Clean whitespaces.
[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 they
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/DIBuilder.h"
26 #include "llvm/DebugInfo.h"
27 #include "llvm/DerivedTypes.h"
28 #include "llvm/Function.h"
29 #include "llvm/GlobalVariable.h"
30 #include "llvm/IRBuilder.h"
31 #include "llvm/Instructions.h"
32 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
33 #include "llvm/LLVMContext.h"
34 #include "llvm/Module.h"
35 #include "llvm/Operator.h"
36 #include "llvm/Pass.h"
37 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
38 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
39 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
40 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
41 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
42 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
43 #include "llvm/Support/CallSite.h"
44 #include "llvm/Support/Debug.h"
45 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
46 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
47 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
48 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
49 #include "llvm/Target/TargetData.h"
50 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
51 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
52 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
53 using namespace llvm;
54
55 STATISTIC(NumReplaced,  "Number of allocas broken up");
56 STATISTIC(NumPromoted,  "Number of allocas promoted");
57 STATISTIC(NumAdjusted,  "Number of scalar allocas adjusted to allow promotion");
58 STATISTIC(NumConverted, "Number of aggregates converted to scalar");
59 STATISTIC(NumGlobals,   "Number of allocas copied from constant global");
60
61 namespace {
62   struct SROA : public FunctionPass {
63     SROA(int T, bool hasDT, char &ID, int ST, int AT, int SLT)
64       : FunctionPass(ID), HasDomTree(hasDT) {
65       if (T == -1)
66         SRThreshold = 128;
67       else
68         SRThreshold = T;
69       if (ST == -1)
70         StructMemberThreshold = 32;
71       else
72         StructMemberThreshold = ST;
73       if (AT == -1)
74         ArrayElementThreshold = 8;
75       else
76         ArrayElementThreshold = AT;
77       if (SLT == -1)
78         // Do not limit the scalar integer load size if no threshold is given.
79         ScalarLoadThreshold = -1;
80       else
81         ScalarLoadThreshold = SLT;
82     }
83
84     bool runOnFunction(Function &F);
85
86     bool performScalarRepl(Function &F);
87     bool performPromotion(Function &F);
88
89   private:
90     bool HasDomTree;
91     TargetData *TD;
92
93     /// DeadInsts - Keep track of instructions we have made dead, so that
94     /// we can remove them after we are done working.
95     SmallVector<Value*, 32> DeadInsts;
96
97     /// AllocaInfo - When analyzing uses of an alloca instruction, this captures
98     /// information about the uses.  All these fields are initialized to false
99     /// and set to true when something is learned.
100     struct AllocaInfo {
101       /// The alloca to promote.
102       AllocaInst *AI;
103
104       /// CheckedPHIs - This is a set of verified PHI nodes, to prevent infinite
105       /// looping and avoid redundant work.
106       SmallPtrSet<PHINode*, 8> CheckedPHIs;
107
108       /// isUnsafe - This is set to true if the alloca cannot be SROA'd.
109       bool isUnsafe : 1;
110
111       /// isMemCpySrc - This is true if this aggregate is memcpy'd from.
112       bool isMemCpySrc : 1;
113
114       /// isMemCpyDst - This is true if this aggregate is memcpy'd into.
115       bool isMemCpyDst : 1;
116
117       /// hasSubelementAccess - This is true if a subelement of the alloca is
118       /// ever accessed, or false if the alloca is only accessed with mem
119       /// intrinsics or load/store that only access the entire alloca at once.
120       bool hasSubelementAccess : 1;
121
122       /// hasALoadOrStore - This is true if there are any loads or stores to it.
123       /// The alloca may just be accessed with memcpy, for example, which would
124       /// not set this.
125       bool hasALoadOrStore : 1;
126
127       explicit AllocaInfo(AllocaInst *ai)
128         : AI(ai), isUnsafe(false), isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false),
129           hasSubelementAccess(false), hasALoadOrStore(false) {}
130     };
131
132     /// SRThreshold - The maximum alloca size to considered for SROA.
133     unsigned SRThreshold;
134
135     /// StructMemberThreshold - The maximum number of members a struct can
136     /// contain to be considered for SROA.
137     unsigned StructMemberThreshold;
138
139     /// ArrayElementThreshold - The maximum number of elements an array can
140     /// have to be considered for SROA.
141     unsigned ArrayElementThreshold;
142
143     /// ScalarLoadThreshold - The maximum size in bits of scalars to load when
144     /// converting to scalar
145     unsigned ScalarLoadThreshold;
146
147     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I, Instruction *User) {
148       I.isUnsafe = true;
149       DEBUG(dbgs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
150     }
151
152     bool isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI);
153
154     void isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset, AllocaInfo &Info);
155     void isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *User, uint64_t Offset,
156                                          AllocaInfo &Info);
157     void isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info);
158     void isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
159                          Type *MemOpType, bool isStore, AllocaInfo &Info,
160                          Instruction *TheAccess, bool AllowWholeAccess);
161     bool TypeHasComponent(Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size);
162     uint64_t FindElementAndOffset(Type *&T, uint64_t &Offset,
163                                   Type *&IdxTy);
164
165     void DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
166                              std::vector<AllocaInst*> &WorkList);
167     void DeleteDeadInstructions();
168
169     void RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
170                               SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
171     void RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
172                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
173     void RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
174                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
175     void RewriteLifetimeIntrinsic(IntrinsicInst *II, AllocaInst *AI,
176                                   uint64_t Offset,
177                                   SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
178     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
179                                       AllocaInst *AI,
180                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
181     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
182                                        SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
183     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
184                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
185     bool ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI);
186
187     static MemTransferInst *isOnlyCopiedFromConstantGlobal(
188         AllocaInst *AI, SmallVector<Instruction*, 4> &ToDelete);
189   };
190
191   // SROA_DT - SROA that uses DominatorTree.
192   struct SROA_DT : public SROA {
193     static char ID;
194   public:
195     SROA_DT(int T = -1, int ST = -1, int AT = -1, int SLT = -1) :
196         SROA(T, true, ID, ST, AT, SLT) {
197       initializeSROA_DTPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
198     }
199
200     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
201     // will not alter the CFG, so say so.
202     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
203       AU.addRequired<DominatorTree>();
204       AU.setPreservesCFG();
205     }
206   };
207
208   // SROA_SSAUp - SROA that uses SSAUpdater.
209   struct SROA_SSAUp : public SROA {
210     static char ID;
211   public:
212     SROA_SSAUp(int T = -1, int ST = -1, int AT = -1, int SLT = -1) :
213         SROA(T, false, ID, ST, AT, SLT) {
214       initializeSROA_SSAUpPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
215     }
216
217     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
218     // will not alter the CFG, so say so.
219     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
220       AU.setPreservesCFG();
221     }
222   };
223
224 }
225
226 char SROA_DT::ID = 0;
227 char SROA_SSAUp::ID = 0;
228
229 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_DT, "scalarrepl",
230                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
231 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
232 INITIALIZE_PASS_END(SROA_DT, "scalarrepl",
233                 "Scalar Replacement of Aggregates (DT)", false, false)
234
235 INITIALIZE_PASS_BEGIN(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
236                       "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
237 INITIALIZE_PASS_END(SROA_SSAUp, "scalarrepl-ssa",
238                     "Scalar Replacement of Aggregates (SSAUp)", false, false)
239
240 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
241 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(int Threshold,
242                                                    bool UseDomTree,
243                                                    int StructMemberThreshold,
244                                                    int ArrayElementThreshold,
245                                                    int ScalarLoadThreshold) {
246   if (UseDomTree)
247     return new SROA_DT(Threshold, StructMemberThreshold, ArrayElementThreshold,
248                        ScalarLoadThreshold);
249   return new SROA_SSAUp(Threshold, StructMemberThreshold,
250                         ArrayElementThreshold, ScalarLoadThreshold);
251 }
252
253
254 //===----------------------------------------------------------------------===//
255 // Convert To Scalar Optimization.
256 //===----------------------------------------------------------------------===//
257
258 namespace {
259 /// ConvertToScalarInfo - This class implements the "Convert To Scalar"
260 /// optimization, which scans the uses of an alloca and determines if it can
261 /// rewrite it in terms of a single new alloca that can be mem2reg'd.
262 class ConvertToScalarInfo {
263   /// AllocaSize - The size of the alloca being considered in bytes.
264   unsigned AllocaSize;
265   const TargetData &TD;
266   unsigned ScalarLoadThreshold;
267
268   /// IsNotTrivial - This is set to true if there is some access to the object
269   /// which means that mem2reg can't promote it.
270   bool IsNotTrivial;
271
272   /// ScalarKind - Tracks the kind of alloca being considered for promotion,
273   /// computed based on the uses of the alloca rather than the LLVM type system.
274   enum {
275     Unknown,
276
277     // Accesses via GEPs that are consistent with element access of a vector
278     // type. This will not be converted into a vector unless there is a later
279     // access using an actual vector type.
280     ImplicitVector,
281
282     // Accesses via vector operations and GEPs that are consistent with the
283     // layout of a vector type.
284     Vector,
285
286     // An integer bag-of-bits with bitwise operations for insertion and
287     // extraction. Any combination of types can be converted into this kind
288     // of scalar.
289     Integer
290   } ScalarKind;
291
292   /// VectorTy - This tracks the type that we should promote the vector to if
293   /// it is possible to turn it into a vector.  This starts out null, and if it
294   /// isn't possible to turn into a vector type, it gets set to VoidTy.
295   VectorType *VectorTy;
296
297   /// HadNonMemTransferAccess - True if there is at least one access to the
298   /// alloca that is not a MemTransferInst.  We don't want to turn structs into
299   /// large integers unless there is some potential for optimization.
300   bool HadNonMemTransferAccess;
301
302   /// HadDynamicAccess - True if some element of this alloca was dynamic.
303   /// We don't yet have support for turning a dynamic access into a large
304   /// integer.
305   bool HadDynamicAccess;
306
307 public:
308   explicit ConvertToScalarInfo(unsigned Size, const TargetData &td,
309                                unsigned SLT)
310     : AllocaSize(Size), TD(td), ScalarLoadThreshold(SLT), IsNotTrivial(false),
311     ScalarKind(Unknown), VectorTy(0), HadNonMemTransferAccess(false),
312     HadDynamicAccess(false) { }
313
314   AllocaInst *TryConvert(AllocaInst *AI);
315
316 private:
317   bool CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx);
318   void MergeInTypeForLoadOrStore(Type *In, uint64_t Offset);
319   bool MergeInVectorType(VectorType *VInTy, uint64_t Offset);
320   void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset,
321                            Value *NonConstantIdx);
322
323   Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, Type *ToType,
324                                     uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx,
325                                     IRBuilder<> &Builder);
326   Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
327                                    uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx,
328                                    IRBuilder<> &Builder);
329 };
330 } // end anonymous namespace.
331
332
333 /// TryConvert - Analyze the specified alloca, and if it is safe to do so,
334 /// rewrite it to be a new alloca which is mem2reg'able.  This returns the new
335 /// alloca if possible or null if not.
