b888e9598200f1deddee79c3a60d46c66bd72eeb
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / GlobalOpt.cpp
1 //===- GlobalOpt.cpp - Optimize Global Variables --------------------------===//
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 pass transforms simple global variables that never have their address
11 // taken.  If obviously true, it marks read/write globals as constant, deletes
12 // variables only stored to, etc.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #define DEBUG_TYPE "globalopt"
17 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
18 #include "llvm/CallingConv.h"
19 #include "llvm/Constants.h"
20 #include "llvm/DerivedTypes.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/Module.h"
24 #include "llvm/Operator.h"
25 #include "llvm/Pass.h"
26 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
27 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
28 #include "llvm/Target/TargetData.h"
29 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
30 #include "llvm/Support/CallSite.h"
31 #include "llvm/Support/Debug.h"
32 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
33 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
34 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
35 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
36 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
37 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
38 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
39 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
40 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
41 #include <algorithm>
42 using namespace llvm;
43
44 STATISTIC(NumMarked    , "Number of globals marked constant");
45 STATISTIC(NumUnnamed   , "Number of globals marked unnamed_addr");
46 STATISTIC(NumSRA       , "Number of aggregate globals broken into scalars");
47 STATISTIC(NumHeapSRA   , "Number of heap objects SRA'd");
48 STATISTIC(NumSubstitute,"Number of globals with initializers stored into them");
49 STATISTIC(NumDeleted   , "Number of globals deleted");
50 STATISTIC(NumFnDeleted , "Number of functions deleted");
51 STATISTIC(NumGlobUses  , "Number of global uses devirtualized");
52 STATISTIC(NumLocalized , "Number of globals localized");
53 STATISTIC(NumShrunkToBool  , "Number of global vars shrunk to booleans");
54 STATISTIC(NumFastCallFns   , "Number of functions converted to fastcc");
55 STATISTIC(NumCtorsEvaluated, "Number of static ctors evaluated");
56 STATISTIC(NumNestRemoved   , "Number of nest attributes removed");
57 STATISTIC(NumAliasesResolved, "Number of global aliases resolved");
58 STATISTIC(NumAliasesRemoved, "Number of global aliases eliminated");
59 STATISTIC(NumCXXDtorsRemoved, "Number of global C++ destructors removed");
60
61 namespace {
62   struct GlobalStatus;
63   struct GlobalOpt : public ModulePass {
64     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
65       AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
66     }
67     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
68     GlobalOpt() : ModulePass(ID) {
69       initializeGlobalOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
70     }
71
72     bool runOnModule(Module &M);
73
74   private:
75     GlobalVariable *FindGlobalCtors(Module &M);
76     bool OptimizeFunctions(Module &M);
77     bool OptimizeGlobalVars(Module &M);
78     bool OptimizeGlobalAliases(Module &M);
79     bool OptimizeGlobalCtorsList(GlobalVariable *&GCL);
80     bool ProcessGlobal(GlobalVariable *GV,Module::global_iterator &GVI);
81     bool ProcessInternalGlobal(GlobalVariable *GV,Module::global_iterator &GVI,
82                                const SmallPtrSet<const PHINode*, 16> &PHIUsers,
83                                const GlobalStatus &GS);
84     bool OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(Function *CXAAtExitFn);
85
86     TargetData *TD;
87     TargetLibraryInfo *TLI;
88   };
89 }
90
91 char GlobalOpt::ID = 0;
92 INITIALIZE_PASS_BEGIN(GlobalOpt, "globalopt",
93                 "Global Variable Optimizer", false, false)
94 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
95 INITIALIZE_PASS_END(GlobalOpt, "globalopt",
96                 "Global Variable Optimizer", false, false)
97
98 ModulePass *llvm::createGlobalOptimizerPass() { return new GlobalOpt(); }
99
100 namespace {
101
102 /// GlobalStatus - As we analyze each global, keep track of some information
103 /// about it.  If we find out that the address of the global is taken, none of
104 /// this info will be accurate.
105 struct GlobalStatus {
106   /// isCompared - True if the global's address is used in a comparison.
107   bool isCompared;
108
109   /// isLoaded - True if the global is ever loaded.  If the global isn't ever
110   /// loaded it can be deleted.
111   bool isLoaded;
112
113   /// StoredType - Keep track of what stores to the global look like.
114   ///
115   enum StoredType {
116     /// NotStored - There is no store to this global.  It can thus be marked
117     /// constant.
118     NotStored,
119
120     /// isInitializerStored - This global is stored to, but the only thing
121     /// stored is the constant it was initialized with.  This is only tracked
122     /// for scalar globals.
123     isInitializerStored,
124
125     /// isStoredOnce - This global is stored to, but only its initializer and
126     /// one other value is ever stored to it.  If this global isStoredOnce, we
127     /// track the value stored to it in StoredOnceValue below.  This is only
128     /// tracked for scalar globals.
129     isStoredOnce,
130
131     /// isStored - This global is stored to by multiple values or something else
132     /// that we cannot track.
133     isStored
134   } StoredType;
135
136   /// StoredOnceValue - If only one value (besides the initializer constant) is
137   /// ever stored to this global, keep track of what value it is.
138   Value *StoredOnceValue;
139
140   /// AccessingFunction/HasMultipleAccessingFunctions - These start out
141   /// null/false.  When the first accessing function is noticed, it is recorded.
142   /// When a second different accessing function is noticed,
143   /// HasMultipleAccessingFunctions is set to true.
144   const Function *AccessingFunction;
145   bool HasMultipleAccessingFunctions;
146
147   /// HasNonInstructionUser - Set to true if this global has a user that is not
148   /// an instruction (e.g. a constant expr or GV initializer).
149   bool HasNonInstructionUser;
150
151   /// HasPHIUser - Set to true if this global has a user that is a PHI node.
152   bool HasPHIUser;
153
154   /// AtomicOrdering - Set to the strongest atomic ordering requirement.
155   AtomicOrdering Ordering;
156
157   GlobalStatus() : isCompared(false), isLoaded(false), StoredType(NotStored),
158                    StoredOnceValue(0), AccessingFunction(0),
159                    HasMultipleAccessingFunctions(false),
160                    HasNonInstructionUser(false), HasPHIUser(false),
161                    Ordering(NotAtomic) {}
162 };
163
164 }
165
166 /// StrongerOrdering - Return the stronger of the two ordering. If the two
167 /// orderings are acquire and release, then return AcquireRelease.
168 ///
169 static AtomicOrdering StrongerOrdering(AtomicOrdering X, AtomicOrdering Y) {
170   if (X == Acquire && Y == Release) return AcquireRelease;
171   if (Y == Acquire && X == Release) return AcquireRelease;
172   return (AtomicOrdering)std::max(X, Y);
173 }
174
175 /// SafeToDestroyConstant - It is safe to destroy a constant iff it is only used
176 /// by constants itself.  Note that constants cannot be cyclic, so this test is
177 /// pretty easy to implement recursively.
178 ///
179 static bool SafeToDestroyConstant(const Constant *C) {
180   if (isa<GlobalValue>(C)) return false;
181
182   for (Value::const_use_iterator UI = C->use_begin(), E = C->use_end(); UI != E;
183        ++UI)
184     if (const Constant *CU = dyn_cast<Constant>(*UI)) {
185       if (!SafeToDestroyConstant(CU)) return false;
186     } else
187       return false;
188   return true;
189 }
190
191
192 /// AnalyzeGlobal - Look at all uses of the global and fill in the GlobalStatus
193 /// structure.  If the global has its address taken, return true to indicate we
194 /// can't do anything with it.
195 ///
196 static bool AnalyzeGlobal(const Value *V, GlobalStatus &GS,
197                           SmallPtrSet<const PHINode*, 16> &PHIUsers) {
198   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;
199        ++UI) {
200     const User *U = *UI;
201     if (const ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
202       GS.HasNonInstructionUser = true;
203       
204       // If the result of the constantexpr isn't pointer type, then we won't
205       // know to expect it in various places.  Just reject early.
206       if (!isa<PointerType>(CE->getType())) return true;
207       
208       if (AnalyzeGlobal(CE, GS, PHIUsers)) return true;
209     } else if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U)) {
210       if (!GS.HasMultipleAccessingFunctions) {
211         const Function *F = I->getParent()->getParent();
212         if (GS.AccessingFunction == 0)
213           GS.AccessingFunction = F;
214         else if (GS.AccessingFunction != F)
215           GS.HasMultipleAccessingFunctions = true;
216       }
217       if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
218         GS.isLoaded = true;
219         // Don't hack on volatile loads.
220         if (LI->isVolatile()) return true;
221         GS.Ordering = StrongerOrdering(GS.Ordering, LI->getOrdering());
222       } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
223         // Don't allow a store OF the address, only stores TO the address.
224         if (SI->getOperand(0) == V) return true;
225
226         // Don't hack on volatile stores.
227         if (SI->isVolatile()) return true;
228         GS.Ordering = StrongerOrdering(GS.Ordering, SI->getOrdering());
229
230         // If this is a direct store to the global (i.e., the global is a scalar
231         // value, not an aggregate), keep more specific information about
232         // stores.
233         if (GS.StoredType != GlobalStatus::isStored) {
234           if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(
235                                                            SI->getOperand(1))) {
236             Value *StoredVal = SI->getOperand(0);
237             if (StoredVal == GV->getInitializer()) {
238               if (GS.StoredType < GlobalStatus::isInitializerStored)
239                 GS.StoredType = GlobalStatus::isInitializerStored;
240             } else if (isa<LoadInst>(StoredVal) &&
241                        cast<LoadInst>(StoredVal)->getOperand(0) == GV) {
242               if (GS.StoredType < GlobalStatus::isInitializerStored)
243                 GS.StoredType = GlobalStatus::isInitializerStored;
244             } else if (GS.StoredType < GlobalStatus::isStoredOnce) {
245               GS.StoredType = GlobalStatus::isStoredOnce;
246               GS.StoredOnceValue = StoredVal;
247             } else if (GS.StoredType == GlobalStatus::isStoredOnce &&
248                        GS.StoredOnceValue == StoredVal) {
249               // noop.
250             } else {
251               GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
252             }
253           } else {
254             GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
255           }
256         }
257       } else if (isa<BitCastInst>(I)) {
258         if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
259       } else if (isa<GetElementPtrInst>(I)) {
260         if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
261       } else if (isa<SelectInst>(I)) {
262         if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
263       } else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
264         // PHI nodes we can check just like select or GEP instructions, but we
265         // have to be careful about infinite recursion.
266         if (PHIUsers.insert(PN))  // Not already visited.
267           if (AnalyzeGlobal(I, GS, PHIUsers)) return true;
268         GS.HasPHIUser = true;
269       } else if (isa<CmpInst>(I)) {
270         GS.isCompared = true;
271       } else if (const MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(I)) {
272         if (MTI->isVolatile()) return true;
273         if (MTI->getArgOperand(0) == V)
274           GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
275         if (MTI->getArgOperand(1) == V)
276           GS.isLoaded = true;
277       } else if (const MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(I)) {
278         assert(MSI->getArgOperand(0) == V && "Memset only takes one pointer!");
279         if (MSI->isVolatile()) return true;
280         GS.StoredType = GlobalStatus::isStored;
281       } else {
282         return true;  // Any other non-load instruction might take address!
283       }
284     } else if (const Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
285       GS.HasNonInstructionUser = true;
286       // We might have a dead and dangling constant hanging off of here.
287       if (!SafeToDestroyConstant(C))
288         return true;
289     } else {
290       GS.HasNonInstructionUser = true;
291       // Otherwise must be some other user.
292       return true;
293     }
294   }
295
296   return false;
297 }
298
299 /// isLeakCheckerRoot - Is this global variable possibly used by a leak checker
300 /// as a root?  If so, we might not really want to eliminate the stores to it.
301 static bool isLeakCheckerRoot(GlobalVariable *GV) {
302   // A global variable is a root if it is a pointer, or could plausibly contain
303   // a pointer.  There are two challenges; one is that we could have a struct
304   // the has an inner member which is a pointer.  We recurse through the type to
305   // detect these (up to a point).  The other is that we may actually be a union
306   // of a pointer and another type, and so our LLVM type is an integer which
307   // gets converted into a pointer, or our type is an [i8 x #] with a pointer
308   // potentially contained here.
309
310   if (GV->hasPrivateLinkage())
311     return false;
312
313   SmallVector<Type *, 4> Types;
314   Types.push_back(cast<PointerType>(GV->getType())->getElementType());
315
316   unsigned Limit = 20;
317   do {
318     Type *Ty = Types.pop_back_val();
319     switch (Ty->getTypeID()) {
320       default: break;
321       case Type::PointerTyID: return true;
322       case Type::ArrayTyID:
323       case Type::VectorTyID: {
324         SequentialType *STy = cast<SequentialType>(Ty);
325         Types.push_back(STy->getElementType());
326         break;
327       }
328       case Type::StructTyID: {
329         StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
330         if (STy->isOpaque()) return true;
331         for (StructType::element_iterator I = STy->element_begin(),
332                  E = STy->element_end(); I != E; ++I) {
333           Type *InnerTy = *I;
334           if (isa<PointerType>(InnerTy)) return true;
335           if (isa<CompositeType>(InnerTy))
336             Types.push_back(InnerTy);
337         }
338         break;
339       }
340     }
341     if (--Limit == 0) return true;
342   } while (!Types.empty());
343   return false;
344 }
345
346 /// Given a value that is stored to a global but never read, determine whether
347 /// it's safe to remove the store and the chain of computation that feeds the
348 /// store.
349 static bool IsSafeComputationToRemove(Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
350   do {
351     if (isa<Constant>(V))
352       return true;
353     if (!V->hasOneUse())
354       return false;
355     if (isa<LoadInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) || isa<Argument>(V) ||
356         isa<GlobalValue>(V))
357       return false;
358     if (isAllocationFn(V, TLI))
359       return true;
360
361     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
362     if (I->mayHaveSideEffects())
363       return false;
364     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
365       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
366         return false;
367     } else if (I->getNumOperands() != 1) {
368       return false;
369     }
370
371     V = I->getOperand(0);
372   } while (1);
373 }
374
375 /// CleanupPointerRootUsers - This GV is a pointer root.  Loop over all users
376 /// of the global and clean up any that obviously don't assign the global a
377 /// value that isn't dynamically allocated.
378 ///
379 static bool CleanupPointerRootUsers(GlobalVariable *GV,
380                                     const TargetLibraryInfo *TLI) {
381   // A brief explanation of leak checkers.  The goal is to find bugs where
382   // pointers are forgotten, causing an accumulating growth in memory
383   // usage over time.  The common strategy for leak checkers is to whitelist the
384   // memory pointed to by globals at exit.  This is popular because it also
385   // solves another problem where the main thread of a C++ program may shut down
386   // before other threads that are still expecting to use those globals.  To
387   // handle that case, we expect the program may create a singleton and never
388   // destroy it.
389
390   bool Changed = false;
391
392   // If Dead[n].first is the only use of a malloc result, we can delete its
393   // chain of computation and the store to the global in Dead[n].second.
394   SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 32> Dead;
395
396   // Constants can't be pointers to dynamically allocated memory.
