Preserve line number info.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / MemCpyOptimizer.cpp
1 //===- MemCpyOptimizer.cpp - Optimize use of memcpy and friends -----------===//
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 performs various transformations related to eliminating memcpy
11 // calls, or transforming sets of stores into memset's.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #define DEBUG_TYPE "memcpyopt"
16 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
17 #include "llvm/GlobalVariable.h"
18 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
19 #include "llvm/Instructions.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
22 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
23 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
24 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
25 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
26 #include "llvm/Support/Debug.h"
27 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
28 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
29 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
30 #include "llvm/Target/TargetData.h"
31 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
32 #include <list>
33 using namespace llvm;
34
35 STATISTIC(NumMemCpyInstr, "Number of memcpy instructions deleted");
36 STATISTIC(NumMemSetInfer, "Number of memsets inferred");
37 STATISTIC(NumMoveToCpy,   "Number of memmoves converted to memcpy");
38 STATISTIC(NumCpyToSet,    "Number of memcpys converted to memset");
39
40 static int64_t GetOffsetFromIndex(const GetElementPtrInst *GEP, unsigned Idx,
41                                   bool &VariableIdxFound, const TargetData &TD){
42   // Skip over the first indices.
43   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
44   for (unsigned i = 1; i != Idx; ++i, ++GTI)
45     /*skip along*/;
46   
47   // Compute the offset implied by the rest of the indices.
48   int64_t Offset = 0;
49   for (unsigned i = Idx, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
50     ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
51     if (OpC == 0)
52       return VariableIdxFound = true;
53     if (OpC->isZero()) continue;  // No offset.
54
55     // Handle struct indices, which add their field offset to the pointer.
56     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
57       Offset += TD.getStructLayout(STy)->getElementOffset(OpC->getZExtValue());
58       continue;
59     }
60     
61     // Otherwise, we have a sequential type like an array or vector.  Multiply
62     // the index by the ElementSize.
63     uint64_t Size = TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
64     Offset += Size*OpC->getSExtValue();
65   }
66
67   return Offset;
68 }
69
70 /// IsPointerOffset - Return true if Ptr1 is provably equal to Ptr2 plus a
71 /// constant offset, and return that constant offset.  For example, Ptr1 might
72 /// be &A[42], and Ptr2 might be &A[40].  In this case offset would be -8.
73 static bool IsPointerOffset(Value *Ptr1, Value *Ptr2, int64_t &Offset,
74                             const TargetData &TD) {
75   Ptr1 = Ptr1->stripPointerCasts();
76   Ptr2 = Ptr2->stripPointerCasts();
77   GetElementPtrInst *GEP1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr1);
78   GetElementPtrInst *GEP2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr2);
79   
80   bool VariableIdxFound = false;
81
82   // If one pointer is a GEP and the other isn't, then see if the GEP is a
83   // constant offset from the base, as in "P" and "gep P, 1".
84   if (GEP1 && GEP2 == 0 && GEP1->getOperand(0)->stripPointerCasts() == Ptr2) {
85     Offset = -GetOffsetFromIndex(GEP1, 1, VariableIdxFound, TD);
86     return !VariableIdxFound;
87   }
88
89   if (GEP2 && GEP1 == 0 && GEP2->getOperand(0)->stripPointerCasts() == Ptr1) {
90     Offset = GetOffsetFromIndex(GEP2, 1, VariableIdxFound, TD);
91     return !VariableIdxFound;
92   }
93   
94   // Right now we handle the case when Ptr1/Ptr2 are both GEPs with an identical
95   // base.  After that base, they may have some number of common (and
96   // potentially variable) indices.  After that they handle some constant
97   // offset, which determines their offset from each other.  At this point, we
98   // handle no other case.
99   if (!GEP1 || !GEP2 || GEP1->getOperand(0) != GEP2->getOperand(0))
100     return false;
101   
102   // Skip any common indices and track the GEP types.
103   unsigned Idx = 1;
104   for (; Idx != GEP1->getNumOperands() && Idx != GEP2->getNumOperands(); ++Idx)
105     if (GEP1->getOperand(Idx) != GEP2->getOperand(Idx))
106       break;
107
108   int64_t Offset1 = GetOffsetFromIndex(GEP1, Idx, VariableIdxFound, TD);
109   int64_t Offset2 = GetOffsetFromIndex(GEP2, Idx, VariableIdxFound, TD);
110   if (VariableIdxFound) return false;
111   
112   Offset = Offset2-Offset1;
113   return true;
114 }
115
116
117 /// MemsetRange - Represents a range of memset'd bytes with the ByteVal value.