336 AllocaInst *ConvertToScalarInfo::TryConvert(AllocaInst *AI) {
337   // If we can't convert this scalar, or if mem2reg can trivially do it, bail
338   // out.
339   if (!CanConvertToScalar(AI, 0, 0) || !IsNotTrivial)
340     return 0;
341
342   // If an alloca has only memset / memcpy uses, it may still have an Unknown
343   // ScalarKind. Treat it as an Integer below.
344   if (ScalarKind == Unknown)
345     ScalarKind = Integer;
346
347   if (ScalarKind == Vector && VectorTy->getBitWidth() != AllocaSize * 8)
348     ScalarKind = Integer;
349
350   // If we were able to find a vector type that can handle this with
351   // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
352   // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
353   // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
354   // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
355   // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
356   Type *NewTy;
357   if (ScalarKind == Vector) {
358     assert(VectorTy && "Missing type for vector scalar.");
359     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "\n  TYPE = "
360           << *VectorTy << '\n');
361     NewTy = VectorTy;  // Use the vector type.
362   } else {
363     unsigned BitWidth = AllocaSize * 8;
364
365     // Do not convert to scalar integer if the alloca size exceeds the
366     // scalar load threshold.
367     if (BitWidth > ScalarLoadThreshold)
368       return 0;
369
370     if ((ScalarKind == ImplicitVector || ScalarKind == Integer) &&
371         !HadNonMemTransferAccess && !TD.fitsInLegalInteger(BitWidth))
372       return 0;
373     // Dynamic accesses on integers aren't yet supported.  They need us to shift
374     // by a dynamic amount which could be difficult to work out as we might not
375     // know whether to use a left or right shift.
376     if (ScalarKind == Integer && HadDynamicAccess)
377       return 0;
378
379     DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n");
380     // Create and insert the integer alloca.
381     NewTy = IntegerType::get(AI->getContext(), BitWidth);
382   }
383   AllocaInst *NewAI = new AllocaInst(NewTy, 0, "", AI->getParent()->begin());
384   ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0, 0);
385   return NewAI;
386 }
387
388 /// MergeInTypeForLoadOrStore - Add the 'In' type to the accumulated vector type
389 /// (VectorTy) so far at the offset specified by Offset (which is specified in
390 /// bytes).
391 ///
392 /// There are two cases we handle here:
393 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
394 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
395 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
396 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
397 ///   2) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
398 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
399 ///      and stores would mutate the memory.  We mark this by setting VectorTy
400 ///      to VoidTy.
401 void ConvertToScalarInfo::MergeInTypeForLoadOrStore(Type *In,
402                                                     uint64_t Offset) {
403   // If we already decided to turn this into a blob of integer memory, there is
404   // nothing to be done.
405   if (ScalarKind == Integer)
406     return;
407
408   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
409
410   // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
411   // matches the existing VecTy.
412   if (VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
413     if (MergeInVectorType(VInTy, Offset))
414       return;
415   } else if (In->isFloatTy() || In->isDoubleTy() ||
416              (In->isIntegerTy() && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
417               isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
418     // Full width accesses can be ignored, because they can always be turned
419     // into bitcasts.
420     unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
421     if (EltSize == AllocaSize)
422       return;
423
424     // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
425     // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
426     // compatible with it.
427     if (Offset % EltSize == 0 && AllocaSize % EltSize == 0 &&
428         (!VectorTy || EltSize == VectorTy->getElementType()
429                                          ->getPrimitiveSizeInBits()/8)) {
430       if (!VectorTy) {
431         ScalarKind = ImplicitVector;
432         VectorTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
433       }
434       return;
435     }
436   }
437
438   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
439   // form.  We can still turn this into a large integer.
440   ScalarKind = Integer;
441 }
442
443 /// MergeInVectorType - Handles the vector case of MergeInTypeForLoadOrStore,
444 /// returning true if the type was successfully merged and false otherwise.
445 bool ConvertToScalarInfo::MergeInVectorType(VectorType *VInTy,
446                                             uint64_t Offset) {
447   if (VInTy->getBitWidth()/8 == AllocaSize && Offset == 0) {
448     // If we're storing/loading a vector of the right size, allow it as a
449     // vector.  If this the first vector we see, remember the type so that
450     // we know the element size. If this is a subsequent access, ignore it
451     // even if it is a differing type but the same size. Worst case we can
452     // bitcast the resultant vectors.
453     if (!VectorTy)
454       VectorTy = VInTy;
455     ScalarKind = Vector;
456     return true;
457   }
458
459   return false;
460 }
461
462 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
463 /// its accesses to a single vector type, return true and set VecTy to
464 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
465 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
466 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
467 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
468 ///
469 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
470 /// SawVec flag.
471 bool ConvertToScalarInfo::CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset,
472                                              Value* NonConstantIdx) {
473   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
474     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
475
476     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
477       // Don't break volatile loads.
478       if (!LI->isSimple())
479         return false;
480       // Don't touch MMX operations.
481       if (LI->getType()->isX86_MMXTy())
482         return false;
483       HadNonMemTransferAccess = true;
484       MergeInTypeForLoadOrStore(LI->getType(), Offset);
485       continue;
486     }
487
488     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
489       // Storing the pointer, not into the value?
490       if (SI->getOperand(0) == V || !SI->isSimple()) return false;
491       // Don't touch MMX operations.
492       if (SI->getOperand(0)->getType()->isX86_MMXTy())
493         return false;
494       HadNonMemTransferAccess = true;
495       MergeInTypeForLoadOrStore(SI->getOperand(0)->getType(), Offset);
496       continue;
497     }
498
499     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
500       if (!onlyUsedByLifetimeMarkers(BCI))
501         IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
502       if (!CanConvertToScalar(BCI, Offset, NonConstantIdx))
503         return false;
504       continue;
505     }
506
507     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
508       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
509       PointerType* PtrTy = dyn_cast<PointerType>(GEP->getPointerOperandType());
510       if (!PtrTy)
511         return false;
512
513       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
514       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
515       Value *GEPNonConstantIdx = 0;
516       if (!GEP->hasAllConstantIndices()) {
517         if (!isa<VectorType>(PtrTy->getElementType()))
518           return false;
519         if (NonConstantIdx)
520           return false;
521         GEPNonConstantIdx = Indices.pop_back_val();
522         if (!GEPNonConstantIdx->getType()->isIntegerTy(32))
523           return false;
524         HadDynamicAccess = true;
525       } else
526         GEPNonConstantIdx = NonConstantIdx;
527       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(PtrTy,
528                                                Indices);
529       // See if all uses can be converted.
530       if (!CanConvertToScalar(GEP, Offset+GEPOffset, GEPNonConstantIdx))
531         return false;
532       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
533       HadNonMemTransferAccess = true;
534       continue;
535     }
536
537     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
538     // handle it.
539     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
540       // Store to dynamic index.
541       if (NonConstantIdx)
542         return false;
543       // Store of constant value.
544       if (!isa<ConstantInt>(MSI->getValue()))
545         return false;
546
547       // Store of constant size.
548       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MSI->getLength());
549       if (!Len)
550         return false;
551
552       // If the size differs from the alloca, we can only convert the alloca to
553       // an integer bag-of-bits.
554       // FIXME: This should handle all of the cases that are currently accepted
555       // as vector element insertions.
556       if (Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
557         ScalarKind = Integer;
558
559       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
560       HadNonMemTransferAccess = true;
561       continue;
562     }
563
564     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
565     // can handle it like a load or store of the scalar type.
566     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
567       // Store to dynamic index.
568       if (NonConstantIdx)
569         return false;
570       ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength());
571       if (Len == 0 || Len->getZExtValue() != AllocaSize || Offset != 0)
572         return false;
573
574       IsNotTrivial = true;  // Can't be mem2reg'd.
575       continue;
576     }
577
578     // If this is a lifetime intrinsic, we can handle it.
579     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
580       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
581           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
582         continue;
583       }
584     }
585
586     // Otherwise, we cannot handle this!
587     return false;
588   }
589
590   return true;
591 }
592
593 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
594 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
595 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
596 /// vector with insert/extractelement instructions.
597 ///
598 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
599 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
600 void ConvertToScalarInfo::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI,
601                                               uint64_t Offset,
602                                               Value* NonConstantIdx) {
603   while (!Ptr->use_empty()) {
604     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
605
606     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
607       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset, NonConstantIdx);
608       CI->eraseFromParent();
609       continue;
610     }
611
612     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
613       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
614       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
615       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
616         NonConstantIdx = Indices.pop_back_val();
617       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
618                                                Indices);
619       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8, NonConstantIdx);
620       GEP->eraseFromParent();
621       continue;
622     }
623
624     IRBuilder<> Builder(User);
625
626     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
627       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
628       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI);
629       Value *NewLoadVal
630         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset,
631                                      NonConstantIdx, Builder);
632       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
633       LI->eraseFromParent();
634       continue;
635     }
636
637     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
638       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
639       Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
640       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
641                                              NonConstantIdx, Builder);
642       Builder.CreateStore(New, NewAI);
643       SI->eraseFromParent();
644
645       // If the load we just inserted is now dead, then the inserted store
646       // overwrote the entire thing.
647       if (Old->use_empty())
648         Old->eraseFromParent();
649       continue;
650     }
651
652     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
653     // transform it into a store of the expanded constant value.
654     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
655       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
656       assert(!NonConstantIdx && "Cannot replace dynamic memset with insert");
657       int64_t SNumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getSExtValue();
658       if (SNumBytes > 0 && (SNumBytes >> 32) == 0) {
659         unsigned NumBytes = static_cast<unsigned>(SNumBytes);
660         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
661
662         // Compute the value replicated the right number of times.
663         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
664
665         // Splat the value if non-zero.
666         if (Val)
667           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
668             APVal |= APVal << 8;
669
670         Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
671         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
672                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
673                                                Old, Offset, 0, Builder);
674         Builder.CreateStore(New, NewAI);
675
676         // If the load we just inserted is now dead, then the memset overwrote
677         // the entire thing.
678         if (Old->use_empty())
679           Old->eraseFromParent();
680       }
681       MSI->eraseFromParent();
682       continue;
683     }
684
685     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
686     // can handle it like a load or store of the scalar type.
687     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
688       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
689       assert(!NonConstantIdx && "Cannot replace dynamic transfer with insert");
690
691       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
692       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
693       // as appropriate.
694       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Ptr, &TD, 0));
695
696       if (GetUnderlyingObject(MTI->getSource(), &TD, 0) != OrigAI) {
697         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
698         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
699         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
700         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
701         PointerType* SPTy = cast<PointerType>(SrcPtr->getType());
702         PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
703         if (SPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
704           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
705                                    SPTy->getAddressSpace());
706         }
707         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, AIPTy);
708
709         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
710         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
711         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
712       } else if (GetUnderlyingObject(MTI->getDest(), &TD, 0) != OrigAI) {
713         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
714         // through the original dest pointer (bitcasted).
