccess is true, then this allows uses of the entire alloca as a
1784 /// unit.  If false, it only allows accesses known to be in a single element.
1785 void SROA::isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
1786                            const Type *MemOpType, bool isStore,
1787                            AllocaInfo &Info, Instruction *TheAccess,
1788                            bool AllowWholeAccess) {
1789   // Check if this is a load/store of the entire alloca.
1790   if (Offset == 0 && AllowWholeAccess &&
1791       MemSize == TD->getTypeAllocSize(Info.AI->getAllocatedType())) {
1792     // This can be safe for MemIntrinsics (where MemOpType is 0) and integer
1793     // loads/stores (which are essentially the same as the MemIntrinsics with
1794     // regard to copying padding between elements).  But, if an alloca is
1795     // flagged as both a source and destination of such operations, we'll need
1796     // to check later for padding between elements.
1797     if (!MemOpType || MemOpType->isIntegerTy()) {
1798       if (isStore)
1799         Info.isMemCpyDst = true;
1800       else
1801         Info.isMemCpySrc = true;
1802       return;
1803     }
1804     // This is also safe for references using a type that is compatible with
1805     // the type of the alloca, so that loads/stores can be rewritten using
1806     // insertvalue/extractvalue.
1807     if (isCompatibleAggregate(MemOpType, Info.AI->getAllocatedType())) {
1808       Info.hasSubelementAccess = true;
1809       return;
1810     }
1811   }
1812   // Check if the offset/size correspond to a component within the alloca type.
1813   const Type *T = Info.AI->getAllocatedType();
1814   if (TypeHasComponent(T, Offset, MemSize)) {
1815     Info.hasSubelementAccess = true;
1816     return;
1817   }
1818
1819   return MarkUnsafe(Info, TheAccess);
1820 }
1821
1822 /// TypeHasComponent - Return true if T has a component type with the
1823 /// specified offset and size.  If Size is zero, do not check the size.
1824 bool SROA::TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
1825   const Type *EltTy;
1826   uint64_t EltSize;
1827   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1828     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1829     unsigned EltIdx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1830     EltTy = ST->getContainedType(EltIdx);
1831     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1832     Offset -= Layout->getElementOffset(EltIdx);
1833   } else if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1834     EltTy = AT->getElementType();
1835     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1836     if (Offset >= AT->getNumElements() * EltSize)
1837       return false;
1838     Offset %= EltSize;
1839   } else {
1840     return false;
1841   }
1842   if (Offset == 0 && (Size == 0 || EltSize == Size))
1843     return true;
1844   // Check if the component spans multiple elements.
1845   if (Offset + Size > EltSize)
1846     return false;
1847   return TypeHasComponent(EltTy, Offset, Size);
1848 }
1849
1850 /// RewriteForScalarRepl - Alloca AI is being split into NewElts, so rewrite
1851 /// the instruction I, which references it, to use the separate elements.
1852 /// Offset indicates the position within AI that is referenced by this
1853 /// instruction.
1854 void SROA::RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1855                                 SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1856   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E;) {
1857     Use &TheUse = UI.getUse();
1858     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1859
1860     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1861       RewriteBitCast(BC, AI, Offset, NewElts);
1862       continue;
1863     }
1864     
1865     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1866       RewriteGEP(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1867       continue;
1868     }
1869     
1870     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1871       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1872       uint64_t MemSize = Length->getZExtValue();
1873       if (Offset == 0 &&
1874           MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()))
1875         RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, I, AI, NewElts);
1876       // Otherwise the intrinsic can only touch a single element and the
1877       // address operand will be updated, so nothing else needs to be done.