118 /// This allows us to analyze stores like:
119 ///   store 0 -> P+1
120 ///   store 0 -> P+0
121 ///   store 0 -> P+3
122 ///   store 0 -> P+2
123 /// which sometimes happens with stores to arrays of structs etc.  When we see
124 /// the first store, we make a range [1, 2).  The second store extends the range
125 /// to [0, 2).  The third makes a new range [2, 3).  The fourth store joins the
126 /// two ranges into [0, 3) which is memset'able.
127 namespace {
128 struct MemsetRange {
129   // Start/End - A semi range that describes the span that this range covers.
130   // The range is closed at the start and open at the end: [Start, End).  
131   int64_t Start, End;
132
133   /// StartPtr - The getelementptr instruction that points to the start of the
134   /// range.
135   Value *StartPtr;
136   
137   /// Alignment - The known alignment of the first store.
138   unsigned Alignment;
139   
140   /// TheStores - The actual stores that make up this range.
141   SmallVector<Instruction*, 16> TheStores;
142   
143   bool isProfitableToUseMemset(const TargetData &TD) const;
144
145 };
146 } // end anon namespace
147
148 bool MemsetRange::isProfitableToUseMemset(const TargetData &TD) const {
149   // If we found more than 8 stores to merge or 64 bytes, use memset.
150   if (TheStores.size() >= 8 || End-Start >= 64) return true;
151
152   // If there is nothing to merge, don't do anything.
153   if (TheStores.size() < 2) return false;
154   
155   // If any of the stores are a memset, then it is always good to extend the
156   // memset.
157   for (unsigned i = 0, e = TheStores.size(); i != e; ++i)
158     if (!isa<StoreInst>(TheStores[i]))
159       return true;
160   
161   // Assume that the code generator is capable of merging pairs of stores
162   // together if it wants to.
163   if (TheStores.size() == 2) return false;
164   
165   // If we have fewer than 8 stores, it can still be worthwhile to do this.
166   // For example, merging 4 i8 stores into an i32 store is useful almost always.
167   // However, merging 2 32-bit stores isn't useful on a 32-bit architecture (the
168   // memset will be split into 2 32-bit stores anyway) and doing so can
169   // pessimize the llvm optimizer.
170   //
171   // Since we don't have perfect knowledge here, make some assumptions: assume
172   // the maximum GPR width is the same size as the pointer size and assume that
173   // this width can be stored.  If so, check to see whether we will end up
174   // actually reducing the number of stores used.
175   unsigned Bytes = unsigned(End-Start);
176   unsigned NumPointerStores = Bytes/TD.getPointerSize();
177   
178   // Assume the remaining bytes if any are done a byte at a time.
179   unsigned NumByteStores = Bytes - NumPointerStores*TD.getPointerSize();
180   
181   // If we will reduce the # stores (according to this heuristic), do the
182   // transformation.  This encourages merging 4 x i8 -> i32 and 2 x i16 -> i32
183   // etc.
184   return TheStores.size() > NumPointerStores+NumByteStores;
185 }    
186
187
188 namespace {
189 class MemsetRanges {
190   /// Ranges - A sorted list of the memset ranges.  We use std::list here
191   /// because each element is relatively large and expensive to copy.
192   std::list<MemsetRange> Ranges;
193   typedef std::list<MemsetRange>::iterator range_iterator;
194   const TargetData &TD;
195 public:
196   MemsetRanges(const TargetData &td) : TD(td) {}
197   
198   typedef std::list<MemsetRange>::const_iterator const_iterator;
199   const_iterator begin() const { return Ranges.begin(); }
200   const_iterator end() const { return Ranges.end(); }
201   bool empty() const { return Ranges.empty(); }
202   
203   void addInst(int64_t OffsetFromFirst, Instruction *Inst) {
204     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
205       addStore(OffsetFromFirst, SI);
206     else
207       addMemSet(OffsetFromFirst, cast<MemSetInst>(Inst));
208   }
209
210   void addStore(int64_t OffsetFromFirst, StoreInst *SI) {
211     int64_t StoreSize = TD.getTypeStoreSize(SI->getOperand(0)->getType());
212     
213     addRange(OffsetFromFirst, StoreSize,
214              SI->getPointerOperand(), SI->getAlignment(), SI);
215   }
216   
217   void addMemSet(int64_t OffsetFromFirst, MemSetInst *MSI) {
218     int64_t Size = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
219     addRange(OffsetFromFirst, Size, MSI->getDest(), MSI->getAlignment(), MSI);
220   }
221   
222   void addRange(int64_t Start, int64_t Size, Value *Ptr,
223                 unsigned Alignment, Instruction *Inst);
224
225 };
226   
227 } // end anon namespace
228
229
230 /// addRange - Add a new store to the MemsetRanges data structure.  This adds a
231 /// new range for the specified store at the specified offset, merging into
232 /// existing ranges as appropriate.