715         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
716         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
717
718         PointerType* DPTy = cast<PointerType>(MTI->getDest()->getType());
719         PointerType* AIPTy = cast<PointerType>(NewAI->getType());
720         if (DPTy->getAddressSpace() != AIPTy->getAddressSpace()) {
721           AIPTy = PointerType::get(AIPTy->getElementType(),
722                                    DPTy->getAddressSpace());
723         }
724         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), AIPTy);
725
726         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
727         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
728       } else {
729         // Noop transfer. Src == Dst
730       }
731
732       MTI->eraseFromParent();
733       continue;
734     }
735
736     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
737       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
738           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
739         // There's no need to preserve these, as the resulting alloca will be
740         // converted to a register anyways.
741         II->eraseFromParent();
742         continue;
743       }
744     }
745
746     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
747   }
748 }
749
750 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
751 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
752 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
753 ///
754 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
755 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
756 /// insert/extractelement instructions.
757 ///
758 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
759 /// shifted to the right.
760 Value *ConvertToScalarInfo::
761 ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, Type *ToType,
762                            uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx,
763                            IRBuilder<> &Builder) {
764   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
765   Type *FromType = FromVal->getType();
766   if (FromType == ToType && Offset == 0)
767     return FromVal;
768
769   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
770   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
771   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromType)) {
772     unsigned FromTypeSize = TD.getTypeAllocSize(FromType);
773     unsigned ToTypeSize = TD.getTypeAllocSize(ToType);
774     if (FromTypeSize == ToTypeSize)
775         return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType);
776
777     // Otherwise it must be an element access.
778     unsigned Elt = 0;
779     if (Offset) {
780       unsigned EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
781       Elt = Offset/EltSize;
782       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
783     }
784     // Return the element extracted out of it.
785     Value *Idx;
786     if (NonConstantIdx) {
787       if (Elt)
788         Idx = Builder.CreateAdd(NonConstantIdx,
789                                 Builder.getInt32(Elt),
790                                 "dyn.offset");
791       else
792         Idx = NonConstantIdx;
793     } else
794       Idx = Builder.getInt32(Elt);
795     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, Idx);
796     if (V->getType() != ToType)
797       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType);
798     return V;
799   }
800
801   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
802   // use insertvalue's to form the FCA.
803   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
804     assert(!NonConstantIdx &&
805            "Dynamic indexing into struct types not supported");
806     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
807     Value *Res = UndefValue::get(ST);
808     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
809       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
810                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
811                                               0, Builder);
812       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i);
813     }
814     return Res;
815   }
816
817   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
818     assert(!NonConstantIdx &&
819            "Dynamic indexing into array types not supported");
820     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
821     Value *Res = UndefValue::get(AT);
822     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
823       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
824                                               Offset+i*EltSize, 0, Builder);
825       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i);
826     }
827     return Res;
828   }
829
830   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
831   IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
832
833   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
834   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
835   int ShAmt = 0;
836   if (TD.isBigEndian()) {
837     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
838     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
839     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
840     ShAmt = TD.getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
841             TD.getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
842   } else {
843     ShAmt = Offset;
844   }
845
846   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
847   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
848   // only some bits are used.
849   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
850     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
851                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(), ShAmt));
852   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
853     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal,
854                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(), -ShAmt));
855
856   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
857   unsigned LIBitWidth = TD.getTypeSizeInBits(ToType);
858   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
859     FromVal =
860       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
861                                                     LIBitWidth));
862   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
863     FromVal =
864        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
865                                                     LIBitWidth));
866
867   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
868   if (ToType->isIntegerTy()) {
869     // Should be done.
870   } else if (ToType->isFloatingPointTy() || ToType->isVectorTy()) {
871     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
872     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType);
873   } else {
874     // Otherwise must be a pointer.
875     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType);
876   }
877   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
878   return FromVal;
879 }
880
881 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
882 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
883 ///
884 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
885 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
886 /// vector with insert/extractelement instructions.
887 ///
888 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
889 /// shifted to the right.
890 ///
891 /// NonConstantIdx is an index value if there was a GEP with a non-constant
892 /// index value.  If this is 0 then all GEPs used to find this insert address
893 /// are constant.
894 Value *ConvertToScalarInfo::
895 ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
896                           uint64_t Offset, Value* NonConstantIdx,
897                           IRBuilder<> &Builder) {
898   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
899   // then 'or' into place.
900   Type *AllocaType = Old->getType();
901   LLVMContext &Context = Old->getContext();
902
903   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
904     uint64_t VecSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy);
905     uint64_t ValSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
906
907     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
908     // vector type?
909     if (ValSize == VecSize)
910         return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType);
911
912     // Must be an element insertion.
913     Type *EltTy = VTy->getElementType();
914     if (SV->getType() != EltTy)
915       SV = Builder.CreateBitCast(SV, EltTy);
916     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(EltTy);
917     unsigned Elt = Offset/EltSize;
918     Value *Idx;
919     if (NonConstantIdx) {
920       if (Elt)
921         Idx = Builder.CreateAdd(NonConstantIdx,
922                                 Builder.getInt32(Elt),
923                                 "dyn.offset");
924       else
925         Idx = NonConstantIdx;
926     } else
927       Idx = Builder.getInt32(Elt);
928     return Builder.CreateInsertElement(Old, SV, Idx);
929   }
930
931   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
932   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
933     assert(!NonConstantIdx &&
934            "Dynamic indexing into struct types not supported");
935     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
936     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
937       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i);
938       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old,
939                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
940                                       0, Builder);
941     }
942     return Old;
943   }
944
945   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
946     assert(!NonConstantIdx &&
947            "Dynamic indexing into array types not supported");
948     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
949     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
950       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i);
951       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, 0, Builder);
952     }
953     return Old;
954   }
955
956   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
957   // If it is a pointer, do the same.
958   unsigned SrcWidth = TD.getTypeSizeInBits(SV->getType());
959   unsigned DestWidth = TD.getTypeSizeInBits(AllocaType);
960   unsigned SrcStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
961   unsigned DestStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
962   if (SV->getType()->isFloatingPointTy() || SV->getType()->isVectorTy())
963     SV = Builder.CreateBitCast(SV, IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth));
964   else if (SV->getType()->isPointerTy())
965     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, TD.getIntPtrType(SV->getContext()));
966
967   // Zero extend or truncate the value if needed.
968   if (SV->getType() != AllocaType) {
969     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
970              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
971       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType);
972     else {
973       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
974       // (undefined behavior).
975       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType);
976       SrcWidth = DestWidth;
977       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
978     }
979   }
980
981   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
982   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
983   int ShAmt = 0;
984   if (TD.isBigEndian()) {
985     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
986     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
987     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
988     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
989   } else {
990     ShAmt = Offset;
991   }
992
993   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
994   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
995   // only some bits in the structure are set.
996   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
997   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
998     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(), ShAmt));
999     Mask <<= ShAmt;
1000   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
1001     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(), -ShAmt));
1002     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
1003   }
1004
1005   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
1006   // in the new bits.
1007   if (SrcWidth != DestWidth) {
1008     assert(DestWidth > SrcWidth);
1009     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
1010     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
1011   }
1012   return SV;
1013 }
1014
1015
1016 //===----------------------------------------------------------------------===//
1017 // SRoA Driver
1018 //===----------------------------------------------------------------------===//
1019
1020
1021 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
1022   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1023
1024   bool Changed = performPromotion(F);
1025
1026   // FIXME: ScalarRepl currently depends on TargetData more than it
1027   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
1028   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
1029   // scalar-replacement portion of this pass.
1030   if (!TD) return Changed;
1031
1032   while (1) {
1033     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
1034     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
1035     Changed = true;
1036     LocalChange = performPromotion(F);
1037     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
1038   }
1039
1040   return Changed;
1041 }
1042
1043 namespace {
1044 class AllocaPromoter : public LoadAndStorePromoter {
1045   AllocaInst *AI;
1046   DIBuilder *DIB;
1047   SmallVector<DbgDeclareInst *, 4> DDIs;
1048   SmallVector<DbgValueInst *, 4> DVIs;
1049 public:
1050   AllocaPromoter(const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts, SSAUpdater &S,
1051                  DIBuilder *DB)
1052     : LoadAndStorePromoter(Insts, S), AI(0), DIB(DB) {}
1053
1054   void run(AllocaInst *AI, const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) {
1055     // Remember which alloca we're promoting (for isInstInList).
1056     this->AI = AI;
1057     if (MDNode *DebugNode = MDNode::getIfExists(AI->getContext(), AI)) {
1058       for (Value::use_iterator UI = DebugNode->use_begin(),
1059              E = DebugNode->use_end(); UI != E; ++UI)
1060         if (DbgDeclareInst *DDI = dyn_cast<DbgDeclareInst>(*UI))
1061           DDIs.push_back(DDI);
1062         else if (DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(*UI))
1063           DVIs.push_back(DVI);
1064     }
1065
1066     LoadAndStorePromoter::run(Insts);
1067     AI->eraseFromParent();
1068     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::iterator I = DDIs.begin(),
1069            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1070       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1071       DDI->eraseFromParent();
1072     }
1073     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::iterator I = DVIs.begin(),
1074            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1075       DbgValueInst *DVI = *I;
1076       DVI->eraseFromParent();
1077     }
1078   }
1079
1080   virtual bool isInstInList(Instruction *I,
1081                             const SmallVectorImpl<Instruction*> &Insts) const {
1082     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1083       return LI->getOperand(0) == AI;
1084     return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand() == AI;
1085   }
1086
1087   virtual void updateDebugInfo(Instruction *Inst) const {
1088     for (SmallVector<DbgDeclareInst *, 4>::const_iterator I = DDIs.begin(),
1089            E = DDIs.end(); I != E; ++I) {
1090       DbgDeclareInst *DDI = *I;
1091       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
1092         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, *DIB);
1093       else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst))
1094         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, LI, *DIB);
1095     }
1096     for (SmallVector<DbgValueInst *, 4>::const_iterator I = DVIs.begin(),
1097            E = DVIs.end(); I != E; ++I) {
1098       DbgValueInst *DVI = *I;
1099       Value *Arg = NULL;
1100       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1101         // If an argument is zero extended then use argument directly. The ZExt
1102         // may be zapped by an optimization pass in future.
1103         if (ZExtInst *ZExt = dyn_cast<ZExtInst>(SI->getOperand(0)))
1104           Arg = dyn_cast<Argument>(ZExt->getOperand(0));
1105         if (SExtInst *SExt = dyn_cast<SExtInst>(SI->getOperand(0)))
1106           Arg = dyn_cast<Argument>(SExt->getOperand(0));
1107         if (!Arg)
1108           Arg = SI->getOperand(0);
1109       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Inst)) {
1110         Arg = LI->getOperand(0);
1111       } else {
1112         continue;
1113       }
1114       Instruction *DbgVal =
1115         DIB->insertDbgValueIntrinsic(Arg, 0, DIVariable(DVI->getVariable()),
1116                                      Inst);
1117       DbgVal->setDebugLoc(DVI->getDebugLoc());
1118     }
1119   }
1120 };
1121 } // end anon namespace
1122
1123 /// isSafeSelectToSpeculate - Select instructions that use an alloca and are
1124 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers and then
1125 /// select between the result, allowing the load of the alloca to be promoted.