1878       continue;
1879     }
1880     
1881     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1882       const Type *LIType = LI->getType();
1883       
1884       if (isCompatibleAggregate(LIType, AI->getAllocatedType())) {
1885         // Replace:
1886         //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
1887         // with:
1888         //   %load.0 = load i32* %alloc.0
1889         //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
1890         //   %load.1 = load i32* %alloc.1
1891         //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
1892         // (Also works for arrays instead of structs)
1893         Value *Insert = UndefValue::get(LIType);
1894         IRBuilder<> Builder(LI);
1895         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1896           Value *Load = Builder.CreateLoad(NewElts[i], "load");
1897           Insert = Builder.CreateInsertValue(Insert, Load, i, "insert");
1898         }
1899         LI->replaceAllUsesWith(Insert);
1900         DeadInsts.push_back(LI);
1901       } else if (LIType->isIntegerTy() &&
1902                  TD->getTypeAllocSize(LIType) ==
1903                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1904         // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
1905         RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
1906       }
1907       continue;
1908     }
1909     
1910     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1911       Value *Val = SI->getOperand(0);
1912       const Type *SIType = Val->getType();
1913       if (isCompatibleAggregate(SIType, AI->getAllocatedType())) {
1914         // Replace:
1915         //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
1916         // with:
1917         //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
1918         //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
1919         //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
1920         //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
1921         // (Also works for arrays instead of structs)
1922         IRBuilder<> Builder(SI);
1923         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1924           Value *Extract = Builder.CreateExtractValue(Val, i, Val->getName());
1925           Builder.CreateStore(Extract, NewElts[i]);
1926         }
1927         DeadInsts.push_back(SI);
1928       } else if (SIType->isIntegerTy() &&
1929                  TD->getTypeAllocSize(SIType) ==
1930                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1931         // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
1932         RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
1933       }
1934       continue;
1935     }
1936     
1937     if (isa<SelectInst>(User) || isa<PHINode>(User)) {
1938       // If we have a PHI user of the alloca itself (as opposed to a GEP or 
1939       // bitcast) we have to rewrite it.  GEP and bitcast uses will be RAUW'd to
1940       // the new pointer.
1941       if (!isa<AllocaInst>(I)) continue;
1942       
1943       assert(Offset == 0 && NewElts[0] &&
1944              "Direct alloca use should have a zero offset");
1945       
1946       // If we have a use of the alloca, we know the derived uses will be
1947       // utilizing just the first element of the scalarized result.  Insert a
1948       // bitcast of the first alloca before the user as required.
1949       AllocaInst *NewAI = NewElts[0];
1950       BitCastInst *BCI = new BitCastInst(NewAI, AI->getType(), "", NewAI);
1951       NewAI->moveBefore(BCI);
1952       TheUse = BCI;
1953       continue;
1954     }
1955   }
1956 }
1957
1958 /// RewriteBitCast - Update a bitcast reference to the alloca being replaced
1959 /// and recursively continue updating all of its uses.
1960 void SROA::RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1961                           SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1962   RewriteForScalarRepl(BC, AI, Offset, NewElts);
1963   if (BC->getOperand(0) != AI)
1964     return;
1965
1966   // The bitcast references the original alloca.  Replace its uses with
1967   // references to the first new element alloca.
1968   Instruction *Val = NewElts[0];
1969   if (Val->getType() != BC->getDestTy()) {
1970     Val = new BitCastInst(Val, BC->getDestTy(), "", BC);
1971     Val->takeName(BC);
1972   }
1973   BC->replaceAllUsesWith(Val);
1974   DeadInsts.push_back(BC);
1975 }
1976
1977 /// FindElementAndOffset - Return the index of the element containing Offset
1978 /// within the specified type, which must be either a struct or an array.
1979 /// Sets T to the type of the element and Offset to the offset within that
1980 /// element.  IdxTy is set to the type of the index result to be used in a
1981 /// GEP instruction.
1982 uint64_t SROA::FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
1983                                     const Type *&IdxTy) {
1984   uint64_t Idx = 0;
1985   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1986     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1987     Idx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1988     T = ST->getContainedType(Idx);
1989     Offset -= Layout->getElementOffset(Idx);
1990     IdxTy = Type::getInt32Ty(T->getContext());
1991     return Idx;
1992   }
1993   const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(T);
1994   T = AT->getElementType();
1995   uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(T);
1996   Idx = Offset / EltSize;
1997   Offset -= Idx * EltSize;
1998   IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
1999   return Idx;
2000 }
2001
2002 /// RewriteGEP - Check if this GEP instruction moves the pointer across
2003 /// elements of the alloca that are being split apart, and if so, rewrite
2004 /// the GEP to be relative to the new element.