397   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
398        UI != E;) {
399     User *U = *UI++;
400     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
401       Value *V = SI->getValueOperand();
402       if (isa<Constant>(V)) {
403         Changed = true;
404         SI->eraseFromParent();
405       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
406         if (I->hasOneUse())
407           Dead.push_back(std::make_pair(I, SI));
408       }
409     } else if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(U)) {
410       if (isa<Constant>(MSI->getValue())) {
411         Changed = true;
412         MSI->eraseFromParent();
413       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(MSI->getValue())) {
414         if (I->hasOneUse())
415           Dead.push_back(std::make_pair(I, MSI));
416       }
417     } else if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(U)) {
418       GlobalVariable *MemSrc = dyn_cast<GlobalVariable>(MTI->getSource());
419       if (MemSrc && MemSrc->isConstant()) {
420         Changed = true;
421         MTI->eraseFromParent();
422       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(MemSrc)) {
423         if (I->hasOneUse())
424           Dead.push_back(std::make_pair(I, MTI));
425       }
426     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
427       if (CE->use_empty()) {
428         CE->destroyConstant();
429         Changed = true;
430       }
431     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
432       if (SafeToDestroyConstant(C)) {
433         C->destroyConstant();
434         // This could have invalidated UI, start over from scratch.
435         Dead.clear();
436         CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
437         return true;
438       }
439     }
440   }
441
442   for (int i = 0, e = Dead.size(); i != e; ++i) {
443     if (IsSafeComputationToRemove(Dead[i].first, TLI)) {
444       Dead[i].second->eraseFromParent();
445       Instruction *I = Dead[i].first;
446       do {
447         if (isAllocationFn(I, TLI))
448           break;
449         Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
450         if (!J)
451           break;
452         I->eraseFromParent();
453         I = J;
454       } while (1);
455       I->eraseFromParent();
456     }
457   }
458
459   return Changed;
460 }
461
462 /// CleanupConstantGlobalUsers - We just marked GV constant.  Loop over all
463 /// users of the global, cleaning up the obvious ones.  This is largely just a
464 /// quick scan over the use list to clean up the easy and obvious cruft.  This
465 /// returns true if it made a change.
466 static bool CleanupConstantGlobalUsers(Value *V, Constant *Init,
467                                        TargetData *TD, TargetLibraryInfo *TLI) {
468   bool Changed = false;
469   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;) {
470     User *U = *UI++;
471
472     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
473       if (Init) {
474         // Replace the load with the initializer.
475         LI->replaceAllUsesWith(Init);
476         LI->eraseFromParent();
477         Changed = true;
478       }
479     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
480       // Store must be unreachable or storing Init into the global.
481       SI->eraseFromParent();
482       Changed = true;
483     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
484       if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
485         Constant *SubInit = 0;
486         if (Init)
487           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE);
488         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, SubInit, TD, TLI);
489       } else if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast &&
490                  CE->getType()->isPointerTy()) {
491         // Pointer cast, delete any stores and memsets to the global.
492         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, 0, TD, TLI);
493       }
494
495       if (CE->use_empty()) {
496         CE->destroyConstant();
497         Changed = true;
498       }
499     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
500       // Do not transform "gepinst (gep constexpr (GV))" here, because forming
501       // "gepconstexpr (gep constexpr (GV))" will cause the two gep's to fold
502       // and will invalidate our notion of what Init is.
503       Constant *SubInit = 0;
504       if (!isa<ConstantExpr>(GEP->getOperand(0))) {
505         ConstantExpr *CE =
506           dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(ConstantFoldInstruction(GEP, TD, TLI));
507         if (Init && CE && CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
508           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE);
509
510         // If the initializer is an all-null value and we have an inbounds GEP,
511         // we already know what the result of any load from that GEP is.
512         // TODO: Handle splats.
513         if (Init && isa<ConstantAggregateZero>(Init) && GEP->isInBounds())
514           SubInit = Constant::getNullValue(GEP->getType()->getElementType());
515       }
516       Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(GEP, SubInit, TD, TLI);
517
518       if (GEP->use_empty()) {
519         GEP->eraseFromParent();
520         Changed = true;
521       }
522     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U)) { // memset/cpy/mv
523       if (MI->getRawDest() == V) {
524         MI->eraseFromParent();
525         Changed = true;
526       }
527
528     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
529       // If we have a chain of dead constantexprs or other things dangling from
530       // us, and if they are all dead, nuke them without remorse.
531       if (SafeToDestroyConstant(C)) {
532         C->destroyConstant();
533         // This could have invalidated UI, start over from scratch.
534         CleanupConstantGlobalUsers(V, Init, TD, TLI);
535         return true;
536       }
537     }
538   }
539   return Changed;
540 }
541
542 /// isSafeSROAElementUse - Return true if the specified instruction is a safe
543 /// user of a derived expression from a global that we want to SROA.
544 static bool isSafeSROAElementUse(Value *V) {
545   // We might have a dead and dangling constant hanging off of here.
546   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
547     return SafeToDestroyConstant(C);
548
549   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
550   if (!I) return false;
551
552   // Loads are ok.
553   if (isa<LoadInst>(I)) return true;
554
555   // Stores *to* the pointer are ok.
556   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
557     return SI->getOperand(0) != V;
558
559   // Otherwise, it must be a GEP.
560   GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I);
561   if (GEPI == 0) return false;
562
563   if (GEPI->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEPI->getOperand(1)) ||
564       !cast<Constant>(GEPI->getOperand(1))->isNullValue())
565     return false;
566
567   for (Value::use_iterator I = GEPI->use_begin(), E = GEPI->use_end();
568        I != E; ++I)
569     if (!isSafeSROAElementUse(*I))
570       return false;
571   return true;
572 }
573
574
575 /// IsUserOfGlobalSafeForSRA - U is a direct user of the specified global value.
576 /// Look at it and its uses and decide whether it is safe to SROA this global.
577 ///
578 static bool IsUserOfGlobalSafeForSRA(User *U, GlobalValue *GV) {
579   // The user of the global must be a GEP Inst or a ConstantExpr GEP.
580   if (!isa<GetElementPtrInst>(U) &&
581       (!isa<ConstantExpr>(U) ||
582        cast<ConstantExpr>(U)->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr))
583     return false;
584
585   // Check to see if this ConstantExpr GEP is SRA'able.  In particular, we
586   // don't like < 3 operand CE's, and we don't like non-constant integer
587   // indices.  This enforces that all uses are 'gep GV, 0, C, ...' for some
588   // value of C.
589   if (U->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(U->getOperand(1)) ||
590       !cast<Constant>(U->getOperand(1))->isNullValue() ||
591       !isa<ConstantInt>(U->getOperand(2)))
592     return false;
593
594   gep_type_iterator GEPI = gep_type_begin(U), E = gep_type_end(U);
595   ++GEPI;  // Skip over the pointer index.
596
597   // If this is a use of an array allocation, do a bit more checking for sanity.
598   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*GEPI)) {
599     uint64_t NumElements = AT->getNumElements();
600     ConstantInt *Idx = cast<ConstantInt>(U->getOperand(2));
601
602     // Check to make sure that index falls within the array.  If not,
603     // something funny is going on, so we won't do the optimization.
604     //
605     if (Idx->getZExtValue() >= NumElements)
606       return false;
607
608     // We cannot scalar repl this level of the array unless any array
609     // sub-indices are in-range constants.  In particular, consider:
610     // A[0][i].  We cannot know that the user isn't doing invalid things like
611     // allowing i to index an out-of-range subscript that accesses A[1].
612     //
613     // Scalar replacing *just* the outer index of the array is probably not
614     // going to be a win anyway, so just give up.
615     for (++GEPI; // Skip array index.
616          GEPI != E;
617          ++GEPI) {
618       uint64_t NumElements;
619       if (ArrayType *SubArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(*GEPI))
620         NumElements = SubArrayTy->getNumElements();
621       else if (VectorType *SubVectorTy = dyn_cast<VectorType>(*GEPI))
622         NumElements = SubVectorTy->getNumElements();
623       else {
624         assert((*GEPI)->isStructTy() &&
625                "Indexed GEP type is not array, vector, or struct!");
626         continue;
627       }
628
629       ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPI.getOperand());
630       if (!IdxVal || IdxVal->getZExtValue() >= NumElements)
631         return false;
632     }
633   }
634
635   for (Value::use_iterator I = U->use_begin(), E = U->use_end(); I != E; ++I)
636     if (!isSafeSROAElementUse(*I))
637       return false;
638   return true;
639 }
640
641 /// GlobalUsersSafeToSRA - Look at all uses of the global and decide whether it
642 /// is safe for us to perform this transformation.
643 ///
644 static bool GlobalUsersSafeToSRA(GlobalValue *GV) {
645   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
646        UI != E; ++UI) {
647     if (!IsUserOfGlobalSafeForSRA(*UI, GV))
648       return false;
649   }
650   return true;
651 }
652
653
654 /// SRAGlobal - Perform scalar replacement of aggregates on the specified global
655 /// variable.  This opens the door for other optimizations by exposing the
656 /// behavior of the program in a more fine-grained way.  We have determined that
657 /// this transformation is safe already.  We return the first global variable we
658 /// insert so that the caller can reprocess it.
659 static GlobalVariable *SRAGlobal(GlobalVariable *GV, const TargetData &TD) {
660   // Make sure this global only has simple uses that we can SRA.
661   if (!GlobalUsersSafeToSRA(GV))
662     return 0;
663
664   assert(GV->hasLocalLinkage() && !GV->isConstant());
665   Constant *Init = GV->getInitializer();
666   Type *Ty = Init->getType();
667
668   std::vector<GlobalVariable*> NewGlobals;
669   Module::GlobalListType &Globals = GV->getParent()->getGlobalList();
670
671   // Get the alignment of the global, either explicit or target-specific.
672   unsigned StartAlignment = GV->getAlignment();
673   if (StartAlignment == 0)
674     StartAlignment = TD.getABITypeAlignment(GV->getType());
675
676   if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
677     NewGlobals.reserve(STy->getNumElements());
678     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(STy);
679     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
680       Constant *In = Init->getAggregateElement(i);
681       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
682       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(STy->getElementType(i), false,
683                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
684                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
685                                                GV->getThreadLocalMode(),
686                                               GV->getType()->getAddressSpace());
687       Globals.insert(GV, NGV);
688       NewGlobals.push_back(NGV);
689
690       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
691       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
692       // propagate info to each field.
693       uint64_t FieldOffset = Layout.getElementOffset(i);
694       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, FieldOffset);
695       if (NewAlign > TD.getABITypeAlignment(STy->getElementType(i)))
696         NGV->setAlignment(NewAlign);
697     }
698   } else if (SequentialType *STy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
699     unsigned NumElements = 0;
700     if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(STy))
701       NumElements = ATy->getNumElements();
702     else
703       NumElements = cast<VectorType>(STy)->getNumElements();
704
705     if (NumElements > 16 && GV->hasNUsesOrMore(16))
706       return 0; // It's not worth it.
707     NewGlobals.reserve(NumElements);
708
709     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSize(STy->getElementType());
710     unsigned EltAlign = TD.getABITypeAlignment(STy->getElementType());
711     for (unsigned i = 0, e = NumElements; i != e; ++i) {
712       Constant *In = Init->getAggregateElement(i);
713       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
714
715       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(STy->getElementType(), false,
716                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
717                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
718                                                GV->getThreadLocalMode(),
719                                               GV->getType()->getAddressSpace());
720       Globals.insert(GV, NGV);
721       NewGlobals.push_back(NGV);
722
723       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
724       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
725       // propagate info to each field.
726       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, EltSize*i);
727       if (NewAlign > EltAlign)
728         NGV->setAlignment(NewAlign);
729     }
730   }
731
732   if (NewGlobals.empty())
733     return 0;
734
735   DEBUG(dbgs() << "PERFORMING GLOBAL SRA ON: " << *GV);
736
737   Constant *NullInt =Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GV->getContext()));
738
739   // Loop over all of the uses of the global, replacing the constantexpr geps,
740   // with smaller constantexpr geps or direct references.
741   while (!GV->use_empty()) {
742     User *GEP = GV->use_back();
743     assert(((isa<ConstantExpr>(GEP) &&
744              cast<ConstantExpr>(GEP)->getOpcode()==Instruction::GetElementPtr)||
745             isa<GetElementPtrInst>(GEP)) && "NonGEP CE's are not SRAable!");
746
747     // Ignore the 1th operand, which has to be zero or else the program is quite
748     // broken (undefined).  Get the 2nd operand, which is the structure or array
749     // index.
750     unsigned Val = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2))->getZExtValue();
751     if (Val >= NewGlobals.size()) Val = 0; // Out of bound array access.
752
753     Value *NewPtr = NewGlobals[Val];
754
755     // Form a shorter GEP if needed.
756     if (GEP->getNumOperands() > 3) {
757       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GEP)) {
758         SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
759         Idxs.push_back(NullInt);
760         for (unsigned i = 3, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
761           Idxs.push_back(CE->getOperand(i));
762         NewPtr = ConstantExpr::getGetElementPtr(cast<Constant>(NewPtr), Idxs);
763       } else {
764         GetElementPtrInst *GEPI = cast<GetElementPtrInst>(GEP);
765         SmallVector<Value*, 8> Idxs;
766         Idxs.push_back(NullInt);
767         for (unsigned i = 3, e = GEPI->getNumOperands(); i != e; ++i)
768           Idxs.push_back(GEPI->getOperand(i));
769         NewPtr = GetElementPtrInst::Create(NewPtr, Idxs,
770                                            GEPI->getName()+"."+Twine(Val),GEPI);
771       }
772     }
773     GEP->replaceAllUsesWith(NewPtr);
774
775     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(GEP))
776       GEPI->eraseFromParent();
777     else
778       cast<ConstantExpr>(GEP)->destroyConstant();
779   }
780
781   // Delete the old global, now that it is dead.
782   Globals.erase(GV);
783   ++NumSRA;
784
785   // Loop over the new globals array deleting any globals that are obviously
786   // dead.  This can arise due to scalarization of a structure or an array that
787   // has elements that are dead.
788   unsigned FirstGlobal = 0;
789   for (unsigned i = 0, e = NewGlobals.size(); i != e; ++i)
790     if (NewGlobals[i]->use_empty()) {
791       Globals.erase(NewGlobals[i]);
792       if (FirstGlobal == i) ++FirstGlobal;
793     }
794
795   return FirstGlobal != NewGlobals.size() ? NewGlobals[FirstGlobal] : 0;
796 }
797
798 /// AllUsesOfValueWillTrapIfNull - Return true if all users of the specified
799 /// value will trap if the value is dynamically null.  PHIs keeps track of any
800 /// phi nodes we've seen to avoid reprocessing them.
801 static bool AllUsesOfValueWillTrapIfNull(const Value *V,
802                                          SmallPtrSet<const PHINode*, 8> &PHIs) {
803   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;
804        ++UI) {
805     const User *U = *UI;
806
807     if (isa<LoadInst>(U)) {
808       // Will trap.
809     } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
810       if (SI->getOperand(0) == V) {
811         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
812         return false;  // Storing the value.
813       }
814     } else if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(U)) {
815       if (CI->getCalledValue() != V) {
816         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
817         return false;  // Not calling the ptr
818       }
819     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(U)) {
820       if (II->getCalledValue() != V) {
821         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
822         return false;  // Not calling the ptr
823       }
824     } else if (const BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
825       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(CI, PHIs)) return false;
826     } else if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
827       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(GEPI, PHIs)) return false;
828     } else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
829       // If we've already seen this phi node, ignore it, it has already been
830       // checked.
831       if (PHIs.insert(PN) && !AllUsesOfValueWillTrapIfNull(PN, PHIs))
832         return false;
833     } else if (isa<ICmpInst>(U) &&
834                isa<ConstantPointerNull>(UI->getOperand(1))) {
835       // Ignore icmp X, null
836     } else {
837       //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
838       return false;
839     }
840   }
841   return true;
842 }
843
844 /// AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull - Return true if all uses of any loads
845 /// from GV will trap if the loaded value is null.  Note that this also permits
846 /// comparisons of the loaded value against null, as a special case.