1126 /// From this:
1127 ///   %P2 = select i1 %cond, i32* %Alloca, i32* %Other
1128 ///   %V = load i32* %P2
1129 /// to:
1130 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1131 ///   %V2 = load i32* %Other
1132 ///   %V = select i1 %cond, i32 %V1, i32 %V2
1133 ///
1134 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1135 /// the select can be loaded unconditionally.
1136 static bool isSafeSelectToSpeculate(SelectInst *SI, const TargetData *TD) {
1137   bool TDerefable = SI->getTrueValue()->isDereferenceablePointer();
1138   bool FDerefable = SI->getFalseValue()->isDereferenceablePointer();
1139
1140   for (Value::use_iterator UI = SI->use_begin(), UE = SI->use_end();
1141        UI != UE; ++UI) {
1142     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1143     if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1144
1145     // Both operands to the select need to be dereferencable, either absolutely
1146     // (e.g. allocas) or at this point because we can see other accesses to it.
1147     if (!TDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getTrueValue(), LI,
1148                                                     LI->getAlignment(), TD))
1149       return false;
1150     if (!FDerefable && !isSafeToLoadUnconditionally(SI->getFalseValue(), LI,
1151                                                     LI->getAlignment(), TD))
1152       return false;
1153   }
1154
1155   return true;
1156 }
1157
1158 /// isSafePHIToSpeculate - PHI instructions that use an alloca and are
1159 /// subsequently loaded can be rewritten to load both input pointers in the pred
1160 /// blocks and then PHI the results, allowing the load of the alloca to be
1161 /// promoted.
1162 /// From this:
1163 ///   %P2 = phi [i32* %Alloca, i32* %Other]
1164 ///   %V = load i32* %P2
1165 /// to:
1166 ///   %V1 = load i32* %Alloca      -> will be mem2reg'd
1167 ///   ...
1168 ///   %V2 = load i32* %Other
1169 ///   ...
1170 ///   %V = phi [i32 %V1, i32 %V2]
1171 ///
1172 /// We can do this to a select if its only uses are loads and if the operand to
1173 /// the select can be loaded unconditionally.
1174 static bool isSafePHIToSpeculate(PHINode *PN, const TargetData *TD) {
1175   // For now, we can only do this promotion if the load is in the same block as
1176   // the PHI, and if there are no stores between the phi and load.
1177   // TODO: Allow recursive phi users.
1178   // TODO: Allow stores.
1179   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1180   unsigned MaxAlign = 0;
1181   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), UE = PN->use_end();
1182        UI != UE; ++UI) {
1183     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI);
1184     if (LI == 0 || !LI->isSimple()) return false;
1185
1186     // For now we only allow loads in the same block as the PHI.  This is a
1187     // common case that happens when instcombine merges two loads through a PHI.
1188     if (LI->getParent() != BB) return false;
1189
1190     // Ensure that there are no instructions between the PHI and the load that
1191     // could store.
1192     for (BasicBlock::iterator BBI = PN; &*BBI != LI; ++BBI)
1193       if (BBI->mayWriteToMemory())
1194         return false;
1195
1196     MaxAlign = std::max(MaxAlign, LI->getAlignment());
1197   }
1198
1199   // Okay, we know that we have one or more loads in the same block as the PHI.
1200   // We can transform this if it is safe to push the loads into the predecessor
1201   // blocks.  The only thing to watch out for is that we can't put a possibly
1202   // trapping load in the predecessor if it is a critical edge.
1203   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1204     BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1205     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1206
1207     // If the terminator of the predecessor has side-effects (an invoke),
1208     // there is no safe place to put a load in the predecessor.
1209     if (Pred->getTerminator()->mayHaveSideEffects())
1210       return false;
1211
1212     // If the value is produced by the terminator of the predecessor
1213     // (an invoke), there is no valid place to put a load in the predecessor.
1214     if (Pred->getTerminator() == InVal)
1215       return false;
1216
1217     // If the predecessor has a single successor, then the edge isn't critical.
1218     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1)
1219       continue;
1220
1221     // If this pointer is always safe to load, or if we can prove that there is
1222     // already a load in the block, then we can move the load to the pred block.
1223     if (InVal->isDereferenceablePointer() ||
1224         isSafeToLoadUnconditionally(InVal, Pred->getTerminator(), MaxAlign, TD))
1225       continue;
1226
1227     return false;
1228   }
1229
1230   return true;
1231 }
1232
1233
1234 /// tryToMakeAllocaBePromotable - This returns true if the alloca only has
1235 /// direct (non-volatile) loads and stores to it.  If the alloca is close but
1236 /// not quite there, this will transform the code to allow promotion.  As such,
1237 /// it is a non-pure predicate.
1238 static bool tryToMakeAllocaBePromotable(AllocaInst *AI, const TargetData *TD) {
1239   SetVector<Instruction*, SmallVector<Instruction*, 4>,
1240             SmallPtrSet<Instruction*, 4> > InstsToRewrite;
1241
1242   for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
1243        UI != UE; ++UI) {
1244     User *U = *UI;
1245     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
1246       if (!LI->isSimple())
1247         return false;
1248       continue;
1249     }
1250
1251     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1252       if (SI->getOperand(0) == AI || !SI->isSimple())
1253         return false;   // Don't allow a store OF the AI, only INTO the AI.
1254       continue;
1255     }
1256
1257     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(U)) {
1258       // If the condition being selected on is a constant, fold the select, yes
1259       // this does (rarely) happen early on.
1260       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
1261         Value *Result = SI->getOperand(1+CI->isZero());
1262         SI->replaceAllUsesWith(Result);
1263         SI->eraseFromParent();
1264
1265         // This is very rare and we just scrambled the use list of AI, start
1266         // over completely.
1267         return tryToMakeAllocaBePromotable(AI, TD);
1268       }
1269
1270       // If it is safe to turn "load (select c, AI, ptr)" into a select of two
1271       // loads, then we can transform this by rewriting the select.
1272       if (!isSafeSelectToSpeculate(SI, TD))
1273         return false;
1274
1275       InstsToRewrite.insert(SI);
1276       continue;
1277     }
1278
1279     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1280       if (PN->use_empty()) {  // Dead PHIs can be stripped.
1281         InstsToRewrite.insert(PN);
1282         continue;
1283       }
1284
1285       // If it is safe to turn "load (phi [AI, ptr, ...])" into a PHI of loads
1286       // in the pred blocks, then we can transform this by rewriting the PHI.
1287       if (!isSafePHIToSpeculate(PN, TD))
1288         return false;
1289
1290       InstsToRewrite.insert(PN);
1291       continue;
1292     }
1293
1294     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
1295       if (onlyUsedByLifetimeMarkers(BCI)) {
1296         InstsToRewrite.insert(BCI);
1297         continue;
1298       }
1299     }
1300
1301     return false;
1302   }
1303
1304   // If there are no instructions to rewrite, then all uses are load/stores and
1305   // we're done!
1306   if (InstsToRewrite.empty())
1307     return true;
1308
1309   // If we have instructions that need to be rewritten for this to be promotable
1310   // take care of it now.
1311   for (unsigned i = 0, e = InstsToRewrite.size(); i != e; ++i) {
1312     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(InstsToRewrite[i])) {
1313       // This could only be a bitcast used by nothing but lifetime intrinsics.
1314       for (BitCastInst::use_iterator I = BCI->use_begin(), E = BCI->use_end();
1315            I != E;) {
1316         Use &U = I.getUse();
1317         ++I;
1318         cast<Instruction>(U.getUser())->eraseFromParent();
1319       }
1320       BCI->eraseFromParent();
1321       continue;
1322     }
1323
1324     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(InstsToRewrite[i])) {
1325       // Selects in InstsToRewrite only have load uses.  Rewrite each as two
1326       // loads with a new select.
1327       while (!SI->use_empty()) {
1328         LoadInst *LI = cast<LoadInst>(SI->use_back());
1329
1330         IRBuilder<> Builder(LI);
1331         LoadInst *TrueLoad =
1332           Builder.CreateLoad(SI->getTrueValue(), LI->getName()+".t");
1333         LoadInst *FalseLoad =
1334           Builder.CreateLoad(SI->getFalseValue(), LI->getName()+".f");
1335
1336         // Transfer alignment and TBAA info if present.
1337         TrueLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1338         FalseLoad->setAlignment(LI->getAlignment());
1339         if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
1340           TrueLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1341           FalseLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1342         }
1343
1344         Value *V = Builder.CreateSelect(SI->getCondition(), TrueLoad, FalseLoad);
1345         V->takeName(LI);
1346         LI->replaceAllUsesWith(V);
1347         LI->eraseFromParent();
1348       }
1349
1350       // Now that all the loads are gone, the select is gone too.
1351       SI->eraseFromParent();
1352       continue;
1353     }
1354
1355     // Otherwise, we have a PHI node which allows us to push the loads into the
1356     // predecessors.
1357     PHINode *PN = cast<PHINode>(InstsToRewrite[i]);
1358     if (PN->use_empty()) {
1359       PN->eraseFromParent();
1360       continue;
1361     }
1362
1363     Type *LoadTy = cast<PointerType>(PN->getType())->getElementType();
1364     PHINode *NewPN = PHINode::Create(LoadTy, PN->getNumIncomingValues(),
1365                                      PN->getName()+".ld", PN);
1366
1367     // Get the TBAA tag and alignment to use from one of the loads.  It doesn't
1368     // matter which one we get and if any differ, it doesn't matter.
1369     LoadInst *SomeLoad = cast<LoadInst>(PN->use_back());
1370     MDNode *TBAATag = SomeLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
1371     unsigned Align = SomeLoad->getAlignment();
1372
1373     // Rewrite all loads of the PN to use the new PHI.
1374     while (!PN->use_empty()) {
1375       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(PN->use_back());
1376       LI->replaceAllUsesWith(NewPN);
1377       LI->eraseFromParent();
1378     }
1379
1380     // Inject loads into all of the pred blocks.  Keep track of which blocks we
1381     // insert them into in case we have multiple edges from the same block.
1382     DenseMap<BasicBlock*, LoadInst*> InsertedLoads;
1383
1384     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1385       BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
1386       LoadInst *&Load = InsertedLoads[Pred];
1387       if (Load == 0) {
1388         Load = new LoadInst(PN->getIncomingValue(i),
1389                             PN->getName() + "." + Pred->getName(),
1390                             Pred->getTerminator());
1391         Load->setAlignment(Align);
1392         if (TBAATag) Load->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
1393       }
1394
1395       NewPN->addIncoming(Load, Pred);
1396     }
1397
1398     PN->eraseFromParent();
1399   }
1400
1401   ++NumAdjusted;
1402   return true;
1403 }
1404
1405 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
1406   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
1407   DominatorTree *DT = 0;
1408   if (HasDomTree)
1409     DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1410
1411   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
1412   DIBuilder DIB(*F.getParent());
1413   bool Changed = false;
1414   SmallVector<Instruction*, 64> Insts;
1415   while (1) {
1416     Allocas.clear();
1417
1418     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
1419     // the entry node
1420     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
1421       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
1422         if (tryToMakeAllocaBePromotable(AI, TD))
1423           Allocas.push_back(AI);
1424
1425     if (Allocas.empty()) break;
1426
1427     if (HasDomTree)
1428       PromoteMemToReg(Allocas, *DT);
1429     else {
1430       SSAUpdater SSA;
1431       for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i) {
1432         AllocaInst *AI = Allocas[i];
1433
1434         // Build list of instructions to promote.