2005 void SROA::RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
2006                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2007   uint64_t OldOffset = Offset;
2008   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
2009   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
2010                                  &Indices[0], Indices.size());
2011
2012   RewriteForScalarRepl(GEPI, AI, Offset, NewElts);
2013
2014   const Type *T = AI->getAllocatedType();
2015   const Type *IdxTy;
2016   uint64_t OldIdx = FindElementAndOffset(T, OldOffset, IdxTy);
2017   if (GEPI->getOperand(0) == AI)
2018     OldIdx = ~0ULL; // Force the GEP to be rewritten.
2019
2020   T = AI->getAllocatedType();
2021   uint64_t EltOffset = Offset;
2022   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
2023
2024   // If this GEP does not move the pointer across elements of the alloca
2025   // being split, then it does not needs to be rewritten.
2026   if (Idx == OldIdx)
2027     return;
2028
2029   const Type *i32Ty = Type::getInt32Ty(AI->getContext());
2030   SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
2031   NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
2032   while (EltOffset != 0) {
2033     uint64_t EltIdx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
2034     NewArgs.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, EltIdx));
2035   }
2036   Instruction *Val = NewElts[Idx];
2037   if (NewArgs.size() > 1) {
2038     Val = GetElementPtrInst::CreateInBounds(Val, NewArgs.begin(),
2039                                             NewArgs.end(), "", GEPI);
2040     Val->takeName(GEPI);
2041   }
2042   if (Val->getType() != GEPI->getType())
2043     Val = new BitCastInst(Val, GEPI->getType(), Val->getName(), GEPI);
2044   GEPI->replaceAllUsesWith(Val);
2045   DeadInsts.push_back(GEPI);
2046 }
2047
2048 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
2049 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
2050 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
2051                                         AllocaInst *AI,
2052                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2053   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
2054   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
2055   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
2056   // memset, this Value* stays null.
2057   Value *OtherPtr = 0;
2058   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
2059   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
2060     if (Inst == MTI->getRawDest())
2061       OtherPtr = MTI->getRawSource();
2062     else {
2063       assert(Inst == MTI->getRawSource());
2064       OtherPtr = MTI->getRawDest();
2065     }
2066   }
2067
2068   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
2069   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
2070   if (OtherPtr) {
2071     unsigned AddrSpace =
2072       cast<PointerType>(OtherPtr->getType())->getAddressSpace();
2073
2074     // Remove bitcasts and all-zero GEPs from OtherPtr.  This is an
2075     // optimization, but it's also required to detect the corner case where
2076     // both pointer operands are referencing the same memory, and where
2077     // OtherPtr may be a bitcast or GEP that currently being rewritten.  (This
2078     // function is only called for mem intrinsics that access the whole
2079     // aggregate, so non-zero GEPs are not an issue here.)
2080     OtherPtr = OtherPtr->stripPointerCasts();
2081
2082     // Copying the alloca to itself is a no-op: just delete it.
2083     if (OtherPtr == AI || OtherPtr == NewElts[0]) {
2084       // This code will run twice for a no-op memcpy -- once for each operand.
2085       // Put only one reference to MI on the DeadInsts list.
2086       for (SmallVector<Value*, 32>::const_iterator I = DeadInsts.begin(),
2087              E = DeadInsts.end(); I != E; ++I)
2088         if (*I == MI) return;
2089       DeadInsts.push_back(MI);
2090       return;
2091     }
2092
2093     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
2094     // type.
2095     const Type *NewTy =
2096       PointerType::get(AI->getType()->getElementType(), AddrSpace);
2097
2098     if (OtherPtr->getType() != NewTy)
2099       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, NewTy, OtherPtr->getName(), MI);
2100   }
2101
2102   // Process each element of the aggregate.
2103   bool SROADest = MI->getRawDest() == Inst;
2104
2105   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(MI->getContext()));
2106
2107   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2108     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
2109     Value *OtherElt = 0;
2110     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
2111
2112     if (OtherPtr) {
2113       Value *Idx[2] = { Zero,
2114                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), i) };
2115       OtherElt = GetElementPtrInst::CreateInBounds(OtherPtr, Idx, Idx + 2,
2116                                               OtherPtr->getName()+"."+Twine(i),
2117                                                    MI);
2118       uint64_t EltOffset;
2119       const PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
2120       const Type *OtherTy = OtherPtrTy->getElementType();
2121       if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(OtherTy)) {
2122         EltOffset = TD->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
2123       } else {
2124         const Type *EltTy = cast<SequentialType>(OtherTy)->getElementType();
2125         EltOffset = TD->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
2126       }
2127
2128       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
2129       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
2130       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
2131       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
2132       // known alignment is just 4 bytes.