847 static bool AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(const GlobalVariable *GV) {
848   for (Value::const_use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
849        UI != E; ++UI) {
850     const User *U = *UI;
851
852     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
853       SmallPtrSet<const PHINode*, 8> PHIs;
854       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(LI, PHIs))
855         return false;
856     } else if (isa<StoreInst>(U)) {
857       // Ignore stores to the global.
858     } else {
859       // We don't know or understand this user, bail out.
860       //cerr << "UNKNOWN USER OF GLOBAL!: " << *U;
861       return false;
862     }
863   }
864   return true;
865 }
866
867 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(Value *V, Constant *NewV) {
868   bool Changed = false;
869   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; ) {
870     Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
871     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
872       LI->setOperand(0, NewV);
873       Changed = true;
874     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
875       if (SI->getOperand(1) == V) {
876         SI->setOperand(1, NewV);
877         Changed = true;
878       }
879     } else if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I)) {
880       CallSite CS(I);
881       if (CS.getCalledValue() == V) {
882         // Calling through the pointer!  Turn into a direct call, but be careful
883         // that the pointer is not also being passed as an argument.
884         CS.setCalledFunction(NewV);
885         Changed = true;
886         bool PassedAsArg = false;
887         for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
888           if (CS.getArgument(i) == V) {
889             PassedAsArg = true;
890             CS.setArgument(i, NewV);
891           }
892
893         if (PassedAsArg) {
894           // Being passed as an argument also.  Be careful to not invalidate UI!
895           UI = V->use_begin();
896         }
897       }
898     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
899       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(CI,
900                                 ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
901                                                       NewV, CI->getType()));
902       if (CI->use_empty()) {
903         Changed = true;
904         CI->eraseFromParent();
905       }
906     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
907       // Should handle GEP here.
908       SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
909       Idxs.reserve(GEPI->getNumOperands()-1);
910       for (User::op_iterator i = GEPI->op_begin() + 1, e = GEPI->op_end();
911            i != e; ++i)
912         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(*i))
913           Idxs.push_back(C);
914         else
915           break;
916       if (Idxs.size() == GEPI->getNumOperands()-1)
917         Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(GEPI,
918                           ConstantExpr::getGetElementPtr(NewV, Idxs));
919       if (GEPI->use_empty()) {
920         Changed = true;
921         GEPI->eraseFromParent();
922       }
923     }
924   }
925
926   return Changed;
927 }
928
929
930 /// OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads - The specified global has only one non-null
931 /// value stored into it.  If there are uses of the loaded value that would trap
932 /// if the loaded value is dynamically null, then we know that they cannot be
933 /// reachable with a null optimize away the load.
934 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GlobalVariable *GV, Constant *LV,
935                                             TargetData *TD,
936                                             TargetLibraryInfo *TLI) {
937   bool Changed = false;
938
939   // Keep track of whether we are able to remove all the uses of the global
940   // other than the store that defines it.
941   bool AllNonStoreUsesGone = true;
942
943   // Replace all uses of loads with uses of uses of the stored value.
944   for (Value::use_iterator GUI = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); GUI != E;){
945     User *GlobalUser = *GUI++;
946     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(GlobalUser)) {
947       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(LI, LV);
948       // If we were able to delete all uses of the loads
949       if (LI->use_empty()) {
950         LI->eraseFromParent();
951         Changed = true;
952       } else {
953         AllNonStoreUsesGone = false;
954       }
955     } else if (isa<StoreInst>(GlobalUser)) {
956       // Ignore the store that stores "LV" to the global.
957       assert(GlobalUser->getOperand(1) == GV &&
958              "Must be storing *to* the global");
959     } else {
960       AllNonStoreUsesGone = false;
961
962       // If we get here we could have other crazy uses that are transitively
963       // loaded.
964       assert((isa<PHINode>(GlobalUser) || isa<SelectInst>(GlobalUser) ||
965               isa<ConstantExpr>(GlobalUser) || isa<CmpInst>(GlobalUser)) &&
966              "Only expect load and stores!");
967     }
968   }
969
970   if (Changed) {
971     DEBUG(dbgs() << "OPTIMIZED LOADS FROM STORED ONCE POINTER: " << *GV);
972     ++NumGlobUses;
973   }
974
975   // If we nuked all of the loads, then none of the stores are needed either,
976   // nor is the global.
977   if (AllNonStoreUsesGone) {
978     if (isLeakCheckerRoot(GV)) {
979       Changed |= CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
980     } else {
981       Changed = true;
982       CleanupConstantGlobalUsers(GV, 0, TD, TLI);
983     }
984     if (GV->use_empty()) {
985       DEBUG(dbgs() << "  *** GLOBAL NOW DEAD!\n");
986       Changed = true;
987       GV->eraseFromParent();
988       ++NumDeleted;
989     }
990   }
991   return Changed;
992 }
993
994 /// ConstantPropUsersOf - Walk the use list of V, constant folding all of the
995 /// instructions that are foldable.
996 static void ConstantPropUsersOf(Value *V,
997                                 TargetData *TD, TargetLibraryInfo *TLI) {
998   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; )
999     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(*UI++))
1000       if (Constant *NewC = ConstantFoldInstruction(I, TD, TLI)) {
1001         I->replaceAllUsesWith(NewC);
1002
1003         // Advance UI to the next non-I use to avoid invalidating it!
1004         // Instructions could multiply use V.
1005         while (UI != E && *UI == I)
1006           ++UI;
1007         I->eraseFromParent();
1008       }
1009 }
1010
1011 /// OptimizeGlobalAddressOfMalloc - This function takes the specified global
1012 /// variable, and transforms the program as if it always contained the result of
1013 /// the specified malloc.  Because it is always the result of the specified
1014 /// malloc, there is no reason to actually DO the malloc.  Instead, turn the
1015 /// malloc into a global, and any loads of GV as uses of the new global.
1016 static GlobalVariable *OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GlobalVariable *GV,
1017                                                      CallInst *CI,
1018                                                      Type *AllocTy,
1019                                                      ConstantInt *NElements,
1020                                                      TargetData *TD,
1021                                                      TargetLibraryInfo *TLI) {
1022   DEBUG(errs() << "PROMOTING GLOBAL: " << *GV << "  CALL = " << *CI << '\n');
1023
1024   Type *GlobalType;
1025   if (NElements->getZExtValue() == 1)
1026     GlobalType = AllocTy;
1027   else
1028     // If we have an array allocation, the global variable is of an array.
1029     GlobalType = ArrayType::get(AllocTy, NElements->getZExtValue());
1030
1031   // Create the new global variable.  The contents of the malloc'd memory is
1032   // undefined, so initialize with an undef value.
1033   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(*GV->getParent(),
1034                                              GlobalType, false,
1035                                              GlobalValue::InternalLinkage,
1036                                              UndefValue::get(GlobalType),
1037                                              GV->getName()+".body",
1038                                              GV,
1039                                              GV->getThreadLocalMode());
1040
1041   // If there are bitcast users of the malloc (which is typical, usually we have
1042   // a malloc + bitcast) then replace them with uses of the new global.  Update
1043   // other users to use the global as well.
1044   BitCastInst *TheBC = 0;
1045   while (!CI->use_empty()) {
1046     Instruction *User = cast<Instruction>(CI->use_back());
1047     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1048       if (BCI->getType() == NewGV->getType()) {
1049         BCI->replaceAllUsesWith(NewGV);
1050         BCI->eraseFromParent();
1051       } else {
1052         BCI->setOperand(0, NewGV);
1053       }
1054     } else {
1055       if (TheBC == 0)
1056         TheBC = new BitCastInst(NewGV, CI->getType(), "newgv", CI);
1057       User->replaceUsesOfWith(CI, TheBC);
1058     }
1059   }
1060
1061   Constant *RepValue = NewGV;
1062   if (NewGV->getType() != GV->getType()->getElementType())
1063     RepValue = ConstantExpr::getBitCast(RepValue,
1064                                         GV->getType()->getElementType());
1065
1066   // If there is a comparison against null, we will insert a global bool to
1067   // keep track of whether the global was initialized yet or not.
1068   GlobalVariable *InitBool =
1069     new GlobalVariable(Type::getInt1Ty(GV->getContext()), false,
1070                        GlobalValue::InternalLinkage,
1071                        ConstantInt::getFalse(GV->getContext()),
1072                        GV->getName()+".init", GV->getThreadLocalMode());
1073   bool InitBoolUsed = false;
1074
1075   // Loop over all uses of GV, processing them in turn.
1076   while (!GV->use_empty()) {
1077     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GV->use_back())) {
1078       // The global is initialized when the store to it occurs.
1079       new StoreInst(ConstantInt::getTrue(GV->getContext()), InitBool, false, 0,
1080                     SI->getOrdering(), SI->getSynchScope(), SI);
1081       SI->eraseFromParent();
1082       continue;
1083     }
1084
1085     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(GV->use_back());
1086     while (!LI->use_empty()) {
1087       Use &LoadUse = LI->use_begin().getUse();
1088       if (!isa<ICmpInst>(LoadUse.getUser())) {
1089         LoadUse = RepValue;
1090         continue;
1091       }
1092
1093       ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(LoadUse.getUser());
1094       // Replace the cmp X, 0 with a use of the bool value.
1095       // Sink the load to where the compare was, if atomic rules allow us to.
1096       Value *LV = new LoadInst(InitBool, InitBool->getName()+".val", false, 0,
1097                                LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(),
1098                                LI->isUnordered() ? (Instruction*)ICI : LI);
1099       InitBoolUsed = true;
1100       switch (ICI->getPredicate()) {
1101       default: llvm_unreachable("Unknown ICmp Predicate!");
1102       case ICmpInst::ICMP_ULT:
1103       case ICmpInst::ICMP_SLT:   // X < null -> always false
1104         LV = ConstantInt::getFalse(GV->getContext());
1105         break;
1106       case ICmpInst::ICMP_ULE:
1107       case ICmpInst::ICMP_SLE:
1108       case ICmpInst::ICMP_EQ:
1109         LV = BinaryOperator::CreateNot(LV, "notinit", ICI);
1110         break;
1111       case ICmpInst::ICMP_NE:
1112       case ICmpInst::ICMP_UGE:
1113       case ICmpInst::ICMP_SGE:
1114       case ICmpInst::ICMP_UGT:
1115       case ICmpInst::ICMP_SGT:
1116         break;  // no change.
1117       }
1118       ICI->replaceAllUsesWith(LV);
1119       ICI->eraseFromParent();
1120     }
1121     LI->eraseFromParent();
1122   }
1123
1124   // If the initialization boolean was used, insert it, otherwise delete it.
1125   if (!InitBoolUsed) {
1126     while (!InitBool->use_empty())  // Delete initializations
1127       cast<StoreInst>(InitBool->use_back())->eraseFromParent();
1128     delete InitBool;
1129   } else
1130     GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV, InitBool);
1131
1132   // Now the GV is dead, nuke it and the malloc..
1133   GV->eraseFromParent();
1134   CI->eraseFromParent();
1135
1136   // To further other optimizations, loop over all users of NewGV and try to
1137   // constant prop them.  This will promote GEP instructions with constant
1138   // indices into GEP constant-exprs, which will allow global-opt to hack on it.
1139   ConstantPropUsersOf(NewGV, TD, TLI);
1140   if (RepValue != NewGV)
1141     ConstantPropUsersOf(RepValue, TD, TLI);
1142
1143   return NewGV;
1144 }
1145
1146 /// ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal - Scan the use-list of V checking
1147 /// to make sure that there are no complex uses of V.  We permit simple things
1148 /// like dereferencing the pointer, but not storing through the address, unless
1149 /// it is to the specified global.
1150 static bool ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(const Instruction *V,
1151                                                       const GlobalVariable *GV,
1152                                          SmallPtrSet<const PHINode*, 8> &PHIs) {
1153   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end();
1154        UI != E; ++UI) {
1155     const Instruction *Inst = cast<Instruction>(*UI);
1156
1157     if (isa<LoadInst>(Inst) || isa<CmpInst>(Inst)) {
1158       continue; // Fine, ignore.
1159     }
1160
1161     if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1162       if (SI->getOperand(0) == V && SI->getOperand(1) != GV)
1163         return false;  // Storing the pointer itself... bad.
1164       continue; // Otherwise, storing through it, or storing into GV... fine.
1165     }
1166
1167     // Must index into the array and into the struct.
1168     if (isa<GetElementPtrInst>(Inst) && Inst->getNumOperands() >= 3) {
1169       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(Inst, GV, PHIs))
1170         return false;
1171       continue;
1172     }
1173
1174     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Inst)) {
1175       // PHIs are ok if all uses are ok.  Don't infinitely recurse through PHI
1176       // cycles.
1177       if (PHIs.insert(PN))
1178         if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(PN, GV, PHIs))
1179           return false;
1180       continue;
1181     }
1182
1183     if (const BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Inst)) {
1184       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(BCI, GV, PHIs))
1185         return false;
1186       continue;
1187     }
1188
1189     return false;
1190   }
1191   return true;
1192 }
1193
1194 /// ReplaceUsesOfMallocWithGlobal - The Alloc pointer is stored into GV
1195 /// somewhere.  Transform all uses of the allocation into loads from the
1196 /// global and uses of the resultant pointer.  Further, delete the store into
1197 /// GV.  This assumes that these value pass the
1198 /// 'ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal' predicate.
1199 static void ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(Instruction *Alloc,
1200                                           GlobalVariable *GV) {
1201   while (!Alloc->use_empty()) {
1202     Instruction *U = cast<Instruction>(*Alloc->use_begin());
1203     Instruction *InsertPt = U;
1204     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1205       // If this is the store of the allocation into the global, remove it.
1206       if (SI->getOperand(1) == GV) {
1207         SI->eraseFromParent();
1208         continue;
1209       }
1210     } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1211       // Insert the load in the corresponding predecessor, not right before the
1212       // PHI.
1213       InsertPt = PN->getIncomingBlock(Alloc->use_begin())->getTerminator();
1214     } else if (isa<BitCastInst>(U)) {
1215       // Must be bitcast between the malloc and store to initialize the global.
1216       ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(U, GV);
1217       U->eraseFromParent();
1218       continue;
1219     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
1220       // If this is a "GEP bitcast" and the user is a store to the global, then
1221       // just process it as a bitcast.
1222       if (GEPI->hasAllZeroIndices() && GEPI->hasOneUse())
1223         if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GEPI->use_back()))
1224           if (SI->getOperand(1) == GV) {
1225             // Must be bitcast GEP between the malloc and store to initialize
1226             // the global.
1227             ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(GEPI, GV);
1228             GEPI->eraseFromParent();
1229             continue;
1230           }
1231     }
1232
1233     // Insert a load from the global, and use it instead of the malloc.
1234     Value *NL = new LoadInst(GV, GV->getName()+".val", InsertPt);
1235     U->replaceUsesOfWith(Alloc, NL);
1236   }
1237 }
1238
1239 /// LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA - Verify that all uses of V (a load, or a phi
1240 /// of a load) are simple enough to perform heap SRA on.  This permits GEP's
1241 /// that index through the array and struct field, icmps of null, and PHIs.
1242 static bool LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(const Value *V,
1243                         SmallPtrSet<const PHINode*, 32> &LoadUsingPHIs,
1244                         SmallPtrSet<const PHINode*, 32> &LoadUsingPHIsPerLoad) {
1245   // We permit two users of the load: setcc comparing against the null
1246   // pointer, and a getelementptr of a specific form.