1435         for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), E = AI->use_end();
1436              UI != E; ++UI)
1437           Insts.push_back(cast<Instruction>(*UI));
1438         AllocaPromoter(Insts, SSA, &DIB).run(AI, Insts);
1439         Insts.clear();
1440       }
1441     }
1442     NumPromoted += Allocas.size();
1443     Changed = true;
1444   }
1445
1446   return Changed;
1447 }
1448
1449
1450 /// ShouldAttemptScalarRepl - Decide if an alloca is a good candidate for
1451 /// SROA.  It must be a struct or array type with a small number of elements.
1452 bool SROA::ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI) {
1453   Type *T = AI->getAllocatedType();
1454   // Do not promote any struct that has too many members.
1455   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
1456     return ST->getNumElements() <= StructMemberThreshold;
1457   // Do not promote any array that has too many elements.
1458   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T))
1459     return AT->getNumElements() <= ArrayElementThreshold;
1460   return false;
1461 }
1462
1463 /// getPointeeAlignment - Compute the minimum alignment of the value pointed
1464 /// to by the given pointer.
1465 static unsigned getPointeeAlignment(Value *V, const TargetData &TD) {
1466   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
1467     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
1468         (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
1469          cast<GEPOperator>(CE)->hasAllZeroIndices()))
1470       return getPointeeAlignment(CE->getOperand(0), TD);
1471
1472   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
1473     if (!GV->isDeclaration())
1474       return TD.getPreferredAlignment(GV);
1475
1476   if (PointerType *PT = dyn_cast<PointerType>(V->getType()))
1477     return TD.getABITypeAlignment(PT->getElementType());
1478
1479   return 0;
1480 }
1481
1482
1483 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
1484 // which runs on all of the alloca instructions in the function, removing them
1485 // if they are only used by getelementptr instructions.
1486 //
1487 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
1488   std::vector<AllocaInst*> WorkList;
1489
1490   // Scan the entry basic block, adding allocas to the worklist.
1491   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
1492   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
1493     if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(I))
1494       WorkList.push_back(A);
1495
1496   // Process the worklist
1497   bool Changed = false;
1498   while (!WorkList.empty()) {
1499     AllocaInst *AI = WorkList.back();
1500     WorkList.pop_back();
1501
1502     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
1503     // with unused elements.
1504     if (AI->use_empty()) {
1505       AI->eraseFromParent();
1506       Changed = true;
1507       continue;
1508     }
1509
1510     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
1511     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
1512       continue;
1513
1514     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
1515     // a constant global whose alignment is equal to or exceeds that of the
1516     // allocation.  If this is the case, we can change all users to use
1517     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
1518     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
1519     // is only subsequently read.
1520     SmallVector<Instruction *, 4> ToDelete;
1521     if (MemTransferInst *Copy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, ToDelete)) {
1522       if (AI->getAlignment() <= getPointeeAlignment(Copy->getSource(), *TD)) {
1523         DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << *AI << '\n');
1524         DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *Copy << '\n');
1525         for (unsigned i = 0, e = ToDelete.size(); i != e; ++i)
1526           ToDelete[i]->eraseFromParent();
1527         Constant *TheSrc = cast<Constant>(Copy->getSource());
1528         AI->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(TheSrc, AI->getType()));
1529         Copy->eraseFromParent();  // Don't mutate the global.
1530         AI->eraseFromParent();
1531         ++NumGlobals;
1532         Changed = true;
1533         continue;
1534       }
1535     }
1536
1537     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
1538     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
1539     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
1540     // value cannot be decomposed at all.
1541     uint64_t AllocaSize = TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
1542
1543     // Do not promote [0 x %struct].
1544     if (AllocaSize == 0) continue;
1545
1546     // Do not promote any struct whose size is too big.
1547     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
1548
1549     // If the alloca looks like a good candidate for scalar replacement, and if
1550     // all its users can be transformed, then split up the aggregate into its
1551     // separate elements.
1552     if (ShouldAttemptScalarRepl(AI) && isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
1553       DoScalarReplacement(AI, WorkList);
1554       Changed = true;
1555       continue;
1556     }
1557
1558     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
1559     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
1560     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
1561     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
1562     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
1563     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
1564     if (AllocaInst *NewAI = ConvertToScalarInfo(
1565               (unsigned)AllocaSize, *TD, ScalarLoadThreshold).TryConvert(AI)) {
1566       NewAI->takeName(AI);
1567       AI->eraseFromParent();
1568       ++NumConverted;
1569       Changed = true;
1570       continue;
1571     }
1572
1573     // Otherwise, couldn't process this alloca.
1574   }
1575
1576   return Changed;
1577 }
1578
1579 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
1580 /// predicate, do SROA now.
1581 void SROA::DoScalarReplacement(AllocaInst *AI,
1582                                std::vector<AllocaInst*> &WorkList) {
1583   DEBUG(dbgs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
1584   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
1585   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
1586     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
1587     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
1588       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0,
1589                                       AI->getAlignment(),
1590                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1591       ElementAllocas.push_back(NA);
1592       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1593     }
1594   } else {
1595     ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
1596     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
1597     Type *ElTy = AT->getElementType();
1598     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1599       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, AI->getAlignment(),
1600                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
1601       ElementAllocas.push_back(NA);
1602       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
1603     }
1604   }
1605
1606   // Now that we have created the new alloca instructions, rewrite all the
1607   // uses of the old alloca.
1608   RewriteForScalarRepl(AI, AI, 0, ElementAllocas);
1609
1610   // Now erase any instructions that were made dead while rewriting the alloca.
1611   DeleteDeadInstructions();
1612   AI->eraseFromParent();
1613
1614   ++NumReplaced;
1615 }
1616
1617 /// DeleteDeadInstructions - Erase instructions on the DeadInstrs list,
1618 /// recursively including all their operands that become trivially dead.
1619 void SROA::DeleteDeadInstructions() {
1620   while (!DeadInsts.empty()) {
1621     Instruction *I = cast<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
1622
1623     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
1624       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
1625         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
1626         // (But, don't add allocas to the dead instruction list -- they are
1627         // already on the worklist and will be deleted separately.)
1628         *OI = 0;
1629         if (isInstructionTriviallyDead(U) && !isa<AllocaInst>(U))
1630           DeadInsts.push_back(U);
1631       }
1632
1633     I->eraseFromParent();
1634   }
1635 }
1636
1637 /// isSafeForScalarRepl - Check if instruction I is a safe use with regard to
1638 /// performing scalar replacement of alloca AI.  The results are flagged in
1639 /// the Info parameter.  Offset indicates the position within AI that is
1640 /// referenced by this instruction.
1641 void SROA::isSafeForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1642                                AllocaInfo &Info) {
1643   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1644     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1645
1646     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1647       isSafeForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1648     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1649       uint64_t GEPOffset = Offset;
1650       isSafeGEP(GEPI, GEPOffset, Info);
1651       if (!Info.isUnsafe)
1652         isSafeForScalarRepl(GEPI, GEPOffset, Info);
1653     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1654       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1655       if (Length == 0)
1656         return MarkUnsafe(Info, User);
1657       if (Length->isNegative())
1658         return MarkUnsafe(Info, User);
1659
1660       isSafeMemAccess(Offset, Length->getZExtValue(), 0,
1661                       UI.getOperandNo() == 0, Info, MI,
1662                       true /*AllowWholeAccess*/);
1663     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1664       if (!LI->isSimple())
1665         return MarkUnsafe(Info, User);
1666       Type *LIType = LI->getType();
1667       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1668                       LIType, false, Info, LI, true /*AllowWholeAccess*/);
1669       Info.hasALoadOrStore = true;
1670
1671     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1672       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1673       if (!SI->isSimple() || SI->getOperand(0) == I)
1674         return MarkUnsafe(Info, User);
1675
1676       Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1677       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1678                       SIType, true, Info, SI, true /*AllowWholeAccess*/);
1679       Info.hasALoadOrStore = true;
1680     } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
1681       if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1682           II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1683         return MarkUnsafe(Info, User);
1684     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1685       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1686     } else {
1687       return MarkUnsafe(Info, User);
1688     }
1689     if (Info.isUnsafe) return;
1690   }
1691 }
1692
1693
1694 /// isSafePHIUseForScalarRepl - If we see a PHI node or select using a pointer
1695 /// derived from the alloca, we can often still split the alloca into elements.
1696 /// This is useful if we have a large alloca where one element is phi'd
1697 /// together somewhere: we can SRoA and promote all the other elements even if
1698 /// we end up not being able to promote this one.
1699 ///
1700 /// All we require is that the uses of the PHI do not index into other parts of
1701 /// the alloca.  The most important use case for this is single load and stores
1702 /// that are PHI'd together, which can happen due to code sinking.
1703 void SROA::isSafePHISelectUseForScalarRepl(Instruction *I, uint64_t Offset,
1704                                            AllocaInfo &Info) {
1705   // If we've already checked this PHI, don't do it again.
1706   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I))
1707     if (!Info.CheckedPHIs.insert(PN))
1708       return;
1709
1710   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1711     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1712
1713     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1714       isSafePHISelectUseForScalarRepl(BC, Offset, Info);
1715     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1716       // Only allow "bitcast" GEPs for simplicity.  We could generalize this,
1717       // but would have to prove that we're staying inside of an element being
1718       // promoted.
1719       if (!GEPI->hasAllZeroIndices())
1720         return MarkUnsafe(Info, User);
1721       isSafePHISelectUseForScalarRepl(GEPI, Offset, Info);
1722     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1723       if (!LI->isSimple())
1724         return MarkUnsafe(Info, User);
1725       Type *LIType = LI->getType();
1726       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
1727                       LIType, false, Info, LI, false /*AllowWholeAccess*/);
1728       Info.hasALoadOrStore = true;
1729
1730     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1731       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
1732       if (!SI->isSimple() || SI->getOperand(0) == I)
1733         return MarkUnsafe(Info, User);
1734
1735       Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
1736       isSafeMemAccess(Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
1737                       SIType, true, Info, SI, false /*AllowWholeAccess*/);
1738       Info.hasALoadOrStore = true;
1739     } else if (isa<PHINode>(User) || isa<SelectInst>(User)) {
1740       isSafePHISelectUseForScalarRepl(User, Offset, Info);
1741     } else {
1742       return MarkUnsafe(Info, User);
1743     }
1744     if (Info.isUnsafe) return;
1745   }
1746 }
1747
1748 /// isSafeGEP - Check if a GEP instruction can be handled for scalar
1749 /// replacement.  It is safe when all the indices are constant, in-bounds
1750 /// references, and when the resulting offset corresponds to an element within
1751 /// the alloca type.  The results are flagged in the Info parameter.  Upon
1752 /// return, Offset is adjusted as specified by the GEP indices.