2133       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
2134     }
2135
2136     Value *EltPtr = NewElts[i];
2137     const Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
2138
2139     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
2140     if (EltTy->isSingleValueType()) {
2141       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
2142         if (SROADest) {
2143           // From Other to Alloca.
2144           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
2145           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
2146         } else {
2147           // From Alloca to Other.
2148           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
2149           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
2150         }
2151         continue;
2152       }
2153       assert(isa<MemSetInst>(MI));
2154
2155       // If the stored element is zero (common case), just store a null
2156       // constant.
2157       Constant *StoreVal;
2158       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getArgOperand(1))) {
2159         if (CI->isZero()) {
2160           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
2161         } else {
2162           // If EltTy is a vector type, get the element type.
2163           const Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
2164
2165           // Construct an integer with the right value.
2166           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
2167           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
2168           APInt TotalVal(OneVal);
2169           // Set each byte.
2170           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
2171             TotalVal = TotalVal.shl(8);
2172             TotalVal |= OneVal;
2173           }
2174
2175           // Convert the integer value to the appropriate type.
2176           StoreVal = ConstantInt::get(CI->getContext(), TotalVal);
2177           if (ValTy->isPointerTy())
2178             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
2179           else if (ValTy->isFloatingPointTy())
2180             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
2181           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
2182
2183           // If the requested value was a vector constant, create it.
2184           if (EltTy != ValTy) {
2185             unsigned NumElts = cast<VectorType>(ValTy)->getNumElements();
2186             SmallVector<Constant*, 16> Elts(NumElts, StoreVal);
2187             StoreVal = ConstantVector::get(Elts);
2188           }
2189         }
2190         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
2191         continue;
2192       }
2193       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
2194       // this element.
2195     }
2196
2197     unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
2198
2199     IRBuilder<> Builder(MI);
2200
2201     // Finally, insert the meminst for this element.
2202     if (isa<MemSetInst>(MI)) {
2203       Builder.CreateMemSet(EltPtr, MI->getArgOperand(1), EltSize,
2204                            MI->isVolatile());
2205     } else {
2206       assert(isa<MemTransferInst>(MI));
2207       Value *Dst = SROADest ? EltPtr : OtherElt;  // Dest ptr
2208       Value *Src = SROADest ? OtherElt : EltPtr;  // Src ptr
2209
2210       if (isa<MemCpyInst>(MI))
2211         Builder.CreateMemCpy(Dst, Src, EltSize, OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2212       else
2213         Builder.CreateMemMove(Dst, Src, EltSize,OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2214     }
2215   }
2216   DeadInsts.push_back(MI);
2217 }
2218
2219 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found a store of an integer that
2220 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
2221 /// integer and store them individually.
2222 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
2223                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
2224   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
2225   // and store the element value to the individual alloca.
2226   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
2227   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2228   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2229
2230   IRBuilder<> Builder(SI);
2231   
2232   // Handle tail padding by extending the operand
2233   if (TD->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
2234     SrcVal = Builder.CreateZExt(SrcVal,
2235                             IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits));
2236
2237   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
2238                << '\n');
2239
2240   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2241   // have different ways to compute the element offset.
2242   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2243     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
2244
2245     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2246       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
2247       const Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
2248       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2249
2250       if (TD->isBigEndian())
2251         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
2252
2253       Value *EltVal = SrcVal;
2254       if (Shift) {
2255         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2256         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2257       }
2258
2259       // Truncate down to an integer of the right size.
2260       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2261
2262       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2263       if (FieldSizeBits == 0) continue;
2264
2265       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
2266         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2267                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits));
2268       Value *DestField = NewElts[i];
2269       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
2270         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2271       } else if (FieldTy->isFloatingPointTy() || FieldTy->isVectorTy()) {
2272         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2273         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, FieldTy);
2274       } else {
2275         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2276         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2277                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2278       }
2279       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2280     }
2281
2282   } else {
2283     const ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
2284     const Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
2285     uint64_t ElementOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2286     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
2287
2288     uint64_t Shift;
2289
2290     if (TD->isBigEndian())
2291       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
2292     else
2293       Shift = 0;
2294
2295     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2296       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2297       if (ElementSizeBits == 0) continue;
2298
2299       Value *EltVal = SrcVal;
2300       if (Shift) {
2301         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2302         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2303       }
2304
2305       // Truncate down to an integer of the right size.