1247   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;
1248        ++UI) {
1249     const Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1250
1251     // Comparison against null is ok.
1252     if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(User)) {
1253       if (!isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1254         return false;
1255       continue;
1256     }
1257
1258     // getelementptr is also ok, but only a simple form.
1259     if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1260       // Must index into the array and into the struct.
1261       if (GEPI->getNumOperands() < 3)
1262         return false;
1263
1264       // Otherwise the GEP is ok.
1265       continue;
1266     }
1267
1268     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1269       if (!LoadUsingPHIsPerLoad.insert(PN))
1270         // This means some phi nodes are dependent on each other.
1271         // Avoid infinite looping!
1272         return false;
1273       if (!LoadUsingPHIs.insert(PN))
1274         // If we have already analyzed this PHI, then it is safe.
1275         continue;
1276
1277       // Make sure all uses of the PHI are simple enough to transform.
1278       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(PN,
1279                                           LoadUsingPHIs, LoadUsingPHIsPerLoad))
1280         return false;
1281
1282       continue;
1283     }
1284
1285     // Otherwise we don't know what this is, not ok.
1286     return false;
1287   }
1288
1289   return true;
1290 }
1291
1292
1293 /// AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA - If all users of values loaded from
1294 /// GV are simple enough to perform HeapSRA, return true.
1295 static bool AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(const GlobalVariable *GV,
1296                                                     Instruction *StoredVal) {
1297   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> LoadUsingPHIs;
1298   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> LoadUsingPHIsPerLoad;
1299   for (Value::const_use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
1300        UI != E; ++UI)
1301     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
1302       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(LI, LoadUsingPHIs,
1303                                           LoadUsingPHIsPerLoad))
1304         return false;
1305       LoadUsingPHIsPerLoad.clear();
1306     }
1307
1308   // If we reach here, we know that all uses of the loads and transitive uses
1309   // (through PHI nodes) are simple enough to transform.  However, we don't know
1310   // that all inputs the to the PHI nodes are in the same equivalence sets.
1311   // Check to verify that all operands of the PHIs are either PHIS that can be
1312   // transformed, loads from GV, or MI itself.
1313   for (SmallPtrSet<const PHINode*, 32>::const_iterator I = LoadUsingPHIs.begin()
1314        , E = LoadUsingPHIs.end(); I != E; ++I) {
1315     const PHINode *PN = *I;
1316     for (unsigned op = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); op != e; ++op) {
1317       Value *InVal = PN->getIncomingValue(op);
1318
1319       // PHI of the stored value itself is ok.
1320       if (InVal == StoredVal) continue;
1321
1322       if (const PHINode *InPN = dyn_cast<PHINode>(InVal)) {
1323         // One of the PHIs in our set is (optimistically) ok.
1324         if (LoadUsingPHIs.count(InPN))
1325           continue;
1326         return false;
1327       }
1328
1329       // Load from GV is ok.
1330       if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(InVal))
1331         if (LI->getOperand(0) == GV)
1332           continue;
1333
1334       // UNDEF? NULL?
1335
1336       // Anything else is rejected.
1337       return false;
1338     }
1339   }
1340
1341   return true;
1342 }
1343
1344 static Value *GetHeapSROAValue(Value *V, unsigned FieldNo,
1345                DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1346                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1347   std::vector<Value*> &FieldVals = InsertedScalarizedValues[V];
1348
1349   if (FieldNo >= FieldVals.size())
1350     FieldVals.resize(FieldNo+1);
1351
1352   // If we already have this value, just reuse the previously scalarized
1353   // version.
1354   if (Value *FieldVal = FieldVals[FieldNo])
1355     return FieldVal;
1356
1357   // Depending on what instruction this is, we have several cases.
1358   Value *Result;
1359   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
1360     // This is a scalarized version of the load from the global.  Just create
1361     // a new Load of the scalarized global.
1362     Result = new LoadInst(GetHeapSROAValue(LI->getOperand(0), FieldNo,
1363                                            InsertedScalarizedValues,
1364                                            PHIsToRewrite),
1365                           LI->getName()+".f"+Twine(FieldNo), LI);
1366   } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1367     // PN's type is pointer to struct.  Make a new PHI of pointer to struct
1368     // field.
1369     StructType *ST =
1370       cast<StructType>(cast<PointerType>(PN->getType())->getElementType());
1371
1372     PHINode *NewPN =
1373      PHINode::Create(PointerType::getUnqual(ST->getElementType(FieldNo)),
1374                      PN->getNumIncomingValues(),
1375                      PN->getName()+".f"+Twine(FieldNo), PN);
1376     Result = NewPN;
1377     PHIsToRewrite.push_back(std::make_pair(PN, FieldNo));
1378   } else {
1379     llvm_unreachable("Unknown usable value");
1380   }
1381
1382   return FieldVals[FieldNo] = Result;
1383 }
1384
1385 /// RewriteHeapSROALoadUser - Given a load instruction and a value derived from
1386 /// the load, rewrite the derived value to use the HeapSRoA'd load.
1387 static void RewriteHeapSROALoadUser(Instruction *LoadUser,
1388              DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1389                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1390   // If this is a comparison against null, handle it.
1391   if (ICmpInst *SCI = dyn_cast<ICmpInst>(LoadUser)) {
1392     assert(isa<ConstantPointerNull>(SCI->getOperand(1)));
1393     // If we have a setcc of the loaded pointer, we can use a setcc of any
1394     // field.
1395     Value *NPtr = GetHeapSROAValue(SCI->getOperand(0), 0,
1396                                    InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1397
1398     Value *New = new ICmpInst(SCI, SCI->getPredicate(), NPtr,
1399                               Constant::getNullValue(NPtr->getType()),
1400                               SCI->getName());
1401     SCI->replaceAllUsesWith(New);
1402     SCI->eraseFromParent();
1403     return;
1404   }
1405
1406   // Handle 'getelementptr Ptr, Idx, i32 FieldNo ...'
1407   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LoadUser)) {
1408     assert(GEPI->getNumOperands() >= 3 && isa<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))
1409            && "Unexpected GEPI!");
1410
1411     // Load the pointer for this field.
1412     unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))->getZExtValue();
1413     Value *NewPtr = GetHeapSROAValue(GEPI->getOperand(0), FieldNo,
1414                                      InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1415
1416     // Create the new GEP idx vector.
1417     SmallVector<Value*, 8> GEPIdx;
1418     GEPIdx.push_back(GEPI->getOperand(1));
1419     GEPIdx.append(GEPI->op_begin()+3, GEPI->op_end());
1420
1421     Value *NGEPI = GetElementPtrInst::Create(NewPtr, GEPIdx,
1422                                              GEPI->getName(), GEPI);
1423     GEPI->replaceAllUsesWith(NGEPI);
1424     GEPI->eraseFromParent();
1425     return;
1426   }
1427
1428   // Recursively transform the users of PHI nodes.  This will lazily create the
1429   // PHIs that are needed for individual elements.  Keep track of what PHIs we
1430   // see in InsertedScalarizedValues so that we don't get infinite loops (very
1431   // antisocial).  If the PHI is already in InsertedScalarizedValues, it has
1432   // already been seen first by another load, so its uses have already been
1433   // processed.
1434   PHINode *PN = cast<PHINode>(LoadUser);
1435   if (!InsertedScalarizedValues.insert(std::make_pair(PN,
1436                                               std::vector<Value*>())).second)
1437     return;
1438
1439   // If this is the first time we've seen this PHI, recursively process all
1440   // users.
1441   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end(); UI != E; ) {
1442     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1443     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1444   }
1445 }
1446
1447 /// RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA - We are performing Heap SRoA on a global.  Ptr
1448 /// is a value loaded from the global.  Eliminate all uses of Ptr, making them
1449 /// use FieldGlobals instead.  All uses of loaded values satisfy
1450 /// AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA.
1451 static void RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LoadInst *Load,
1452                DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1453                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1454   for (Value::use_iterator UI = Load->use_begin(), E = Load->use_end();
1455        UI != E; ) {
1456     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1457     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1458   }
1459
1460   if (Load->use_empty()) {
1461     Load->eraseFromParent();
1462     InsertedScalarizedValues.erase(Load);
1463   }
1464 }
1465
1466 /// PerformHeapAllocSRoA - CI is an allocation of an array of structures.  Break
1467 /// it up into multiple allocations of arrays of the fields.
1468 static GlobalVariable *PerformHeapAllocSRoA(GlobalVariable *GV, CallInst *CI,
1469                                             Value *NElems, TargetData *TD,
1470                                             const TargetLibraryInfo *TLI) {
1471   DEBUG(dbgs() << "SROA HEAP ALLOC: " << *GV << "  MALLOC = " << *CI << '\n');
1472   Type *MAT = getMallocAllocatedType(CI, TLI);
1473   StructType *STy = cast<StructType>(MAT);
1474
1475   // There is guaranteed to be at least one use of the malloc (storing
1476   // it into GV).  If there are other uses, change them to be uses of
1477   // the global to simplify later code.  This also deletes the store
1478   // into GV.
1479   ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(CI, GV);
1480
1481   // Okay, at this point, there are no users of the malloc.  Insert N
1482   // new mallocs at the same place as CI, and N globals.
1483   std::vector<Value*> FieldGlobals;
1484   std::vector<Value*> FieldMallocs;
1485
1486   for (unsigned FieldNo = 0, e = STy->getNumElements(); FieldNo != e;++FieldNo){
1487     Type *FieldTy = STy->getElementType(FieldNo);
1488     PointerType *PFieldTy = PointerType::getUnqual(FieldTy);
1489
1490     GlobalVariable *NGV =
1491       new GlobalVariable(*GV->getParent(),
1492                          PFieldTy, false, GlobalValue::InternalLinkage,
1493                          Constant::getNullValue(PFieldTy),
1494                          GV->getName() + ".f" + Twine(FieldNo), GV,
1495                          GV->getThreadLocalMode());
1496     FieldGlobals.push_back(NGV);
1497
1498     unsigned TypeSize = TD->getTypeAllocSize(FieldTy);
1499     if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(FieldTy))
1500       TypeSize = TD->getStructLayout(ST)->getSizeInBytes();
1501     Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(CI->getContext());
1502     Value *NMI = CallInst::CreateMalloc(CI, IntPtrTy, FieldTy,
1503                                         ConstantInt::get(IntPtrTy, TypeSize),
1504                                         NElems, 0,
1505                                         CI->getName() + ".f" + Twine(FieldNo));
1506     FieldMallocs.push_back(NMI);
1507     new StoreInst(NMI, NGV, CI);
1508   }
1509
1510   // The tricky aspect of this transformation is handling the case when malloc
1511   // fails.  In the original code, malloc failing would set the result pointer
1512   // of malloc to null.  In this case, some mallocs could succeed and others
1513   // could fail.  As such, we emit code that looks like this:
1514   //    F0 = malloc(field0)
1515   //    F1 = malloc(field1)
1516   //    F2 = malloc(field2)
1517   //    if (F0 == 0 || F1 == 0 || F2 == 0) {
1518   //      if (F0) { free(F0); F0 = 0; }
1519   //      if (F1) { free(F1); F1 = 0; }
1520   //      if (F2) { free(F2); F2 = 0; }
1521   //    }
1522   // The malloc can also fail if its argument is too large.
1523   Constant *ConstantZero = ConstantInt::get(CI->getArgOperand(0)->getType(), 0);
1524   Value *RunningOr = new ICmpInst(CI, ICmpInst::ICMP_SLT, CI->getArgOperand(0),
1525                                   ConstantZero, "isneg");
1526   for (unsigned i = 0, e = FieldMallocs.size(); i != e; ++i) {
1527     Value *Cond = new ICmpInst(CI, ICmpInst::ICMP_EQ, FieldMallocs[i],
1528                              Constant::getNullValue(FieldMallocs[i]->getType()),
1529                                "isnull");
1530     RunningOr = BinaryOperator::CreateOr(RunningOr, Cond, "tmp", CI);
1531   }
1532
1533   // Split the basic block at the old malloc.
1534   BasicBlock *OrigBB = CI->getParent();
1535   BasicBlock *ContBB = OrigBB->splitBasicBlock(CI, "malloc_cont");
1536
1537   // Create the block to check the first condition.  Put all these blocks at the
1538   // end of the function as they are unlikely to be executed.
1539   BasicBlock *NullPtrBlock = BasicBlock::Create(OrigBB->getContext(),
1540                                                 "malloc_ret_null",
1541                                                 OrigBB->getParent());
1542
1543   // Remove the uncond branch from OrigBB to ContBB, turning it into a cond
1544   // branch on RunningOr.
1545   OrigBB->getTerminator()->eraseFromParent();
1546   BranchInst::Create(NullPtrBlock, ContBB, RunningOr, OrigBB);
1547
1548   // Within the NullPtrBlock, we need to emit a comparison and branch for each
1549   // pointer, because some may be null while others are not.
1550   for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1551     Value *GVVal = new LoadInst(FieldGlobals[i], "tmp", NullPtrBlock);
1552     Value *Cmp = new ICmpInst(*NullPtrBlock, ICmpInst::ICMP_NE, GVVal,
1553                               Constant::getNullValue(GVVal->getType()));
1554     BasicBlock *FreeBlock = BasicBlock::Create(Cmp->getContext(), "free_it",
1555                                                OrigBB->getParent());
1556     BasicBlock *NextBlock = BasicBlock::Create(Cmp->getContext(), "next",
1557                                                OrigBB->getParent());
1558     Instruction *BI = BranchInst::Create(FreeBlock, NextBlock,
1559                                          Cmp, NullPtrBlock);
1560
1561     // Fill in FreeBlock.
1562     CallInst::CreateFree(GVVal, BI);
1563     new StoreInst(Constant::getNullValue(GVVal->getType()), FieldGlobals[i],
1564                   FreeBlock);
1565     BranchInst::Create(NextBlock, FreeBlock);
1566
1567     NullPtrBlock = NextBlock;
1568   }
1569
1570   BranchInst::Create(ContBB, NullPtrBlock);
1571
1572   // CI is no longer needed, remove it.
1573   CI->eraseFromParent();
1574
1575   /// InsertedScalarizedLoads - As we process loads, if we can't immediately
1576   /// update all uses of the load, keep track of what scalarized loads are
1577   /// inserted for a given load.
1578   DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > InsertedScalarizedValues;
1579   InsertedScalarizedValues[GV] = FieldGlobals;
1580
1581   std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > PHIsToRewrite;
1582
1583   // Okay, the malloc site is completely handled.  All of the uses of GV are now
1584   // loads, and all uses of those loads are simple.  Rewrite them to use loads
1585   // of the per-field globals instead.
1586   for (Value::use_iterator UI = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); UI != E;) {
1587     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1588
1589     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1590       RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LI, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1591       continue;
1592     }
1593
1594     // Must be a store of null.
1595     StoreInst *SI = cast<StoreInst>(User);
1596     assert(isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(0)) &&
1597            "Unexpected heap-sra user!");
1598
1599     // Insert a store of null into each global.
1600     for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1601       PointerType *PT = cast<PointerType>(FieldGlobals[i]->getType());
1602       Constant *Null = Constant::getNullValue(PT->getElementType());
1603       new StoreInst(Null, FieldGlobals[i], SI);
1604     }
1605     // Erase the original store.
1606     SI->eraseFromParent();
1607   }
1608
1609   // While we have PHIs that are interesting to rewrite, do it.