1753 void SROA::isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI,
1754                      uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info) {
1755   gep_type_iterator GEPIt = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
1756   if (GEPIt == E)
1757     return;
1758   bool NonConstant = false;
1759   unsigned NonConstantIdxSize = 0;
1760
1761   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
1762   // into.
1763   for (; GEPIt != E; ++GEPIt) {
1764     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
1765     if ((*GEPIt)->isStructTy())
1766       continue;
1767
1768     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand());
1769     if (!IdxVal) {
1770       // Non constant GEPs are only a problem on arrays, structs, and pointers
1771       // Vectors can be dynamically indexed.
1772       // FIXME: Add support for dynamic indexing on arrays.  This should be
1773       // ok on any subarrays of the alloca array, eg, a[0][i] is ok, but a[i][0]
1774       // isn't.
1775       if (!(*GEPIt)->isVectorTy())
1776         return MarkUnsafe(Info, GEPI);
1777       NonConstant = true;
1778       NonConstantIdxSize = TD->getTypeAllocSize(*GEPIt);
1779     }
1780   }
1781
1782   // Compute the offset due to this GEP and check if the alloca has a
1783   // component element at that offset.
1784   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1785   // If this GEP is non constant then the last operand must have been a
1786   // dynamic index into a vector.  Pop this now as it has no impact on the
1787   // constant part of the offset.
1788   if (NonConstant)
1789     Indices.pop_back();
1790   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(), Indices);
1791   if (!TypeHasComponent(Info.AI->getAllocatedType(), Offset,
1792                         NonConstantIdxSize))
1793     MarkUnsafe(Info, GEPI);
1794 }
1795
1796 /// isHomogeneousAggregate - Check if type T is a struct or array containing
1797 /// elements of the same type (which is always true for arrays).  If so,
1798 /// return true with NumElts and EltTy set to the number of elements and the
1799 /// element type, respectively.
1800 static bool isHomogeneousAggregate(Type *T, unsigned &NumElts,
1801                                    Type *&EltTy) {
1802   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1803     NumElts = AT->getNumElements();
1804     EltTy = (NumElts == 0 ? 0 : AT->getElementType());
1805     return true;
1806   }
1807   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1808     NumElts = ST->getNumContainedTypes();
1809     EltTy = (NumElts == 0 ? 0 : ST->getContainedType(0));
1810     for (unsigned n = 1; n < NumElts; ++n) {
1811       if (ST->getContainedType(n) != EltTy)
1812         return false;
1813     }
1814     return true;
1815   }
1816   return false;
1817 }
1818
1819 /// isCompatibleAggregate - Check if T1 and T2 are either the same type or are
1820 /// "homogeneous" aggregates with the same element type and number of elements.
1821 static bool isCompatibleAggregate(Type *T1, Type *T2) {
1822   if (T1 == T2)
1823     return true;
1824
1825   unsigned NumElts1, NumElts2;
1826   Type *EltTy1, *EltTy2;
1827   if (isHomogeneousAggregate(T1, NumElts1, EltTy1) &&
1828       isHomogeneousAggregate(T2, NumElts2, EltTy2) &&
1829       NumElts1 == NumElts2 &&
1830       EltTy1 == EltTy2)
1831     return true;
1832
1833   return false;
1834 }
1835
1836 /// isSafeMemAccess - Check if a load/store/memcpy operates on the entire AI
1837 /// alloca or has an offset and size that corresponds to a component element
1838 /// within it.  The offset checked here may have been formed from a GEP with a
1839 /// pointer bitcasted to a different type.
1840 ///
1841 /// If AllowWholeAccess is true, then this allows uses of the entire alloca as a
1842 /// unit.  If false, it only allows accesses known to be in a single element.
1843 void SROA::isSafeMemAccess(uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
1844                            Type *MemOpType, bool isStore,
1845                            AllocaInfo &Info, Instruction *TheAccess,
1846                            bool AllowWholeAccess) {
1847   // Check if this is a load/store of the entire alloca.
1848   if (Offset == 0 && AllowWholeAccess &&
1849       MemSize == TD->getTypeAllocSize(Info.AI->getAllocatedType())) {
1850     // This can be safe for MemIntrinsics (where MemOpType is 0) and integer
1851     // loads/stores (which are essentially the same as the MemIntrinsics with
1852     // regard to copying padding between elements).  But, if an alloca is
1853     // flagged as both a source and destination of such operations, we'll need
1854     // to check later for padding between elements.
1855     if (!MemOpType || MemOpType->isIntegerTy()) {
1856       if (isStore)
1857         Info.isMemCpyDst = true;
1858       else
1859         Info.isMemCpySrc = true;
1860       return;
1861     }
1862     // This is also safe for references using a type that is compatible with
1863     // the type of the alloca, so that loads/stores can be rewritten using
1864     // insertvalue/extractvalue.
1865     if (isCompatibleAggregate(MemOpType, Info.AI->getAllocatedType())) {
1866       Info.hasSubelementAccess = true;
1867       return;
1868     }
1869   }
1870   // Check if the offset/size correspond to a component within the alloca type.
1871   Type *T = Info.AI->getAllocatedType();
1872   if (TypeHasComponent(T, Offset, MemSize)) {
1873     Info.hasSubelementAccess = true;
1874     return;
1875   }
1876
1877   return MarkUnsafe(Info, TheAccess);
1878 }
1879
1880 /// TypeHasComponent - Return true if T has a component type with the
1881 /// specified offset and size.  If Size is zero, do not check the size.
1882 bool SROA::TypeHasComponent(Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
1883   Type *EltTy;
1884   uint64_t EltSize;
1885   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1886     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1887     unsigned EltIdx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1888     EltTy = ST->getContainedType(EltIdx);
1889     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1890     Offset -= Layout->getElementOffset(EltIdx);
1891   } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1892     EltTy = AT->getElementType();
1893     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1894     if (Offset >= AT->getNumElements() * EltSize)
1895       return false;
1896     Offset %= EltSize;
1897   } else if (VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(T)) {
1898     EltTy = VT->getElementType();
1899     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1900     if (Offset >= VT->getNumElements() * EltSize)
1901       return false;
1902     Offset %= EltSize;
1903   } else {
1904     return false;
1905   }
1906   if (Offset == 0 && (Size == 0 || EltSize == Size))
1907     return true;
1908   // Check if the component spans multiple elements.
1909   if (Offset + Size > EltSize)
1910     return false;
1911   return TypeHasComponent(EltTy, Offset, Size);
1912 }
1913
1914 /// RewriteForScalarRepl - Alloca AI is being split into NewElts, so rewrite
1915 /// the instruction I, which references it, to use the separate elements.
1916 /// Offset indicates the position within AI that is referenced by this
1917 /// instruction.
1918 void SROA::RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1919                                 SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1920   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E;) {
1921     Use &TheUse = UI.getUse();
1922     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1923
1924     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1925       RewriteBitCast(BC, AI, Offset, NewElts);
1926       continue;
1927     }
1928
1929     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1930       RewriteGEP(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1931       continue;
1932     }
1933
1934     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1935       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1936       uint64_t MemSize = Length->getZExtValue();
1937       if (Offset == 0 &&
1938           MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()))
1939         RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, I, AI, NewElts);
1940       // Otherwise the intrinsic can only touch a single element and the
1941       // address operand will be updated, so nothing else needs to be done.
1942       continue;
1943     }
1944
1945     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(User)) {
1946       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
1947           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
1948         RewriteLifetimeIntrinsic(II, AI, Offset, NewElts);
1949       }
1950       continue;
1951     }
1952
1953     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1954       Type *LIType = LI->getType();
1955
1956       if (isCompatibleAggregate(LIType, AI->getAllocatedType())) {
1957         // Replace:
1958         //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
1959         // with:
1960         //   %load.0 = load i32* %alloc.0
1961         //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
1962         //   %load.1 = load i32* %alloc.1
1963         //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
1964         // (Also works for arrays instead of structs)
1965         Value *Insert = UndefValue::get(LIType);
1966         IRBuilder<> Builder(LI);
1967         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1968           Value *Load = Builder.CreateLoad(NewElts[i], "load");
1969           Insert = Builder.CreateInsertValue(Insert, Load, i, "insert");
1970         }
1971         LI->replaceAllUsesWith(Insert);
1972         DeadInsts.push_back(LI);
1973       } else if (LIType->isIntegerTy() &&
1974                  TD->getTypeAllocSize(LIType) ==
1975                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1976         // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
1977         RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
1978       }
1979       continue;
1980     }
1981
1982     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1983       Value *Val = SI->getOperand(0);
1984       Type *SIType = Val->getType();
1985       if (isCompatibleAggregate(SIType, AI->getAllocatedType())) {
1986         // Replace:
1987         //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
1988         // with:
1989         //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
1990         //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
1991         //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
1992         //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
1993         // (Also works for arrays instead of structs)
1994         IRBuilder<> Builder(SI);
1995         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1996           Value *Extract = Builder.CreateExtractValue(Val, i, Val->getName());
1997           Builder.CreateStore(Extract, NewElts[i]);
1998         }
1999         DeadInsts.push_back(SI);
2000       } else if (SIType->isIntegerTy() &&
2001                  TD->getTypeAllocSize(SIType) ==
2002                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
2003         // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
2004         RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
2005       }
2006       continue;
2007     }
2008
2009     if (isa<SelectInst>(User) || isa<PHINode>(User)) {
2010       // If we have a PHI user of the alloca itself (as opposed to a GEP or
2011       // bitcast) we have to rewrite it.  GEP and bitcast uses will be RAUW'd to
2012       // the new pointer.
2013       if (!isa<AllocaInst>(I)) continue;
2014
2015       assert(Offset == 0 && NewElts[0] &&
2016              "Direct alloca use should have a zero offset");
2017
2018       // If we have a use of the alloca, we know the derived uses will be
2019       // utilizing just the first element of the scalarized result.  Insert a
2020       // bitcast of the first alloca before the user as required.
2021       AllocaInst *NewAI = NewElts[0];
2022       BitCastInst *BCI = new BitCastInst(NewAI, AI->getType(), "", NewAI);
2023       NewAI->moveBefore(BCI);
2024       TheUse = BCI;
2025       continue;
2026     }
2027   }
2028 }
2029
2030 /// RewriteBitCast - Update a bitcast reference to the alloca being replaced
2031 /// and recursively continue updating all of its uses.
2032 void SROA::RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
2033                           SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2034   RewriteForScalarRepl(BC, AI, Offset, NewElts);
2035   if (BC->getOperand(0) != AI)
2036     return;
2037
2038   // The bitcast references the original alloca.  Replace its uses with
2039   // references to the alloca containing offset zero (which is normally at
2040   // index zero, but might not be in cases involving structs with elements
2041   // of size zero).