2306       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
2307         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2308                                      IntegerType::get(SI->getContext(),
2309                                                       ElementSizeBits));
2310       Value *DestField = NewElts[i];
2311       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
2312         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2313       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPointTy() ||
2314                  ArrayEltTy->isVectorTy()) {
2315         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2316         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, ArrayEltTy);
2317       } else {
2318         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2319         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2320                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2321       }
2322       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2323
2324       if (TD->isBigEndian())
2325         Shift -= ElementOffset;
2326       else
2327         Shift += ElementOffset;
2328     }
2329   }
2330
2331   DeadInsts.push_back(SI);
2332 }
2333
2334 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found a load of the entire allocation to
2335 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
2336 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
2337                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2338   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
2339   // and form the result value.
2340   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2341   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2342
2343   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
2344                << '\n');
2345
2346   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2347   // have different ways to compute the element offset.
2348   const StructLayout *Layout = 0;
2349   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
2350   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2351     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
2352   } else {
2353     const Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
2354     ArrayEltBitOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2355   }
2356
2357   Value *ResultVal =
2358     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
2359
2360   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2361     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
2362     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
2363     Value *SrcField = NewElts[i];
2364     const Type *FieldTy =
2365       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
2366     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2367
2368     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2369     if (FieldSizeBits == 0) continue;
2370
2371     const IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(),
2372                                                      FieldSizeBits);
2373     if (!FieldTy->isIntegerTy() && !FieldTy->isFloatingPointTy() &&
2374         !FieldTy->isVectorTy())
2375       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
2376                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
2377                                  "", LI);
2378     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
2379
2380     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
2381     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
2382     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
2383       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
2384
2385     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
2386     // we can shift and insert it.
2387     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
2388       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
2389
2390     // Determine the number of bits to shift SrcField.
2391     uint64_t Shift;
2392     if (Layout) // Struct case.
2393       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2394     else  // Array case.
2395       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
2396
2397     if (TD->isBigEndian())
2398       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
2399
2400     if (Shift) {
2401       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
2402       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
2403     }
2404
2405     // Don't create an 'or x, 0' on the first iteration.
2406     if (!isa<Constant>(ResultVal) ||
2407         !cast<Constant>(ResultVal)->isNullValue())
2408       ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
2409     else
2410       ResultVal = SrcField;
2411   }
2412
2413   // Handle tail padding by truncating the result
2414   if (TD->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
2415     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
2416
2417   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
2418   DeadInsts.push_back(LI);
2419 }
2420
2421 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
2422 /// alignment padding in between the elements that would be split apart
2423 /// by SROA; return false otherwise.
2424 static bool HasPadding(const Type *Ty, const TargetData &TD) {
2425   if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2426     Ty = ATy->getElementType();
2427     return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
2428   }
2429
2430   // SROA currently handles only Arrays and Structs.
2431   const StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
2432   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
2433   unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
2434   for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2435     unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
2436
2437     // Check to see if there is any padding between this element and the
2438     // previous one.
2439     if (i) {
2440       unsigned PrevFieldEnd =
2441         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
2442       if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
2443         return true;
2444     }
2445     PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
2446   }
2447   // Check for tail padding.
2448   if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
2449     unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
2450       TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
2451     if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
2452       return true;
2453   }
2454   return false;
2455 }
2456
2457 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
2458 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
2459 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
2460 bool SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI) {
2461   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
2462   // the users are safe to transform.
2463   AllocaInfo Info(AI);
2464
2465   isSafeForScalarRepl(AI, 0, Info);
2466   if (Info.isUnsafe) {
2467     DEBUG(dbgs() << "Cannot transform: " << *AI << '\n');
2468     return false;
2469   }
2470
2471   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
2472   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
2473   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
2474   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
2475   // struct.
2476   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
2477       HasPadding(AI->getAllocatedType(), *TD))
2478     return false;
2479
2480   // If the alloca never has an access to just *part* of it, but is accessed
2481   // via loads and stores, then we should use ConvertToScalarInfo to promote
2482   // the alloca instead of promoting each piece at a time and inserting fission
2483   // and fusion code.