1610   while (!PHIsToRewrite.empty()) {
1611     PHINode *PN = PHIsToRewrite.back().first;
1612     unsigned FieldNo = PHIsToRewrite.back().second;
1613     PHIsToRewrite.pop_back();
1614     PHINode *FieldPN = cast<PHINode>(InsertedScalarizedValues[PN][FieldNo]);
1615     assert(FieldPN->getNumIncomingValues() == 0 &&"Already processed this phi");
1616
1617     // Add all the incoming values.  This can materialize more phis.
1618     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1619       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1620       InVal = GetHeapSROAValue(InVal, FieldNo, InsertedScalarizedValues,
1621                                PHIsToRewrite);
1622       FieldPN->addIncoming(InVal, PN->getIncomingBlock(i));
1623     }
1624   }
1625
1626   // Drop all inter-phi links and any loads that made it this far.
1627   for (DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator
1628        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1629        I != E; ++I) {
1630     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1631       PN->dropAllReferences();
1632     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1633       LI->dropAllReferences();
1634   }
1635
1636   // Delete all the phis and loads now that inter-references are dead.
1637   for (DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator
1638        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1639        I != E; ++I) {
1640     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1641       PN->eraseFromParent();
1642     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1643       LI->eraseFromParent();
1644   }
1645
1646   // The old global is now dead, remove it.
1647   GV->eraseFromParent();
1648
1649   ++NumHeapSRA;
1650   return cast<GlobalVariable>(FieldGlobals[0]);
1651 }
1652
1653 /// TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal - This function is called when we see a
1654 /// pointer global variable with a single value stored it that is a malloc or
1655 /// cast of malloc.
1656 static bool TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GlobalVariable *GV,
1657                                                CallInst *CI,
1658                                                Type *AllocTy,
1659                                                AtomicOrdering Ordering,
1660                                                Module::global_iterator &GVI,
1661                                                TargetData *TD,
1662                                                TargetLibraryInfo *TLI) {
1663   if (!TD)
1664     return false;
1665
1666   // If this is a malloc of an abstract type, don't touch it.
1667   if (!AllocTy->isSized())
1668     return false;
1669
1670   // We can't optimize this global unless all uses of it are *known* to be
1671   // of the malloc value, not of the null initializer value (consider a use
1672   // that compares the global's value against zero to see if the malloc has
1673   // been reached).  To do this, we check to see if all uses of the global
1674   // would trap if the global were null: this proves that they must all
1675   // happen after the malloc.
1676   if (!AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(GV))
1677     return false;
1678
1679   // We can't optimize this if the malloc itself is used in a complex way,
1680   // for example, being stored into multiple globals.  This allows the
1681   // malloc to be stored into the specified global, loaded icmp'd, and
1682   // GEP'd.  These are all things we could transform to using the global
1683   // for.
1684   SmallPtrSet<const PHINode*, 8> PHIs;
1685   if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(CI, GV, PHIs))
1686     return false;
1687
1688   // If we have a global that is only initialized with a fixed size malloc,
1689   // transform the program to use global memory instead of malloc'd memory.
1690   // This eliminates dynamic allocation, avoids an indirection accessing the
1691   // data, and exposes the resultant global to further GlobalOpt.
1692   // We cannot optimize the malloc if we cannot determine malloc array size.
1693   Value *NElems = getMallocArraySize(CI, TD, TLI, true);
1694   if (!NElems)
1695     return false;
1696
1697   if (ConstantInt *NElements = dyn_cast<ConstantInt>(NElems))
1698     // Restrict this transformation to only working on small allocations
1699     // (2048 bytes currently), as we don't want to introduce a 16M global or
1700     // something.
1701     if (NElements->getZExtValue() * TD->getTypeAllocSize(AllocTy) < 2048) {
1702       GVI = OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GV, CI, AllocTy, NElements, TD, TLI);
1703       return true;
1704     }
1705
1706   // If the allocation is an array of structures, consider transforming this
1707   // into multiple malloc'd arrays, one for each field.  This is basically
1708   // SRoA for malloc'd memory.
1709
1710   if (Ordering != NotAtomic)
1711     return false;
1712
1713   // If this is an allocation of a fixed size array of structs, analyze as a
1714   // variable size array.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1715   if (NElems == ConstantInt::get(CI->getArgOperand(0)->getType(), 1))
1716     if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(AllocTy))
1717       AllocTy = AT->getElementType();
1718
1719   StructType *AllocSTy = dyn_cast<StructType>(AllocTy);
1720   if (!AllocSTy)
1721     return false;
1722
1723   // This the structure has an unreasonable number of fields, leave it
1724   // alone.
1725   if (AllocSTy->getNumElements() <= 16 && AllocSTy->getNumElements() != 0 &&
1726       AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(GV, CI)) {
1727
1728     // If this is a fixed size array, transform the Malloc to be an alloc of
1729     // structs.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1730     if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(getMallocAllocatedType(CI, TLI))) {
1731       Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(CI->getContext());
1732       unsigned TypeSize = TD->getStructLayout(AllocSTy)->getSizeInBytes();
1733       Value *AllocSize = ConstantInt::get(IntPtrTy, TypeSize);
1734       Value *NumElements = ConstantInt::get(IntPtrTy, AT->getNumElements());
1735       Instruction *Malloc = CallInst::CreateMalloc(CI, IntPtrTy, AllocSTy,
1736                                                    AllocSize, NumElements,
1737                                                    0, CI->getName());
1738       Instruction *Cast = new BitCastInst(Malloc, CI->getType(), "tmp", CI);
1739       CI->replaceAllUsesWith(Cast);
1740       CI->eraseFromParent();
1741       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Malloc))
1742         CI = cast<CallInst>(BCI->getOperand(0));
1743       else
1744         CI = cast<CallInst>(Malloc);
1745     }
1746
1747     GVI = PerformHeapAllocSRoA(GV, CI, getMallocArraySize(CI, TD, TLI, true),
1748                                TD, TLI);
1749     return true;
1750   }
1751
1752   return false;
1753 }
1754
1755 // OptimizeOnceStoredGlobal - Try to optimize globals based on the knowledge
1756 // that only one value (besides its initializer) is ever stored to the global.
1757 static bool OptimizeOnceStoredGlobal(GlobalVariable *GV, Value *StoredOnceVal,
1758                                      AtomicOrdering Ordering,
1759                                      Module::global_iterator &GVI,
1760                                      TargetData *TD, TargetLibraryInfo *TLI) {
1761   // Ignore no-op GEPs and bitcasts.
1762   StoredOnceVal = StoredOnceVal->stripPointerCasts();
1763
1764   // If we are dealing with a pointer global that is initialized to null and
1765   // only has one (non-null) value stored into it, then we can optimize any
1766   // users of the loaded value (often calls and loads) that would trap if the
1767   // value was null.
1768   if (GV->getInitializer()->getType()->isPointerTy() &&
1769       GV->getInitializer()->isNullValue()) {
1770     if (Constant *SOVC = dyn_cast<Constant>(StoredOnceVal)) {
1771       if (GV->getInitializer()->getType() != SOVC->getType())
1772         SOVC = ConstantExpr::getBitCast(SOVC, GV->getInitializer()->getType());
1773
1774       // Optimize away any trapping uses of the loaded value.
1775       if (OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GV, SOVC, TD, TLI))
1776         return true;
1777     } else if (CallInst *CI = extractMallocCall(StoredOnceVal, TLI)) {
1778       Type *MallocType = getMallocAllocatedType(CI, TLI);
1779       if (MallocType &&
1780           TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GV, CI, MallocType, Ordering, GVI,
1781                                              TD, TLI))
1782         return true;
1783     }
1784   }
1785
1786   return false;
1787 }
1788
1789 /// TryToShrinkGlobalToBoolean - At this point, we have learned that the only
1790 /// two values ever stored into GV are its initializer and OtherVal.  See if we
1791 /// can shrink the global into a boolean and select between the two values
1792 /// whenever it is used.  This exposes the values to other scalar optimizations.
1793 static bool TryToShrinkGlobalToBoolean(GlobalVariable *GV, Constant *OtherVal) {
1794   Type *GVElType = GV->getType()->getElementType();
1795
1796   // If GVElType is already i1, it is already shrunk.  If the type of the GV is
1797   // an FP value, pointer or vector, don't do this optimization because a select
1798   // between them is very expensive and unlikely to lead to later
1799   // simplification.  In these cases, we typically end up with "cond ? v1 : v2"
1800   // where v1 and v2 both require constant pool loads, a big loss.
1801   if (GVElType == Type::getInt1Ty(GV->getContext()) ||
1802       GVElType->isFloatingPointTy() ||
1803       GVElType->isPointerTy() || GVElType->isVectorTy())
1804     return false;
1805
1806   // Walk the use list of the global seeing if all the uses are load or store.
1807   // If there is anything else, bail out.
1808   for (Value::use_iterator I = GV->use_begin(), E = GV->use_end(); I != E; ++I){
1809     User *U = *I;
1810     if (!isa<LoadInst>(U) && !isa<StoreInst>(U))
1811       return false;
1812   }
1813
1814   DEBUG(dbgs() << "   *** SHRINKING TO BOOL: " << *GV);
1815
1816   // Create the new global, initializing it to false.
1817   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(Type::getInt1Ty(GV->getContext()),
1818                                              false,
1819                                              GlobalValue::InternalLinkage,
1820                                         ConstantInt::getFalse(GV->getContext()),
1821                                              GV->getName()+".b",
1822                                              GV->getThreadLocalMode());
1823   GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV, NewGV);
1824
1825   Constant *InitVal = GV->getInitializer();
1826   assert(InitVal->getType() != Type::getInt1Ty(GV->getContext()) &&
1827          "No reason to shrink to bool!");
1828
1829   // If initialized to zero and storing one into the global, we can use a cast
1830   // instead of a select to synthesize the desired value.
1831   bool IsOneZero = false;
1832   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal))
1833     IsOneZero = InitVal->isNullValue() && CI->isOne();
1834
1835   while (!GV->use_empty()) {
1836     Instruction *UI = cast<Instruction>(GV->use_back());
1837     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
1838       // Change the store into a boolean store.
1839       bool StoringOther = SI->getOperand(0) == OtherVal;
1840       // Only do this if we weren't storing a loaded value.
1841       Value *StoreVal;
1842       if (StoringOther || SI->getOperand(0) == InitVal)
1843         StoreVal = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(GV->getContext()),
1844                                     StoringOther);
1845       else {
1846         // Otherwise, we are storing a previously loaded copy.  To do this,
1847         // change the copy from copying the original value to just copying the
1848         // bool.
1849         Instruction *StoredVal = cast<Instruction>(SI->getOperand(0));
1850
1851         // If we've already replaced the input, StoredVal will be a cast or
1852         // select instruction.  If not, it will be a load of the original
1853         // global.
1854         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(StoredVal)) {
1855           assert(LI->getOperand(0) == GV && "Not a copy!");
1856           // Insert a new load, to preserve the saved value.
1857           StoreVal = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", false, 0,
1858                                   LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(), LI);
1859         } else {
1860           assert((isa<CastInst>(StoredVal) || isa<SelectInst>(StoredVal)) &&
1861                  "This is not a form that we understand!");
1862           StoreVal = StoredVal->getOperand(0);
1863           assert(isa<LoadInst>(StoreVal) && "Not a load of NewGV!");
1864         }
1865       }
1866       new StoreInst(StoreVal, NewGV, false, 0,
1867                     SI->getOrdering(), SI->getSynchScope(), SI);
1868     } else {
1869       // Change the load into a load of bool then a select.
1870       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(UI);
1871       LoadInst *NLI = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", false, 0,
1872                                    LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(), LI);
1873       Value *NSI;
1874       if (IsOneZero)
1875         NSI = new ZExtInst(NLI, LI->getType(), "", LI);
1876       else
1877         NSI = SelectInst::Create(NLI, OtherVal, InitVal, "", LI);
1878       NSI->takeName(LI);
1879       LI->replaceAllUsesWith(NSI);
1880     }
1881     UI->eraseFromParent();
1882   }
1883
1884   GV->eraseFromParent();
1885   return true;
1886 }
1887
1888
1889 /// ProcessGlobal - Analyze the specified global variable and optimize it if
1890 /// possible.  If we make a change, return true.
1891 bool GlobalOpt::ProcessGlobal(GlobalVariable *GV,
1892                               Module::global_iterator &GVI) {
1893   if (!GV->isDiscardableIfUnused())
1894     return false;
1895
1896   // Do more involved optimizations if the global is internal.
1897   GV->removeDeadConstantUsers();
1898
1899   if (GV->use_empty()) {
1900     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL DEAD: " << *GV);
1901     GV->eraseFromParent();
1902     ++NumDeleted;
1903     return true;
1904   }
1905
1906   if (!GV->hasLocalLinkage())
1907     return false;
1908
1909   SmallPtrSet<const PHINode*, 16> PHIUsers;
1910   GlobalStatus GS;
1911
1912   if (AnalyzeGlobal(GV, GS, PHIUsers))
1913     return false;
1914
1915   if (!GS.isCompared && !GV->hasUnnamedAddr()) {
1916     GV->setUnnamedAddr(true);
1917     NumUnnamed++;
1918   }
1919
1920   if (GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
1921     return false;
1922
1923   return ProcessInternalGlobal(GV, GVI, PHIUsers, GS);
1924 }
1925
1926 /// ProcessInternalGlobal - Analyze the specified global variable and optimize
1927 /// it if possible.  If we make a change, return true.
1928 bool GlobalOpt::ProcessInternalGlobal(GlobalVariable *GV,
1929                                       Module::global_iterator &GVI,
1930                                 const SmallPtrSet<const PHINode*, 16> &PHIUsers,
1931                                       const GlobalStatus &GS) {
1932   // If this is a first class global and has only one accessing function
1933   // and this function is main (which we know is not recursive we can make
1934   // this global a local variable) we replace the global with a local alloca
1935   // in this function.
1936   //
1937   // NOTE: It doesn't make sense to promote non single-value types since we
1938   // are just replacing static memory to stack memory.
1939   //
1940   // If the global is in different address space, don't bring it to stack.
1941   if (!GS.HasMultipleAccessingFunctions &&
1942       GS.AccessingFunction && !GS.HasNonInstructionUser &&
1943       GV->getType()->getElementType()->isSingleValueType() &&
1944       GS.AccessingFunction->getName() == "main" &&
1945       GS.AccessingFunction->hasExternalLinkage() &&
1946       GV->getType()->getAddressSpace() == 0) {
1947     DEBUG(dbgs() << "LOCALIZING GLOBAL: " << *GV);
1948     Instruction &FirstI = const_cast<Instruction&>(*GS.AccessingFunction
1949                                                    ->getEntryBlock().begin());
1950     Type *ElemTy = GV->getType()->getElementType();
1951     // FIXME: Pass Global's alignment when globals have alignment
1952     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(ElemTy, NULL, GV->getName(), &FirstI);
1953     if (!isa<UndefValue>(GV->getInitializer()))
1954       new StoreInst(GV->getInitializer(), Alloca, &FirstI);
1955
1956     GV->replaceAllUsesWith(Alloca);
1957     GV->eraseFromParent();
1958     ++NumLocalized;
1959     return true;
1960   }
1961
1962   // If the global is never loaded (but may be stored to), it is dead.
1963   // Delete it now.
1964   if (!GS.isLoaded) {
1965     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL NEVER LOADED: " << *GV);
1966
1967     bool Changed;
1968     if (isLeakCheckerRoot(GV)) {
1969       // Delete any constant stores to the global.