2042   Type *T = AI->getAllocatedType();
2043   uint64_t EltOffset = 0;
2044   Type *IdxTy;
2045   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
2046   Instruction *Val = NewElts[Idx];
2047   if (Val->getType() != BC->getDestTy()) {
2048     Val = new BitCastInst(Val, BC->getDestTy(), "", BC);
2049     Val->takeName(BC);
2050   }
2051   BC->replaceAllUsesWith(Val);
2052   DeadInsts.push_back(BC);
2053 }
2054
2055 /// FindElementAndOffset - Return the index of the element containing Offset
2056 /// within the specified type, which must be either a struct or an array.
2057 /// Sets T to the type of the element and Offset to the offset within that
2058 /// element.  IdxTy is set to the type of the index result to be used in a
2059 /// GEP instruction.
2060 uint64_t SROA::FindElementAndOffset(Type *&T, uint64_t &Offset,
2061                                     Type *&IdxTy) {
2062   uint64_t Idx = 0;
2063   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
2064     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
2065     Idx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
2066     T = ST->getContainedType(Idx);
2067     Offset -= Layout->getElementOffset(Idx);
2068     IdxTy = Type::getInt32Ty(T->getContext());
2069     return Idx;
2070   } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
2071     T = AT->getElementType();
2072     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(T);
2073     Idx = Offset / EltSize;
2074     Offset -= Idx * EltSize;
2075     IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
2076     return Idx;
2077   }
2078   VectorType *VT = cast<VectorType>(T);
2079   T = VT->getElementType();
2080   uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(T);
2081   Idx = Offset / EltSize;
2082   Offset -= Idx * EltSize;
2083   IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
2084   return Idx;
2085 }
2086
2087 /// RewriteGEP - Check if this GEP instruction moves the pointer across
2088 /// elements of the alloca that are being split apart, and if so, rewrite
2089 /// the GEP to be relative to the new element.
2090 void SROA::RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
2091                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2092   uint64_t OldOffset = Offset;
2093   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
2094   // If the GEP was dynamic then it must have been a dynamic vector lookup.
2095   // In this case, it must be the last GEP operand which is dynamic so keep that
2096   // aside until we've found the constant GEP offset then add it back in at the
2097   // end.
2098   Value* NonConstantIdx = 0;
2099   if (!GEPI->hasAllConstantIndices())
2100     NonConstantIdx = Indices.pop_back_val();
2101   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(), Indices);
2102
2103   RewriteForScalarRepl(GEPI, AI, Offset, NewElts);
2104
2105   Type *T = AI->getAllocatedType();
2106   Type *IdxTy;
2107   uint64_t OldIdx = FindElementAndOffset(T, OldOffset, IdxTy);
2108   if (GEPI->getOperand(0) == AI)
2109     OldIdx = ~0ULL; // Force the GEP to be rewritten.
2110
2111   T = AI->getAllocatedType();
2112   uint64_t EltOffset = Offset;
2113   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
2114
2115   // If this GEP does not move the pointer across elements of the alloca
2116   // being split, then it does not needs to be rewritten.
2117   if (Idx == OldIdx)
2118     return;
2119
2120   Type *i32Ty = Type::getInt32Ty(AI->getContext());
2121   SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
2122   NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
2123   while (EltOffset != 0) {
2124     uint64_t EltIdx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
2125     NewArgs.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, EltIdx));
2126   }
2127   if (NonConstantIdx) {
2128     Type* GepTy = T;
2129     // This GEP has a dynamic index.  We need to add "i32 0" to index through
2130     // any structs or arrays in the original type until we get to the vector
2131     // to index.
2132     while (!isa<VectorType>(GepTy)) {
2133       NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
2134       GepTy = cast<CompositeType>(GepTy)->getTypeAtIndex(0U);
2135     }
2136     NewArgs.push_back(NonConstantIdx);
2137   }
2138   Instruction *Val = NewElts[Idx];
2139   if (NewArgs.size() > 1) {
2140     Val = GetElementPtrInst::CreateInBounds(Val, NewArgs, "", GEPI);
2141     Val->takeName(GEPI);
2142   }
2143   if (Val->getType() != GEPI->getType())
2144     Val = new BitCastInst(Val, GEPI->getType(), Val->getName(), GEPI);
2145   GEPI->replaceAllUsesWith(Val);
2146   DeadInsts.push_back(GEPI);
2147 }
2148
2149 /// RewriteLifetimeIntrinsic - II is a lifetime.start/lifetime.end. Rewrite it
2150 /// to mark the lifetime of the scalarized memory.
2151 void SROA::RewriteLifetimeIntrinsic(IntrinsicInst *II, AllocaInst *AI,
2152                                     uint64_t Offset,
2153                                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2154   ConstantInt *OldSize = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0));
2155   // Put matching lifetime markers on everything from Offset up to
2156   // Offset+OldSize.
2157   Type *AIType = AI->getAllocatedType();
2158   uint64_t NewOffset = Offset;
2159   Type *IdxTy;
2160   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(AIType, NewOffset, IdxTy);
2161
2162   IRBuilder<> Builder(II);
2163   uint64_t Size = OldSize->getLimitedValue();
2164
2165   if (NewOffset) {
2166     // Splice the first element and index 'NewOffset' bytes in.  SROA will
2167     // split the alloca again later.
2168     Value *V = Builder.CreateBitCast(NewElts[Idx], Builder.getInt8PtrTy());
2169     V = Builder.CreateGEP(V, Builder.getInt64(NewOffset));
2170
2171     IdxTy = NewElts[Idx]->getAllocatedType();
2172     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(IdxTy) - NewOffset;
2173     if (EltSize > Size) {
2174       EltSize = Size;
2175       Size = 0;
2176     } else {
2177       Size -= EltSize;
2178     }
2179     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2180       Builder.CreateLifetimeStart(V, Builder.getInt64(EltSize));
2181     else
2182       Builder.CreateLifetimeEnd(V, Builder.getInt64(EltSize));
2183     ++Idx;
2184   }
2185
2186   for (; Idx != NewElts.size() && Size; ++Idx) {
2187     IdxTy = NewElts[Idx]->getAllocatedType();
2188     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(IdxTy);
2189     if (EltSize > Size) {
2190       EltSize = Size;
2191       Size = 0;
2192     } else {
2193       Size -= EltSize;
2194     }
2195     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
2196       Builder.CreateLifetimeStart(NewElts[Idx],
2197                                   Builder.getInt64(EltSize));
2198     else
2199       Builder.CreateLifetimeEnd(NewElts[Idx],
2200                                 Builder.getInt64(EltSize));
2201   }
2202   DeadInsts.push_back(II);
2203 }
2204
2205 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
2206 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
2207 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
2208                                         AllocaInst *AI,
2209                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2210   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
2211   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
2212   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
2213   // memset, this Value* stays null.
2214   Value *OtherPtr = 0;
2215   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
2216   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
2217     if (Inst == MTI->getRawDest())
2218       OtherPtr = MTI->getRawSource();
2219     else {
2220       assert(Inst == MTI->getRawSource());
2221       OtherPtr = MTI->getRawDest();
2222     }
2223   }
2224
2225   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
2226   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
2227   if (OtherPtr) {
2228     unsigned AddrSpace =
2229       cast<PointerType>(OtherPtr->getType())->getAddressSpace();
2230
2231     // Remove bitcasts and all-zero GEPs from OtherPtr.  This is an
2232     // optimization, but it's also required to detect the corner case where
2233     // both pointer operands are referencing the same memory, and where
2234     // OtherPtr may be a bitcast or GEP that currently being rewritten.  (This
2235     // function is only called for mem intrinsics that access the whole
2236     // aggregate, so non-zero GEPs are not an issue here.)
2237     OtherPtr = OtherPtr->stripPointerCasts();
2238
2239     // Copying the alloca to itself is a no-op: just delete it.
2240     if (OtherPtr == AI || OtherPtr == NewElts[0]) {
2241       // This code will run twice for a no-op memcpy -- once for each operand.
2242       // Put only one reference to MI on the DeadInsts list.
2243       for (SmallVector<Value*, 32>::const_iterator I = DeadInsts.begin(),
2244              E = DeadInsts.end(); I != E; ++I)
2245         if (*I == MI) return;
2246       DeadInsts.push_back(MI);
2247       return;
2248     }
2249
2250     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
2251     // type.
2252     Type *NewTy =
2253       PointerType::get(AI->getType()->getElementType(), AddrSpace);
2254
2255     if (OtherPtr->getType() != NewTy)
2256       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, NewTy, OtherPtr->getName(), MI);
2257   }
2258
2259   // Process each element of the aggregate.
2260   bool SROADest = MI->getRawDest() == Inst;
2261
2262   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(MI->getContext()));
2263
2264   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2265     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
2266     Value *OtherElt = 0;
2267     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
2268
2269     if (OtherPtr) {
2270       Value *Idx[2] = { Zero,
2271                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), i) };
2272       OtherElt = GetElementPtrInst::CreateInBounds(OtherPtr, Idx,
2273                                               OtherPtr->getName()+"."+Twine(i),
2274                                                    MI);
2275       uint64_t EltOffset;
2276       PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
2277       Type *OtherTy = OtherPtrTy->getElementType();
2278       if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(OtherTy)) {
2279         EltOffset = TD->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
2280       } else {
2281         Type *EltTy = cast<SequentialType>(OtherTy)->getElementType();
2282         EltOffset = TD->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
2283       }
2284
2285       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
2286       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
2287       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
2288       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
2289       // known alignment is just 4 bytes.
2290       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
2291     }
2292
2293     Value *EltPtr = NewElts[i];
2294     Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
2295
2296     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
2297     if (EltTy->isSingleValueType()) {
2298       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
2299         if (SROADest) {
2300           // From Other to Alloca.
2301           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
2302           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
2303         } else {
2304           // From Alloca to Other.
2305           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
2306           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
2307         }
2308         continue;
2309       }
2310       assert(isa<MemSetInst>(MI));
2311
2312       // If the stored element is zero (common case), just store a null
2313       // constant.
2314       Constant *StoreVal;
2315       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getArgOperand(1))) {
2316         if (CI->isZero()) {
2317           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
2318         } else {
2319           // If EltTy is a vector type, get the element type.
2320           Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
2321
2322           // Construct an integer with the right value.
2323           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
2324           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
2325           APInt TotalVal(OneVal);
2326           // Set each byte.
2327           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
2328             TotalVal = TotalVal.shl(8);
2329             TotalVal |= OneVal;
2330           }
2331
2332           // Convert the integer value to the appropriate type.
2333           StoreVal = ConstantInt::get(CI->getContext(), TotalVal);
2334           if (ValTy->isPointerTy())
2335             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
2336           else if (ValTy->isFloatingPointTy())
2337             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
2338           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
2339
2340           // If the requested value was a vector constant, create it.
2341           if (EltTy->isVectorTy()) {
2342             unsigned NumElts = cast<VectorType>(EltTy)->getNumElements();
2343             StoreVal = ConstantVector::getSplat(NumElts, StoreVal);
2344           }
2345         }
2346         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
2347         continue;
2348       }
2349       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
2350       // this element.
2351     }
2352
2353     unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
2354     if (!EltSize)
2355       continue;
2356
2357     IRBuilder<> Builder(MI);
2358
2359     // Finally, insert the meminst for this element.