2484   if (!Info.hasSubelementAccess && Info.hasALoadOrStore) {
2485     // If the struct/array just has one element, use basic SRoA.
2486     if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
2487       if (ST->getNumElements() > 1) return false;
2488     } else {
2489       if (cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType())->getNumElements() > 1)
2490         return false;
2491     }
2492   }
2493   
2494   return true;
2495 }
2496
2497
2498
2499 /// PointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
2500 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
2501 /// constant expressions because we don't can't rewrite arbitrary instructions.
2502 static bool PointsToConstantGlobal(Value *V) {
2503   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
2504     return GV->isConstant();
2505   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
2506     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
2507         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
2508       return PointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
2509   return false;
2510 }
2511
2512 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
2513 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
2514 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
2515 /// track of whether it moves the pointer (with isOffset) but otherwise traverse
2516 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
2517 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant global, we
2518 /// can optimize this.
2519 static bool
2520 isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, MemTransferInst *&TheCopy,
2521                                bool isOffset,
2522                                SmallVector<Instruction *, 4> &LifetimeMarkers) {
2523   // We track lifetime intrinsics as we encounter them.  If we decide to go
2524   // ahead and replace the value with the global, this lets the caller quickly
2525   // eliminate the markers.
2526
2527   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
2528     User *U = cast<Instruction>(*UI);
2529
2530     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
2531       // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
2532       if (LI->isVolatile()) return false;
2533       continue;
2534     }
2535
2536     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
2537       // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
2538       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(BCI, TheCopy, isOffset,
2539                                           LifetimeMarkers))
2540         return false;
2541       continue;
2542     }
2543     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
2544       // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer.  If it
2545       // doesn't, it does.
2546       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(GEP, TheCopy,
2547                                           isOffset || !GEP->hasAllZeroIndices(),
2548                                           LifetimeMarkers))
2549         return false;
2550       continue;
2551     }
2552
2553     if (CallSite CS = U) {
2554       // If this is the function being called then we treat it like a load and
2555       // ignore it.
2556       if (CS.isCallee(UI))
2557         continue;
2558
2559       // If this is a readonly/readnone call site, then we know it is just a
2560       // load (but one that potentially returns the value itself), so we can
2561       // ignore it if we know that the value isn't captured.
2562       unsigned ArgNo = CS.getArgumentNo(UI);
2563       if (CS.onlyReadsMemory() &&
2564           (CS.getInstruction()->use_empty() ||
2565            CS.paramHasAttr(ArgNo+1, Attribute::NoCapture)))
2566         continue;
2567
2568       // If this is being passed as a byval argument, the caller is making a
2569       // copy, so it is only a read of the alloca.
2570       if (CS.paramHasAttr(ArgNo+1, Attribute::ByVal))
2571         continue;
2572     }
2573
2574     // Lifetime intrinsics can be handled by the caller.
2575     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U)) {
2576       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2577           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
2578         assert(II->use_empty() && "Lifetime markers have no result to use!");
2579         LifetimeMarkers.push_back(II);
2580         continue;
2581       }
2582     }
2583
2584     // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
2585     // handle.
2586     MemTransferInst *MI = dyn_cast<MemTransferInst>(U);
2587     if (MI == 0)
2588       return false;
2589
2590     // If the transfer is using the alloca as a source of the transfer, then
2591     // ignore it since it is a load (unless the transfer is volatile).
2592     if (UI.getOperandNo() == 1) {
2593       if (MI->isVolatile()) return false;
2594       continue;
2595     }
2596
2597     // If we already have seen a copy, reject the second one.
2598     if (TheCopy) return false;
2599
2600     // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
2601     // safely handle this.
2602     if (isOffset) return false;
2603
2604     // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
2605     if (UI.getOperandNo() != 0) return false;
2606
2607     // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
2608     if (!PointsToConstantGlobal(MI->getSource()))
2609       return false;
2610
2611     // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
2612     TheCopy = MI;
2613   }
2614   return true;
2615 }
2616
2617 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
2618 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
2619 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
2620 MemTransferInst *
2621 SROA::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI,
2622                                      SmallVector<Instruction*, 4> &ToDelete) {
2623   MemTransferInst *TheCopy = 0;
2624   if (::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, false, ToDelete))
2625     return TheCopy;
2626   return 0;
2627 }