1970       Changed = CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
1971     } else {
1972       // Delete any stores we can find to the global.  We may not be able to
1973       // make it completely dead though.
1974       Changed = CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), TD, TLI);
1975     }
1976
1977     // If the global is dead now, delete it.
1978     if (GV->use_empty()) {
1979       GV->eraseFromParent();
1980       ++NumDeleted;
1981       Changed = true;
1982     }
1983     return Changed;
1984
1985   } else if (GS.StoredType <= GlobalStatus::isInitializerStored) {
1986     DEBUG(dbgs() << "MARKING CONSTANT: " << *GV);
1987     GV->setConstant(true);
1988
1989     // Clean up any obviously simplifiable users now.
1990     CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), TD, TLI);
1991
1992     // If the global is dead now, just nuke it.
1993     if (GV->use_empty()) {
1994       DEBUG(dbgs() << "   *** Marking constant allowed us to simplify "
1995             << "all users and delete global!\n");
1996       GV->eraseFromParent();
1997       ++NumDeleted;
1998     }
1999
2000     ++NumMarked;
2001     return true;
2002   } else if (!GV->getInitializer()->getType()->isSingleValueType()) {
2003     if (TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>())
2004       if (GlobalVariable *FirstNewGV = SRAGlobal(GV, *TD)) {
2005         GVI = FirstNewGV;  // Don't skip the newly produced globals!
2006         return true;
2007       }
2008   } else if (GS.StoredType == GlobalStatus::isStoredOnce) {
2009     // If the initial value for the global was an undef value, and if only
2010     // one other value was stored into it, we can just change the
2011     // initializer to be the stored value, then delete all stores to the
2012     // global.  This allows us to mark it constant.
2013     if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue))
2014       if (isa<UndefValue>(GV->getInitializer())) {
2015         // Change the initial value here.
2016         GV->setInitializer(SOVConstant);
2017
2018         // Clean up any obviously simplifiable users now.
2019         CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), TD, TLI);
2020
2021         if (GV->use_empty()) {
2022           DEBUG(dbgs() << "   *** Substituting initializer allowed us to "
2023                        << "simplify all users and delete global!\n");
2024           GV->eraseFromParent();
2025           ++NumDeleted;
2026         } else {
2027           GVI = GV;
2028         }
2029         ++NumSubstitute;
2030         return true;
2031       }
2032
2033     // Try to optimize globals based on the knowledge that only one value
2034     // (besides its initializer) is ever stored to the global.
2035     if (OptimizeOnceStoredGlobal(GV, GS.StoredOnceValue, GS.Ordering, GVI,
2036                                  TD, TLI))
2037       return true;
2038
2039     // Otherwise, if the global was not a boolean, we can shrink it to be a
2040     // boolean.
2041     if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue))
2042       if (TryToShrinkGlobalToBoolean(GV, SOVConstant)) {
2043         ++NumShrunkToBool;
2044         return true;
2045       }
2046   }
2047
2048   return false;
2049 }
2050
2051 /// ChangeCalleesToFastCall - Walk all of the direct calls of the specified
2052 /// function, changing them to FastCC.
2053 static void ChangeCalleesToFastCall(Function *F) {
2054   for (Value::use_iterator UI = F->use_begin(), E = F->use_end(); UI != E;++UI){
2055     if (isa<BlockAddress>(*UI))
2056       continue;
2057     CallSite User(cast<Instruction>(*UI));
2058     User.setCallingConv(CallingConv::Fast);
2059   }
2060 }
2061
2062 static AttrListPtr StripNest(const AttrListPtr &Attrs) {
2063   for (unsigned i = 0, e = Attrs.getNumSlots(); i != e; ++i) {
2064     if ((Attrs.getSlot(i).Attrs & Attribute::Nest) == 0)
2065       continue;
2066
2067     // There can be only one.
2068     return Attrs.removeAttr(Attrs.getSlot(i).Index, Attribute::Nest);
2069   }
2070
2071   return Attrs;
2072 }
2073
2074 static void RemoveNestAttribute(Function *F) {
2075   F->setAttributes(StripNest(F->getAttributes()));
2076   for (Value::use_iterator UI = F->use_begin(), E = F->use_end(); UI != E;++UI){
2077     if (isa<BlockAddress>(*UI))
2078       continue;
2079     CallSite User(cast<Instruction>(*UI));
2080     User.setAttributes(StripNest(User.getAttributes()));
2081   }
2082 }
2083
2084 bool GlobalOpt::OptimizeFunctions(Module &M) {
2085   bool Changed = false;
2086   // Optimize functions.
2087   for (Module::iterator FI = M.begin(), E = M.end(); FI != E; ) {
2088     Function *F = FI++;
2089     // Functions without names cannot be referenced outside this module.
2090     if (!F->hasName() && !F->isDeclaration())
2091       F->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
2092     F->removeDeadConstantUsers();
2093     if (F->isDefTriviallyDead()) {
2094       F->eraseFromParent();
2095       Changed = true;
2096       ++NumFnDeleted;
2097     } else if (F->hasLocalLinkage()) {
2098       if (F->getCallingConv() == CallingConv::C && !F->isVarArg() &&
2099           !F->hasAddressTaken()) {
2100         // If this function has C calling conventions, is not a varargs
2101         // function, and is only called directly, promote it to use the Fast
2102         // calling convention.
2103         F->setCallingConv(CallingConv::Fast);
2104         ChangeCalleesToFastCall(F);
2105         ++NumFastCallFns;
2106         Changed = true;
2107       }
2108
2109       if (F->getAttributes().hasAttrSomewhere(Attribute::Nest) &&
2110           !F->hasAddressTaken()) {
2111         // The function is not used by a trampoline intrinsic, so it is safe
2112         // to remove the 'nest' attribute.
2113         RemoveNestAttribute(F);
2114         ++NumNestRemoved;
2115         Changed = true;
2116       }
2117     }
2118   }
2119   return Changed;
2120 }
2121
2122 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalVars(Module &M) {
2123   bool Changed = false;
2124   for (Module::global_iterator GVI = M.global_begin(), E = M.global_end();
2125        GVI != E; ) {
2126     GlobalVariable *GV = GVI++;
2127     // Global variables without names cannot be referenced outside this module.
2128     if (!GV->hasName() && !GV->isDeclaration())
2129       GV->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
2130     // Simplify the initializer.
2131     if (GV->hasInitializer())
2132       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GV->getInitializer())) {
2133         Constant *New = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2134         if (New && New != CE)
2135           GV->setInitializer(New);
2136       }
2137
2138     Changed |= ProcessGlobal(GV, GVI);
2139   }
2140   return Changed;
2141 }
2142
2143 /// FindGlobalCtors - Find the llvm.global_ctors list, verifying that all
2144 /// initializers have an init priority of 65535.
2145 GlobalVariable *GlobalOpt::FindGlobalCtors(Module &M) {
2146   GlobalVariable *GV = M.getGlobalVariable("llvm.global_ctors");
2147   if (GV == 0) return 0;
2148   
2149   // Verify that the initializer is simple enough for us to handle. We are
2150   // only allowed to optimize the initializer if it is unique.
2151   if (!GV->hasUniqueInitializer()) return 0;
2152
2153   if (isa<ConstantAggregateZero>(GV->getInitializer()))
2154     return GV;
2155   ConstantArray *CA = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
2156
2157   for (User::op_iterator i = CA->op_begin(), e = CA->op_end(); i != e; ++i) {
2158     if (isa<ConstantAggregateZero>(*i))
2159       continue;
2160     ConstantStruct *CS = cast<ConstantStruct>(*i);
2161     if (isa<ConstantPointerNull>(CS->getOperand(1)))
2162       continue;
2163
2164     // Must have a function or null ptr.
2165     if (!isa<Function>(CS->getOperand(1)))
2166       return 0;
2167
2168     // Init priority must be standard.
2169     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(CS->getOperand(0));
2170     if (CI->getZExtValue() != 65535)
2171       return 0;
2172   }
2173
2174   return GV;
2175 }
2176
2177 /// ParseGlobalCtors - Given a llvm.global_ctors list that we can understand,
2178 /// return a list of the functions and null terminator as a vector.
2179 static std::vector<Function*> ParseGlobalCtors(GlobalVariable *GV) {
2180   if (GV->getInitializer()->isNullValue())
2181     return std::vector<Function*>();
2182   ConstantArray *CA = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
2183   std::vector<Function*> Result;
2184   Result.reserve(CA->getNumOperands());
2185   for (User::op_iterator i = CA->op_begin(), e = CA->op_end(); i != e; ++i) {
2186     ConstantStruct *CS = cast<ConstantStruct>(*i);
2187     Result.push_back(dyn_cast<Function>(CS->getOperand(1)));
2188   }
2189   return Result;
2190 }
2191
2192 /// InstallGlobalCtors - Given a specified llvm.global_ctors list, install the
2193 /// specified array, returning the new global to use.
2194 static GlobalVariable *InstallGlobalCtors(GlobalVariable *GCL,
2195                                           const std::vector<Function*> &Ctors) {
2196   // If we made a change, reassemble the initializer list.
2197   Constant *CSVals[2];
2198   CSVals[0] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(GCL->getContext()), 65535);
2199   CSVals[1] = 0;
2200
2201   StructType *StructTy =
2202     cast <StructType>(
2203     cast<ArrayType>(GCL->getType()->getElementType())->getElementType());
2204
2205   // Create the new init list.
2206   std::vector<Constant*> CAList;
2207   for (unsigned i = 0, e = Ctors.size(); i != e; ++i) {
2208     if (Ctors[i]) {
2209       CSVals[1] = Ctors[i];
2210     } else {
2211       Type *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(GCL->getContext()),
2212                                           false);
2213       PointerType *PFTy = PointerType::getUnqual(FTy);
2214       CSVals[1] = Constant::getNullValue(PFTy);
2215       CSVals[0] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(GCL->getContext()),
2216                                    0x7fffffff);
2217     }
2218     CAList.push_back(ConstantStruct::get(StructTy, CSVals));
2219   }
2220
2221   // Create the array initializer.
2222   Constant *CA = ConstantArray::get(ArrayType::get(StructTy,
2223                                                    CAList.size()), CAList);
2224
2225   // If we didn't change the number of elements, don't create a new GV.
2226   if (CA->getType() == GCL->getInitializer()->getType()) {
2227     GCL->setInitializer(CA);
2228     return GCL;
2229   }
2230
2231   // Create the new global and insert it next to the existing list.
2232   GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(CA->getType(), GCL->isConstant(),
2233                                            GCL->getLinkage(), CA, "",
2234                                            GCL->getThreadLocalMode());
2235   GCL->getParent()->getGlobalList().insert(GCL, NGV);
2236   NGV->takeName(GCL);
2237
2238   // Nuke the old list, replacing any uses with the new one.
2239   if (!GCL->use_empty()) {
2240     Constant *V = NGV;
2241     if (V->getType() != GCL->getType())
2242       V = ConstantExpr::getBitCast(V, GCL->getType());
2243     GCL->replaceAllUsesWith(V);
2244   }
2245   GCL->eraseFromParent();
2246
2247   if (Ctors.size())
2248     return NGV;
2249   else
2250     return 0;
2251 }
2252
2253
2254 static inline bool 
2255 isSimpleEnoughValueToCommit(Constant *C,
2256                             SmallPtrSet<Constant*, 8> &SimpleConstants,
2257                             const TargetData *TD);
2258
2259
2260 /// isSimpleEnoughValueToCommit - Return true if the specified constant can be
2261 /// handled by the code generator.  We don't want to generate something like:
2262 ///   void *X = &X/42;
2263 /// because the code generator doesn't have a relocation that can handle that.
2264 ///
2265 /// This function should be called if C was not found (but just got inserted)
2266 /// in SimpleConstants to avoid having to rescan the same constants all the
2267 /// time.
2268 static bool isSimpleEnoughValueToCommitHelper(Constant *C,
2269                                    SmallPtrSet<Constant*, 8> &SimpleConstants,
2270                                    const TargetData *TD) {
2271   // Simple integer, undef, constant aggregate zero, global addresses, etc are
2272   // all supported.
2273   if (C->getNumOperands() == 0 || isa<BlockAddress>(C) ||
2274       isa<GlobalValue>(C))
2275     return true;
2276   
2277   // Aggregate values are safe if all their elements are.
2278   if (isa<ConstantArray>(C) || isa<ConstantStruct>(C) ||
2279       isa<ConstantVector>(C)) {
2280     for (unsigned i = 0, e = C->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2281       Constant *Op = cast<Constant>(C->getOperand(i));
2282       if (!isSimpleEnoughValueToCommit(Op, SimpleConstants, TD))
2283         return false;
2284     }
2285     return true;
2286   }
2287   
2288   // We don't know exactly what relocations are allowed in constant expressions,
2289   // so we allow &global+constantoffset, which is safe and uniformly supported
2290   // across targets.
2291   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(C);
2292   switch (CE->getOpcode()) {
2293   case Instruction::BitCast:
2294     // Bitcast is fine if the casted value is fine.
2295     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2296
2297   case Instruction::IntToPtr:
2298   case Instruction::PtrToInt:
2299     // int <=> ptr is fine if the int type is the same size as the
2300     // pointer type.
2301     if (!TD || TD->getTypeSizeInBits(CE->getType()) !=
2302                TD->getTypeSizeInBits(CE->getOperand(0)->getType()))
2303       return false;
2304     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2305       
2306   // GEP is fine if it is simple + constant offset.
2307   case Instruction::GetElementPtr:
2308     for (unsigned i = 1, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
2309       if (!isa<ConstantInt>(CE->getOperand(i)))
2310         return false;
2311     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2312       
2313   case Instruction::Add:
2314     // We allow simple+cst.
2315     if (!isa<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
2316       return false;
2317     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, TD);
2318   }
2319   return false;
2320 }
2321
2322 static inline bool 
2323 isSimpleEnoughValueToCommit(Constant *C,
2324                             SmallPtrSet<Constant*, 8> &SimpleConstants,
2325                             const TargetData *TD) {
2326   // If we already checked this constant, we win.
2327   if (!SimpleConstants.insert(C)) return true;
2328   // Check the constant.
2329   return isSimpleEnoughValueToCommitHelper(C, SimpleConstants, TD);
2330 }
2331
2332
2333 /// isSimpleEnoughPointerToCommit - Return true if this constant is simple
2334 /// enough for us to understand.  In particular, if it is a cast to anything
2335 /// other than from one pointer type to another pointer type, we punt.
2336 /// We basically just support direct accesses to globals and GEP's of
2337 /// globals.  This should be kept up to date with CommitValueTo.
2338 static bool isSimpleEnoughPointerToCommit(Constant *C) {
2339   // Conservatively, avoid aggregate types. This is because we don't
2340   // want to worry about them partially overlapping other stores.
2341   if (!cast<PointerType>(C->getType())->getElementType()->isSingleValueType())
2342     return false;
2343
2344   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(C))
2345     // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2346     // external globals.
2347     return GV->hasUniqueInitializer();
2348
2349   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C)) {
2350     // Handle a constantexpr gep.
2351     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
2352         isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0)) &&
2353         cast<GEPOperator>(CE)->isInBounds()) {
2354       GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2355       // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2356       // external globals.
2357       if (!GV->hasUniqueInitializer())
2358         return false;
2359
2360       // The first index must be zero.
2361       ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*llvm::next(CE->op_begin()));
2362       if (!CI || !CI->isZero()) return false;
2363
2364       // The remaining indices must be compile-time known integers within the
2365       // notional bounds of the corresponding static array types.