2360     if (isa<MemSetInst>(MI)) {
2361       Builder.CreateMemSet(EltPtr, MI->getArgOperand(1), EltSize,
2362                            MI->isVolatile());
2363     } else {
2364       assert(isa<MemTransferInst>(MI));
2365       Value *Dst = SROADest ? EltPtr : OtherElt;  // Dest ptr
2366       Value *Src = SROADest ? OtherElt : EltPtr;  // Src ptr
2367
2368       if (isa<MemCpyInst>(MI))
2369         Builder.CreateMemCpy(Dst, Src, EltSize, OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2370       else
2371         Builder.CreateMemMove(Dst, Src, EltSize,OtherEltAlign,MI->isVolatile());
2372     }
2373   }
2374   DeadInsts.push_back(MI);
2375 }
2376
2377 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found a store of an integer that
2378 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
2379 /// integer and store them individually.
2380 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
2381                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
2382   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
2383   // and store the element value to the individual alloca.
2384   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
2385   Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2386   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2387
2388   IRBuilder<> Builder(SI);
2389
2390   // Handle tail padding by extending the operand
2391   if (TD->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
2392     SrcVal = Builder.CreateZExt(SrcVal,
2393                             IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits));
2394
2395   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
2396                << '\n');
2397
2398   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2399   // have different ways to compute the element offset.
2400   if (StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2401     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
2402
2403     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2404       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
2405       Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
2406       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2407
2408       if (TD->isBigEndian())
2409         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
2410
2411       Value *EltVal = SrcVal;
2412       if (Shift) {
2413         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2414         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2415       }
2416
2417       // Truncate down to an integer of the right size.
2418       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2419
2420       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2421       if (FieldSizeBits == 0) continue;
2422
2423       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
2424         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2425                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits));
2426       Value *DestField = NewElts[i];
2427       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
2428         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2429       } else if (FieldTy->isFloatingPointTy() || FieldTy->isVectorTy()) {
2430         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2431         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, FieldTy);
2432       } else {
2433         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2434         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2435                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2436       }
2437       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2438     }
2439
2440   } else {
2441     ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
2442     Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
2443     uint64_t ElementOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2444     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
2445
2446     uint64_t Shift;
2447
2448     if (TD->isBigEndian())
2449       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
2450     else
2451       Shift = 0;
2452
2453     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2454       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2455       if (ElementSizeBits == 0) continue;
2456
2457       Value *EltVal = SrcVal;
2458       if (Shift) {
2459         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
2460         EltVal = Builder.CreateLShr(EltVal, ShiftVal, "sroa.store.elt");
2461       }
2462
2463       // Truncate down to an integer of the right size.
2464       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
2465         EltVal = Builder.CreateTrunc(EltVal,
2466                                      IntegerType::get(SI->getContext(),
2467                                                       ElementSizeBits));
2468       Value *DestField = NewElts[i];
2469       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
2470         // Storing to an integer field of this size, just do it.
2471       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPointTy() ||
2472                  ArrayEltTy->isVectorTy()) {
2473         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
2474         EltVal = Builder.CreateBitCast(EltVal, ArrayEltTy);
2475       } else {
2476         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
2477         DestField = Builder.CreateBitCast(DestField,
2478                                      PointerType::getUnqual(EltVal->getType()));
2479       }
2480       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
2481
2482       if (TD->isBigEndian())
2483         Shift -= ElementOffset;
2484       else
2485         Shift += ElementOffset;
2486     }
2487   }
2488
2489   DeadInsts.push_back(SI);
2490 }
2491
2492 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found a load of the entire allocation to
2493 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
2494 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
2495                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
2496   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
2497   // and form the result value.
2498   Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
2499   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
2500
2501   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
2502                << '\n');
2503
2504   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
2505   // have different ways to compute the element offset.
2506   const StructLayout *Layout = 0;
2507   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
2508   if (StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
2509     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
2510   } else {
2511     Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
2512     ArrayEltBitOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
2513   }
2514
2515   Value *ResultVal =
2516     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
2517
2518   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
2519     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
2520     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
2521     Value *SrcField = NewElts[i];
2522     Type *FieldTy =
2523       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
2524     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
2525
2526     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
2527     if (FieldSizeBits == 0) continue;
2528
2529     IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(),
2530                                                      FieldSizeBits);
2531     if (!FieldTy->isIntegerTy() && !FieldTy->isFloatingPointTy() &&
2532         !FieldTy->isVectorTy())
2533       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
2534                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
2535                                  "", LI);
2536     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
2537
2538     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
2539     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
2540     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
2541       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
2542
2543     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
2544     // we can shift and insert it.
2545     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
2546       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
2547
2548     // Determine the number of bits to shift SrcField.
2549     uint64_t Shift;
2550     if (Layout) // Struct case.
2551       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
2552     else  // Array case.
2553       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
2554
2555     if (TD->isBigEndian())
2556       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
2557
2558     if (Shift) {
2559       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
2560       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
2561     }
2562
2563     // Don't create an 'or x, 0' on the first iteration.
2564     if (!isa<Constant>(ResultVal) ||
2565         !cast<Constant>(ResultVal)->isNullValue())
2566       ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
2567     else
2568       ResultVal = SrcField;
2569   }
2570
2571   // Handle tail padding by truncating the result
2572   if (TD->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
2573     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
2574
2575   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
2576   DeadInsts.push_back(LI);
2577 }
2578
2579 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
2580 /// alignment padding in between the elements that would be split apart
2581 /// by SROA; return false otherwise.
2582 static bool HasPadding(Type *Ty, const TargetData &TD) {
2583   if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
2584     Ty = ATy->getElementType();
2585     return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
2586   }
2587
2588   // SROA currently handles only Arrays and Structs.
2589   StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
2590   const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
2591   unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
2592   for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2593     unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
2594
2595     // Check to see if there is any padding between this element and the
2596     // previous one.
2597     if (i) {
2598       unsigned PrevFieldEnd =
2599         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
2600       if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
2601         return true;
2602     }
2603     PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
2604   }
2605   // Check for tail padding.
2606   if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
2607     unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
2608       TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
2609     if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
2610       return true;
2611   }
2612   return false;
2613 }
2614
2615 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
2616 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
2617 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
2618 bool SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI) {
2619   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
2620   // the users are safe to transform.
2621   AllocaInfo Info(AI);
2622
2623   isSafeForScalarRepl(AI, 0, Info);
2624   if (Info.isUnsafe) {
2625     DEBUG(dbgs() << "Cannot transform: " << *AI << '\n');
2626     return false;
2627   }
2628
2629   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
2630   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
2631   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
2632   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
2633   // struct.
2634   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
2635       HasPadding(AI->getAllocatedType(), *TD))
2636     return false;
2637
2638   // If the alloca never has an access to just *part* of it, but is accessed
2639   // via loads and stores, then we should use ConvertToScalarInfo to promote
2640   // the alloca instead of promoting each piece at a time and inserting fission
2641   // and fusion code.
2642   if (!Info.hasSubelementAccess && Info.hasALoadOrStore) {
2643     // If the struct/array just has one element, use basic SRoA.
2644     if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
2645       if (ST->getNumElements() > 1) return false;
2646     } else {
2647       if (cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType())->getNumElements() > 1)
2648         return false;
2649     }
2650   }
2651
2652   return true;
2653 }
2654
2655
2656
2657 /// PointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
2658 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
2659 /// constant expressions because we don't can't rewrite arbitrary instructions.
2660 static bool PointsToConstantGlobal(Value *V) {
2661   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
2662     return GV->isConstant();
2663   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
2664     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
2665         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
2666       return PointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
2667   return false;
2668 }
2669
2670 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
2671 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
2672 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
2673 /// track of whether it moves the pointer (with isOffset) but otherwise traverse
2674 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
2675 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant global, we
2676 /// can optimize this.
2677 static bool
2678 isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, MemTransferInst *&TheCopy,
2679                                bool isOffset,
2680                                SmallVector<Instruction *, 4> &LifetimeMarkers) {
2681   // We track lifetime intrinsics as we encounter them.  If we decide to go
2682   // ahead and replace the value with the global, this lets the caller quickly
2683   // eliminate the markers.
2684
2685   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
2686     User *U = cast<Instruction>(*UI);
2687
2688     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
2689       // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
2690       if (!LI->isSimple()) return false;
2691       continue;
2692     }
2693
2694     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
2695       // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
2696       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(BCI, TheCopy, isOffset,
2697                                           LifetimeMarkers))
2698         return false;
2699       continue;
2700     }
2701     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
2702       // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer.  If it
2703       // doesn't, it does.
2704       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(GEP, TheCopy,
2705                                           isOffset || !GEP->hasAllZeroIndices(),
2706                                           LifetimeMarkers))
2707         return false;
2708       continue;
2709     }
2710
2711     if (CallSite CS = U) {
2712       // If this is the function being called then we treat it like a load and
2713       // ignore it.
2714       if (CS.isCallee(UI))
2715         continue;
2716
2717       // If this is a readonly/readnone call site, then we know it is just a
2718       // load (but one that potentially returns the value itself), so we can
2719       // ignore it if we know that the value isn't captured.
2720       unsigned ArgNo = CS.getArgumentNo(UI);
2721       if (CS.onlyReadsMemory() &&
2722           (CS.getInstruction()->use_empty() || CS.doesNotCapture(ArgNo)))
2723         continue;
2724
2725       // If this is being passed as a byval argument, the caller is making a
2726       // copy, so it is only a read of the alloca.
2727       if (CS.isByValArgument(ArgNo))
2728         continue;
2729     }
2730
2731     // Lifetime intrinsics can be handled by the caller.
2732     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U)) {
2733       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2734           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
2735         assert(II->use_empty() && "Lifetime markers have no result to use!");
2736         LifetimeMarkers.push_back(II);
2737         continue;
2738       }
2739     }
2740
2741     // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
2742     // handle.
2743     MemTransferInst *MI = dyn_cast<MemTransferInst>(U);
2744     if (MI == 0)
2745       return false;
2746
2747     // If the transfer is using the alloca as a source of the transfer, then
2748     // ignore it since it is a load (unless the transfer is volatile).
2749     if (UI.getOperandNo() == 1) {
2750       if (MI->isVolatile()) return false;
2751       continue;
2752     }
2753
2754     // If we already have seen a copy, reject the second one.
2755     if (TheCopy) return false;
2756
2757     // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
2758     // safely handle this.
2759     if (isOffset) return false;
2760
2761     // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
2762     if (UI.getOperandNo() != 0) return false;
2763
2764     // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
2765     if (!PointsToConstantGlobal(MI->getSource()))
2766       return false;
2767
2768     // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
2769     TheCopy = MI;
2770   }
2771   return true;
2772 }
2773
2774 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
2775 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
2776 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
2777 MemTransferInst *
2778 SROA::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI,
2779                                      SmallVector<Instruction*, 4> &ToDelete) {
2780   MemTransferInst *TheCopy = 0;
2781   if (::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, false, ToDelete))
2782     return TheCopy;
2783   return 0;
2784 }