2366       if (!CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing())
2367         return false;
2368
2369       return ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE);
2370     
2371     // A constantexpr bitcast from a pointer to another pointer is a no-op,
2372     // and we know how to evaluate it by moving the bitcast from the pointer
2373     // operand to the value operand.
2374     } else if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast &&
2375                isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))) {
2376       // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2377       // external globals.
2378       return cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))->hasUniqueInitializer();
2379     }
2380   }
2381   
2382   return false;
2383 }
2384
2385 /// EvaluateStoreInto - Evaluate a piece of a constantexpr store into a global
2386 /// initializer.  This returns 'Init' modified to reflect 'Val' stored into it.
2387 /// At this point, the GEP operands of Addr [0, OpNo) have been stepped into.
2388 static Constant *EvaluateStoreInto(Constant *Init, Constant *Val,
2389                                    ConstantExpr *Addr, unsigned OpNo) {
2390   // Base case of the recursion.
2391   if (OpNo == Addr->getNumOperands()) {
2392     assert(Val->getType() == Init->getType() && "Type mismatch!");
2393     return Val;
2394   }
2395
2396   SmallVector<Constant*, 32> Elts;
2397   if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
2398     // Break up the constant into its elements.
2399     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
2400       Elts.push_back(Init->getAggregateElement(i));
2401
2402     // Replace the element that we are supposed to.
2403     ConstantInt *CU = cast<ConstantInt>(Addr->getOperand(OpNo));
2404     unsigned Idx = CU->getZExtValue();
2405     assert(Idx < STy->getNumElements() && "Struct index out of range!");
2406     Elts[Idx] = EvaluateStoreInto(Elts[Idx], Val, Addr, OpNo+1);
2407
2408     // Return the modified struct.
2409     return ConstantStruct::get(STy, Elts);
2410   }
2411   
2412   ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(Addr->getOperand(OpNo));
2413   SequentialType *InitTy = cast<SequentialType>(Init->getType());
2414
2415   uint64_t NumElts;
2416   if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(InitTy))
2417     NumElts = ATy->getNumElements();
2418   else
2419     NumElts = InitTy->getVectorNumElements();
2420
2421   // Break up the array into elements.
2422   for (uint64_t i = 0, e = NumElts; i != e; ++i)
2423     Elts.push_back(Init->getAggregateElement(i));
2424
2425   assert(CI->getZExtValue() < NumElts);
2426   Elts[CI->getZExtValue()] =
2427     EvaluateStoreInto(Elts[CI->getZExtValue()], Val, Addr, OpNo+1);
2428
2429   if (Init->getType()->isArrayTy())
2430     return ConstantArray::get(cast<ArrayType>(InitTy), Elts);
2431   return ConstantVector::get(Elts);
2432 }
2433
2434 /// CommitValueTo - We have decided that Addr (which satisfies the predicate
2435 /// isSimpleEnoughPointerToCommit) should get Val as its value.  Make it happen.
2436 static void CommitValueTo(Constant *Val, Constant *Addr) {
2437   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Addr)) {
2438     assert(GV->hasInitializer());
2439     GV->setInitializer(Val);
2440     return;
2441   }
2442
2443   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(Addr);
2444   GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2445   GV->setInitializer(EvaluateStoreInto(GV->getInitializer(), Val, CE, 2));
2446 }
2447
2448 namespace {
2449
2450 /// Evaluator - This class evaluates LLVM IR, producing the Constant
2451 /// representing each SSA instruction.  Changes to global variables are stored
2452 /// in a mapping that can be iterated over after the evaluation is complete.
2453 /// Once an evaluation call fails, the evaluation object should not be reused.
2454 class Evaluator {
2455 public:
2456   Evaluator(const TargetData *TD, const TargetLibraryInfo *TLI)
2457     : TD(TD), TLI(TLI) {
2458     ValueStack.push_back(new DenseMap<Value*, Constant*>);
2459   }
2460
2461   ~Evaluator() {
2462     DeleteContainerPointers(ValueStack);
2463     while (!AllocaTmps.empty()) {
2464       GlobalVariable *Tmp = AllocaTmps.back();
2465       AllocaTmps.pop_back();
2466
2467       // If there are still users of the alloca, the program is doing something
2468       // silly, e.g. storing the address of the alloca somewhere and using it
2469       // later.  Since this is undefined, we'll just make it be null.
2470       if (!Tmp->use_empty())
2471         Tmp->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(Tmp->getType()));
2472       delete Tmp;
2473     }
2474   }
2475
2476   /// EvaluateFunction - Evaluate a call to function F, returning true if
2477   /// successful, false if we can't evaluate it.  ActualArgs contains the formal
2478   /// arguments for the function.
2479   bool EvaluateFunction(Function *F, Constant *&RetVal,
2480                         const SmallVectorImpl<Constant*> &ActualArgs);
2481
2482   /// EvaluateBlock - Evaluate all instructions in block BB, returning true if
2483   /// successful, false if we can't evaluate it.  NewBB returns the next BB that
2484   /// control flows into, or null upon return.
2485   bool EvaluateBlock(BasicBlock::iterator CurInst, BasicBlock *&NextBB);
2486
2487   Constant *getVal(Value *V) {
2488     if (Constant *CV = dyn_cast<Constant>(V)) return CV;
2489     Constant *R = ValueStack.back()->lookup(V);
2490     assert(R && "Reference to an uncomputed value!");
2491     return R;
2492   }
2493
2494   void setVal(Value *V, Constant *C) {
2495     ValueStack.back()->operator[](V) = C;
2496   }
2497
2498   const DenseMap<Constant*, Constant*> &getMutatedMemory() const {
2499     return MutatedMemory;
2500   }
2501
2502   const SmallPtrSet<GlobalVariable*, 8> &getInvariants() const {
2503     return Invariants;
2504   }
2505
2506 private:
2507   Constant *ComputeLoadResult(Constant *P);
2508
2509   /// ValueStack - As we compute SSA register values, we store their contents
2510   /// here. The back of the vector contains the current function and the stack
2511   /// contains the values in the calling frames.
2512   SmallVector<DenseMap<Value*, Constant*>*, 4> ValueStack;
2513
2514   /// CallStack - This is used to detect recursion.  In pathological situations
2515   /// we could hit exponential behavior, but at least there is nothing
2516   /// unbounded.
2517   SmallVector<Function*, 4> CallStack;
2518
2519   /// MutatedMemory - For each store we execute, we update this map.  Loads
2520   /// check this to get the most up-to-date value.  If evaluation is successful,
2521   /// this state is committed to the process.
2522   DenseMap<Constant*, Constant*> MutatedMemory;
2523
2524   /// AllocaTmps - To 'execute' an alloca, we create a temporary global variable
2525   /// to represent its body.  This vector is needed so we can delete the
2526   /// temporary globals when we are done.
2527   SmallVector<GlobalVariable*, 32> AllocaTmps;
2528
2529   /// Invariants - These global variables have been marked invariant by the
2530   /// static constructor.
2531   SmallPtrSet<GlobalVariable*, 8> Invariants;
2532
2533   /// SimpleConstants - These are constants we have checked and know to be
2534   /// simple enough to live in a static initializer of a global.
2535   SmallPtrSet<Constant*, 8> SimpleConstants;
2536
2537   const TargetData *TD;
2538   const TargetLibraryInfo *TLI;
2539 };
2540
2541 }  // anonymous namespace
2542
2543 /// ComputeLoadResult - Return the value that would be computed by a load from
2544 /// P after the stores reflected by 'memory' have been performed.  If we can't
2545 /// decide, return null.
2546 Constant *Evaluator::ComputeLoadResult(Constant *P) {
2547   // If this memory location has been recently stored, use the stored value: it
2548   // is the most up-to-date.
2549   DenseMap<Constant*, Constant*>::const_iterator I = MutatedMemory.find(P);
2550   if (I != MutatedMemory.end()) return I->second;
2551
2552   // Access it.
2553   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(P)) {
2554     if (GV->hasDefinitiveInitializer())
2555       return GV->getInitializer();
2556     return 0;
2557   }
2558
2559   // Handle a constantexpr getelementptr.
2560   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(P))
2561     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
2562         isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))) {
2563       GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2564       if (GV->hasDefinitiveInitializer())
2565         return ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE);
2566     }
2567
2568   return 0;  // don't know how to evaluate.
2569 }
2570
2571 /// EvaluateBlock - Evaluate all instructions in block BB, returning true if
2572 /// successful, false if we can't evaluate it.  NewBB returns the next BB that
2573 /// control flows into, or null upon return.
2574 bool Evaluator::EvaluateBlock(BasicBlock::iterator CurInst,
2575                               BasicBlock *&NextBB) {
2576   // This is the main evaluation loop.
2577   while (1) {
2578     Constant *InstResult = 0;
2579
2580     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurInst)) {
2581       if (!SI->isSimple()) return false;  // no volatile/atomic accesses.
2582       Constant *Ptr = getVal(SI->getOperand(1));
2583       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2584         Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2585       if (!isSimpleEnoughPointerToCommit(Ptr))
2586         // If this is too complex for us to commit, reject it.
2587         return false;
2588       
2589       Constant *Val = getVal(SI->getOperand(0));
2590
2591       // If this might be too difficult for the backend to handle (e.g. the addr
2592       // of one global variable divided by another) then we can't commit it.
2593       if (!isSimpleEnoughValueToCommit(Val, SimpleConstants, TD))
2594         return false;
2595         
2596       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2597         if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast) {
2598           // If we're evaluating a store through a bitcast, then we need
2599           // to pull the bitcast off the pointer type and push it onto the
2600           // stored value.
2601           Ptr = CE->getOperand(0);
2602           
2603           Type *NewTy = cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType();
2604           
2605           // In order to push the bitcast onto the stored value, a bitcast
2606           // from NewTy to Val's type must be legal.  If it's not, we can try
2607           // introspecting NewTy to find a legal conversion.
2608           while (!Val->getType()->canLosslesslyBitCastTo(NewTy)) {
2609             // If NewTy is a struct, we can convert the pointer to the struct
2610             // into a pointer to its first member.
2611             // FIXME: This could be extended to support arrays as well.
2612             if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(NewTy)) {
2613               NewTy = STy->getTypeAtIndex(0U);
2614
2615               IntegerType *IdxTy = IntegerType::get(NewTy->getContext(), 32);
2616               Constant *IdxZero = ConstantInt::get(IdxTy, 0, false);
2617               Constant * const IdxList[] = {IdxZero, IdxZero};
2618
2619               Ptr = ConstantExpr::getGetElementPtr(Ptr, IdxList);
2620               if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2621                 Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2622
2623             // If we can't improve the situation by introspecting NewTy,
2624             // we have to give up.
2625             } else {
2626               return false;
2627             }
2628           }
2629           
2630           // If we found compatible types, go ahead and push the bitcast
2631           // onto the stored value.
2632           Val = ConstantExpr::getBitCast(Val, NewTy);
2633         }
2634           
2635       MutatedMemory[Ptr] = Val;
2636     } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CurInst)) {
2637       InstResult = ConstantExpr::get(BO->getOpcode(),
2638                                      getVal(BO->getOperand(0)),
2639                                      getVal(BO->getOperand(1)));
2640     } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(CurInst)) {
2641       InstResult = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(),
2642                                             getVal(CI->getOperand(0)),
2643                                             getVal(CI->getOperand(1)));
2644     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurInst)) {
2645       InstResult = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
2646                                          getVal(CI->getOperand(0)),
2647                                          CI->getType());
2648     } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CurInst)) {
2649       InstResult = ConstantExpr::getSelect(getVal(SI->getOperand(0)),
2650                                            getVal(SI->getOperand(1)),
2651                                            getVal(SI->getOperand(2)));
2652     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurInst)) {
2653       Constant *P = getVal(GEP->getOperand(0));
2654       SmallVector<Constant*, 8> GEPOps;
2655       for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
2656            i != e; ++i)
2657         GEPOps.push_back(getVal(*i));
2658       InstResult =
2659         ConstantExpr::getGetElementPtr(P, GEPOps,
2660                                        cast<GEPOperator>(GEP)->isInBounds());
2661     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(CurInst)) {
2662       if (!LI->isSimple()) return false;  // no volatile/atomic accesses.
2663       Constant *Ptr = getVal(LI->getOperand(0));
2664       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2665         Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2666       InstResult = ComputeLoadResult(Ptr);
2667       if (InstResult == 0) return false; // Could not evaluate load.
2668     } else if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(CurInst)) {
2669       if (AI->isArrayAllocation()) return false;  // Cannot handle array allocs.
2670       Type *Ty = AI->getType()->getElementType();
2671       AllocaTmps.push_back(new GlobalVariable(Ty, false,
2672                                               GlobalValue::InternalLinkage,
2673                                               UndefValue::get(Ty),
2674                                               AI->getName()));
2675       InstResult = AllocaTmps.back();
2676     } else if (isa<CallInst>(CurInst) || isa<InvokeInst>(CurInst)) {
2677       CallSite CS(CurInst);
2678
2679       // Debug info can safely be ignored here.
2680       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(CS.getInstruction())) {
2681         ++CurInst;
2682         continue;
2683       }
2684
2685       // Cannot handle inline asm.
2686       if (isa<InlineAsm>(CS.getCalledValue())) return false;
2687
2688       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction())) {
2689         if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(II)) {
2690           if (MSI->isVolatile()) return false;
2691           Constant *Ptr = getVal(MSI->getDest());
2692           Constant *Val = getVal(MSI->getValue());
2693           Constant *DestVal = ComputeLoadResult(getVal(Ptr));
2694           if (Val->isNullValue() && DestVal && DestVal->isNullValue()) {
2695             // This memset is a no-op.
2696             ++CurInst;
2697             continue;
2698           }
2699         }
2700
2701         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2702             II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
2703           ++CurInst;
2704           continue;
2705         }
2706
2707         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::invariant_start) {
2708           // We don't insert an entry into Values, as it doesn't have a
2709           // meaningful return value.
2710           if (!II->use_empty())
2711             return false;
2712           ConstantInt *Size = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0));
2713           Value *PtrArg = getVal(II->getArgOperand(1));
2714           Value *Ptr = PtrArg->stripPointerCasts();
2715           if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Ptr)) {
2716             Type *ElemTy = cast<PointerType>(GV->getType())->getElementType();
2717             if (!Size->isAllOnesValue() &&
2718                 Size->getValue().getLimitedValue() >=
2719                 TD->getTypeStoreSize(ElemTy))
2720               Invariants.insert(GV);
2721           }
2722           // Continue even if we do nothing.
2723           ++CurInst;
2724           continue;
2725         }
2726         return false;
2727       }
2728
2729       // Resolve function pointers.
2730       Function *Callee = dyn_cast<Function>(getVal(CS.getCalledValue()));
2731       if (!Callee || Callee->mayBeOverridden())
2732         return false;  // Cannot resolve.
2733
2734       SmallVector<Constant*, 8> Formals;
2735       for (User::op_iterator i = CS.arg_begin(), e = CS.arg_end(); i != e; ++i)
2736         Formals.push_back(getVal(*i));
2737
2738       if (Callee->isDeclaration()) {
2739         // If this is a function we can constant fold, do it.
2740         if (Constant *C = ConstantFoldCall(Callee, Formals, TLI)) {
2741           InstResult = C;
2742         } else {
2743           return false;
2744         }
2745       } else {
2746         if (Callee->getFunctionType()->isVarArg())
2747           return false;
2748
2749         Constant *RetVal;
2750         // Execute the call, if successful, use the return value.
2751         ValueStack.push_back(new DenseMap<Value*, Constant*>);
2752         if (!EvaluateFunction(Callee, RetVal, Formals))
2753           return false;
2754         delete ValueStack.pop_back_val();
2755         InstResult = RetVal;
2756       }
2757     } else if (isa<TerminatorInst>(CurInst)) {
2758       if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CurInst)) {
2759         if (BI->isUnconditional()) {
2760           NextBB = BI->getSuccessor(0);
2761         } else {
2762           ConstantInt *Cond =
2763             dyn_cast<ConstantInt>(getVal(BI->getCondition()));
2764           if (!Cond) return false;  // Cannot determine.
2765
2766           NextBB = BI->getSuccessor(!Cond->getZExtValue());
2767         }
2768       } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(CurInst)) {
2769         ConstantInt *Val =
2770           dyn_cast<ConstantInt>(getVal(SI->getCondition()));
2771         if (!Val) return false;  // Cannot determine.
2772         NextBB = SI->findCaseValue(Val).getCaseSuccessor();
2773       } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(CurInst)) {
2774         Value *Val = getVal(IBI->getAddress())->stripPointerCasts();
2775         if (BlockAddress *BA = dyn_cast<BlockAddress>(Val))
2776           NextBB = BA->getBasicBlock();
2777         else
2778           return false;  // Cannot determine.
2779       } else if (isa<ReturnInst>(CurInst)) {
2780         NextBB = 0;
2781       } else {
2782         // invoke, unwind, resume, unreachable.
2783         return false;  // Cannot handle this terminator.
2784       }
2785
2786       // We succeeded at evaluating this block!
2787       return true;
2788     } else {
2789       // Did not know how to evaluate this!
2790       return false;
2791     }
2792
2793     if (!CurInst->use_empty()) {
2794       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(InstResult))
2795         InstResult = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2796       
2797       setVal(CurInst, InstResult);
2798     }
2799
2800     // If we just processed an invoke, we finished evaluating the block.
2801     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(CurInst)) {
2802       NextBB = II->getNormalDest();
2803       return true;
2804     }
2805
2806     // Advance program counter.
2807     ++CurInst;
2808   }
2809 }
2810
2811 /// EvaluateFunction - Evaluate a call to function F, returning true if
2812 /// successful, false if we can't evaluate it.  ActualArgs contains the formal
2813 /// arguments for the function.
2814 bool Evaluator::EvaluateFunction(Function *F, Constant *&RetVal,
2815                                  const SmallVectorImpl<Constant*> &ActualArgs) {
2816   // Check to see if this function is already executing (recursion).  If so,
2817   // bail out.  TODO: we might want to accept limited recursion.
2818   if (std::find(CallStack.begin(), CallStack.end(), F) != CallStack.end())
2819     return false;
2820
2821   CallStack.push_back(F);
2822
2823   // Initialize arguments to the incoming values specified.
2824   unsigned ArgNo = 0;
2825   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); AI != E;
2826        ++AI, ++ArgNo)
2827     setVal(AI, ActualArgs[ArgNo]);
2828
2829   // ExecutedBlocks - We only handle non-looping, non-recursive code.  As such,
2830   // we can only evaluate any one basic block at most once.  This set keeps
2831   // track of what we have executed so we can detect recursive cases etc.
2832   SmallPtrSet<BasicBlock*, 32> ExecutedBlocks;
2833
2834   // CurBB - The current basic block we're evaluating.
2835   BasicBlock *CurBB = F->begin();
2836
2837   BasicBlock::iterator CurInst = CurBB->begin();
2838
2839   while (1) {
2840     BasicBlock *NextBB = 0; // Initialized to avoid compiler warnings.
2841     if (!EvaluateBlock(CurInst, NextBB))
2842       return false;
2843
2844     if (NextBB == 0) {
2845       // Successfully running until there's no next block means that we found
2846       // the return.  Fill it the return value and pop the call stack.
2847       ReturnInst *RI = cast<ReturnInst>(CurBB->getTerminator());
2848       if (RI->getNumOperands())
2849         RetVal = getVal(RI->getOperand(0));
2850       CallStack.pop_back();
2851       return true;
2852     }
2853
2854     // Okay, we succeeded in evaluating this control flow.  See if we have
2855     // executed the new block before.  If so, we have a looping function,
2856     // which we cannot evaluate in reasonable time.
2857     if (!ExecutedBlocks.insert(NextBB))
2858       return false;  // looped!
2859
2860     // Okay, we have never been in this block before.  Check to see if there
2861     // are any PHI nodes.  If so, evaluate them with information about where
2862     // we came from.
2863     PHINode *PN = 0;
2864     for (CurInst = NextBB->begin();
2865          (PN = dyn_cast<PHINode>(CurInst)); ++CurInst)
2866       setVal(PN, getVal(PN->getIncomingValueForBlock(CurBB)));
2867
2868     // Advance to the next block.
2869     CurBB = NextBB;
2870   }
2871 }
2872
2873 /// EvaluateStaticConstructor - Evaluate static constructors in the function, if
2874 /// we can.  Return true if we can, false otherwise.
2875 static bool EvaluateStaticConstructor(Function *F, const TargetData *TD,
2876                                       const TargetLibraryInfo *TLI) {
2877   // Call the function.
2878   Evaluator Eval(TD, TLI);
2879   Constant *RetValDummy;
2880   bool EvalSuccess = Eval.EvaluateFunction(F, RetValDummy,
2881                                            SmallVector<Constant*, 0>());
2882   
2883   if (EvalSuccess) {
2884     // We succeeded at evaluation: commit the result.
2885     DEBUG(dbgs() << "FULLY EVALUATED GLOBAL CTOR FUNCTION '"
2886           << F->getName() << "' to " << Eval.getMutatedMemory().size()
2887           << " stores.\n");
2888     for (DenseMap<Constant*, Constant*>::const_iterator I =
2889            Eval.getMutatedMemory().begin(), E = Eval.getMutatedMemory().end();
2890          I != E; ++I)
2891       CommitValueTo(I->second, I->first);
2892     for (SmallPtrSet<GlobalVariable*, 8>::const_iterator I =
2893            Eval.getInvariants().begin(), E = Eval.getInvariants().end();
2894          I != E; ++I)
2895       (*I)->setConstant(true);
2896   }
2897
2898   return EvalSuccess;
2899 }
2900
2901 /// OptimizeGlobalCtorsList - Simplify and evaluation global ctors if possible.
2902 /// Return true if anything changed.
2903 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalCtorsList(GlobalVariable *&GCL) {
2904   std::vector<Function*> Ctors = ParseGlobalCtors(GCL);
2905   bool MadeChange = false;
2906   if (Ctors.empty()) return false;
2907
2908   // Loop over global ctors, optimizing them when we can.
2909   for (unsigned i = 0; i != Ctors.size(); ++i) {
2910     Function *F = Ctors[i];
2911     // Found a null terminator in the middle of the list, prune off the rest of
2912     // the list.
2913     if (F == 0) {
2914       if (i != Ctors.size()-1) {
2915         Ctors.resize(i+1);
2916         MadeChange = true;
2917       }
2918       break;
2919     }
2920
2921     // We cannot simplify external ctor functions.
2922     if (F->empty()) continue;
2923
2924     // If we can evaluate the ctor at compile time, do.
2925     if (EvaluateStaticConstructor(F, TD, TLI)) {
2926       Ctors.erase(Ctors.begin()+i);
2927       MadeChange = true;
2928       --i;
2929       ++NumCtorsEvaluated;
2930       continue;
2931     }
2932   }
2933
2934   if (!MadeChange) return false;
2935
2936   GCL = InstallGlobalCtors(GCL, Ctors);
2937   return true;
2938 }
2939
2940 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalAliases(Module &M) {
2941   bool Changed = false;
2942
2943   for (Module::alias_iterator I = M.alias_begin(), E = M.alias_end();
2944        I != E;) {
2945     Module::alias_iterator J = I++;
2946     // Aliases without names cannot be referenced outside this module.
2947     if (!J->hasName() && !J->isDeclaration())
2948       J->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
2949     // If the aliasee may change at link time, nothing can be done - bail out.
2950     if (J->mayBeOverridden())
2951       continue;
2952
2953     Constant *Aliasee = J->getAliasee();
2954     GlobalValue *Target = cast<GlobalValue>(Aliasee->stripPointerCasts());
2955     Target->removeDeadConstantUsers();
2956     bool hasOneUse = Target->hasOneUse() && Aliasee->hasOneUse();
2957
2958     // Make all users of the alias use the aliasee instead.
2959     if (!J->use_empty()) {
2960       J->replaceAllUsesWith(Aliasee);
2961       ++NumAliasesResolved;
2962       Changed = true;
2963     }
2964
2965     // If the alias is externally visible, we may still be able to simplify it.
2966     if (!J->hasLocalLinkage()) {
2967       // If the aliasee has internal linkage, give it the name and linkage
2968       // of the alias, and delete the alias.  This turns:
2969       //   define internal ... @f(...)
2970       //   @a = alias ... @f
2971       // into:
2972       //   define ... @a(...)
2973       if (!Target->hasLocalLinkage())
2974         continue;
2975
2976       // Do not perform the transform if multiple aliases potentially target the
2977       // aliasee. This check also ensures that it is safe to replace the section
2978       // and other attributes of the aliasee with those of the alias.
2979       if (!hasOneUse)
2980         continue;
2981
2982       // Give the aliasee the name, linkage and other attributes of the alias.
2983       Target->takeName(J);
2984       Target->setLinkage(J->getLinkage());
2985       Target->GlobalValue::copyAttributesFrom(J);
2986     }
2987
2988     // Delete the alias.
2989     M.getAliasList().erase(J);
2990     ++NumAliasesRemoved;
2991     Changed = true;
2992   }
2993
2994   return Changed;
2995 }
2996
2997 static Function *FindCXAAtExit(Module &M, TargetLibraryInfo *TLI) {
2998   if (!TLI->has(LibFunc::cxa_atexit))
2999     return 0;
3000
3001   Function *Fn = M.getFunction(TLI->getName(LibFunc::cxa_atexit));
3002   
3003   if (!Fn)
3004     return 0;
3005
3006   FunctionType *FTy = Fn->getFunctionType();
3007   
3008   // Checking that the function has the right return type, the right number of 
3009   // parameters and that they all have pointer types should be enough.
3010   if (!FTy->getReturnType()->isIntegerTy() ||
3011       FTy->getNumParams() != 3 ||
3012       !FTy->getParamType(0)->isPointerTy() ||
3013       !FTy->getParamType(1)->isPointerTy() ||
3014       !FTy->getParamType(2)->isPointerTy())
3015     return 0;
3016
3017   return Fn;
3018 }
3019
3020 /// cxxDtorIsEmpty - Returns whether the given function is an empty C++
3021 /// destructor and can therefore be eliminated.
3022 /// Note that we assume that other optimization passes have already simplified
3023 /// the code so we only look for a function with a single basic block, where
3024 /// the only allowed instructions are 'ret', 'call' to an empty C++ dtor and
3025 /// other side-effect free instructions.
3026 static bool cxxDtorIsEmpty(const Function &Fn,
3027                            SmallPtrSet<const Function *, 8> &CalledFunctions) {
3028   // FIXME: We could eliminate C++ destructors if they're readonly/readnone and
3029   // nounwind, but that doesn't seem worth doing.
3030   if (Fn.isDeclaration())
3031     return false;
3032
3033   if (++Fn.begin() != Fn.end())
3034     return false;
3035
3036   const BasicBlock &EntryBlock = Fn.getEntryBlock();
3037   for (BasicBlock::const_iterator I = EntryBlock.begin(), E = EntryBlock.end();
3038        I != E; ++I) {
3039     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
3040       // Ignore debug intrinsics.
3041       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(CI))
3042         continue;
3043
3044       const Function *CalledFn = CI->getCalledFunction();
3045
3046       if (!CalledFn)
3047         return false;
3048
3049       SmallPtrSet<const Function *, 8> NewCalledFunctions(CalledFunctions);
3050
3051       // Don't treat recursive functions as empty.
3052       if (!NewCalledFunctions.insert(CalledFn))
3053         return false;
3054
3055       if (!cxxDtorIsEmpty(*CalledFn, NewCalledFunctions))
3056         return false;
3057     } else if (isa<ReturnInst>(*I))
3058       return true; // We're done.
3059     else if (I->mayHaveSideEffects())
3060       return false; // Destructor with side effects, bail.
3061   }
3062
3063   return false;
3064 }
3065
3066 bool GlobalOpt::OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(Function *CXAAtExitFn) {
3067   /// Itanium C++ ABI p3.3.5:
3068   ///
3069   ///   After constructing a global (or local static) object, that will require
3070   ///   destruction on exit, a termination function is registered as follows:
3071   ///
3072   ///   extern "C" int __cxa_atexit ( void (*f)(void *), void *p, void *d );
3073   ///
3074   ///   This registration, e.g. __cxa_atexit(f,p,d), is intended to cause the
3075   ///   call f(p) when DSO d is unloaded, before all such termination calls
3076   ///   registered before this one. It returns zero if registration is
3077   ///   successful, nonzero on failure.
3078
3079   // This pass will look for calls to __cxa_atexit where the function is trivial
3080   // and remove them.
3081   bool Changed = false;
3082
3083   for (Function::use_iterator I = CXAAtExitFn->use_begin(), 
3084        E = CXAAtExitFn->use_end(); I != E;) {
3085     // We're only interested in calls. Theoretically, we could handle invoke
3086     // instructions as well, but neither llvm-gcc nor clang generate invokes
3087     // to __cxa_atexit.
3088     CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(*I++);
3089     if (!CI)
3090       continue;
3091
3092     Function *DtorFn = 
3093       dyn_cast<Function>(CI->getArgOperand(0)->stripPointerCasts());
3094     if (!DtorFn)
3095       continue;
3096
3097     SmallPtrSet<const Function *, 8> CalledFunctions;
3098     if (!cxxDtorIsEmpty(*DtorFn, CalledFunctions))
3099       continue;
3100
3101     // Just remove the call.
3102     CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
3103     CI->eraseFromParent();
3104
3105     ++NumCXXDtorsRemoved;
3106
3107     Changed |= true;
3108   }
3109
3110   return Changed;
3111 }
3112
3113 bool GlobalOpt::runOnModule(Module &M) {
3114   bool Changed = false;
3115
3116   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
3117   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
3118
3119   // Try to find the llvm.globalctors list.
3120   GlobalVariable *GlobalCtors = FindGlobalCtors(M);
3121
3122   Function *CXAAtExitFn = FindCXAAtExit(M, TLI);
3123
3124   bool LocalChange = true;
3125   while (LocalChange) {
3126     LocalChange = false;
3127
3128     // Delete functions that are trivially dead, ccc -> fastcc
3129     LocalChange |= OptimizeFunctions(M);
3130
3131     // Optimize global_ctors list.
3132     if (GlobalCtors)
3133       LocalChange |= OptimizeGlobalCtorsList(GlobalCtors);
3134
3135     // Optimize non-address-taken globals.
3136     LocalChange |= OptimizeGlobalVars(M);
3137
3138     // Resolve aliases, when possible.
3139     LocalChange |= OptimizeGlobalAliases(M);
3140
3141     // Try to remove trivial global destructors.
3142     if (CXAAtExitFn)
3143       LocalChange |= OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(CXAAtExitFn);
3144
3145     Changed |= LocalChange;
3146   }
3147
3148   // TODO: Move all global ctors functions to the end of the module for code
3149   // layout.
3150
3151   return Changed;
3152 }