233 ///
234 /// Do a linear search of the ranges to see if this can be joined and/or to
235 /// find the insertion point in the list.  We keep the ranges sorted for
236 /// simplicity here.  This is a linear search of a linked list, which is ugly,
237 /// however the number of ranges is limited, so this won't get crazy slow.
238 void MemsetRanges::addRange(int64_t Start, int64_t Size, Value *Ptr,
239                             unsigned Alignment, Instruction *Inst) {
240   int64_t End = Start+Size;
241   range_iterator I = Ranges.begin(), E = Ranges.end();
242   
243   while (I != E && Start > I->End)
244     ++I;
245   
246   // We now know that I == E, in which case we didn't find anything to merge
247   // with, or that Start <= I->End.  If End < I->Start or I == E, then we need
248   // to insert a new range.  Handle this now.
249   if (I == E || End < I->Start) {
250     MemsetRange &R = *Ranges.insert(I, MemsetRange());
251     R.Start        = Start;
252     R.End          = End;
253     R.StartPtr     = Ptr;
254     R.Alignment    = Alignment;
255     R.TheStores.push_back(Inst);
256     return;
257   }
258   
259   // This store overlaps with I, add it.
260   I->TheStores.push_back(Inst);
261   
262   // At this point, we may have an interval that completely contains our store.
263   // If so, just add it to the interval and return.
264   if (I->Start <= Start && I->End >= End)
265     return;
266   
267   // Now we know that Start <= I->End and End >= I->Start so the range overlaps
268   // but is not entirely contained within the range.
269   
270   // See if the range extends the start of the range.  In this case, it couldn't
271   // possibly cause it to join the prior range, because otherwise we would have
272   // stopped on *it*.
273   if (Start < I->Start) {
274     I->Start = Start;
275     I->StartPtr = Ptr;
276     I->Alignment = Alignment;
277   }
278     
279   // Now we know that Start <= I->End and Start >= I->Start (so the startpoint
280   // is in or right at the end of I), and that End >= I->Start.  Extend I out to
281   // End.
282   if (End > I->End) {
283     I->End = End;
284     range_iterator NextI = I;
285     while (++NextI != E && End >= NextI->Start) {
286       // Merge the range in.
287       I->TheStores.append(NextI->TheStores.begin(), NextI->TheStores.end());
288       if (NextI->End > I->End)
289         I->End = NextI->End;
290       Ranges.erase(NextI);
291       NextI = I;
292     }
293   }
294 }
295
296 //===----------------------------------------------------------------------===//
297 //                         MemCpyOpt Pass
298 //===----------------------------------------------------------------------===//
299
300 namespace {
301   class MemCpyOpt : public FunctionPass {
302     MemoryDependenceAnalysis *MD;
303     TargetLibraryInfo *TLI;
304     const TargetData *TD;
305   public:
306     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
307     MemCpyOpt() : FunctionPass(ID) {
308       initializeMemCpyOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
309       MD = 0;
310       TLI = 0;
311       TD = 0;
312     }
313
314     bool runOnFunction(Function &F);
315
316   private:
317     // This transformation requires dominator postdominator info
318     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
319       AU.setPreservesCFG();
320       AU.addRequired<DominatorTree>();
321       AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
322       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
323       AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
324       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
325       AU.addPreserved<MemoryDependenceAnalysis>();
326     }
327   
328     // Helper fuctions
329     bool processStore(StoreInst *SI, BasicBlock::iterator &BBI);
330     bool processMemSet(MemSetInst *SI, BasicBlock::iterator &BBI);
331     bool processMemCpy(MemCpyInst *M);
332     bool processMemMove(MemMoveInst *M);
333     bool performCallSlotOptzn(Instruction *cpy, Value *cpyDst, Value *cpySrc,
334                               uint64_t cpyLen, CallInst *C);
335     bool processMemCpyMemCpyDependence(MemCpyInst *M, MemCpyInst *MDep,
336                                        uint64_t MSize);
337     bool processByValArgument(CallSite CS, unsigned ArgNo);
338     Instruction *tryMergingIntoMemset(Instruction *I, Value *StartPtr,
339                                       Value *ByteVal);
340
341     bool iterateOnFunction(Function &F);
342   };
343   
344   char MemCpyOpt::ID = 0;
345 }
346
347 // createMemCpyOptPass - The public interface to this file...
348 FunctionPass *llvm::createMemCpyOptPass() { return new MemCpyOpt(); }
349
350 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MemCpyOpt, "memcpyopt", "MemCpy Optimization",
351                       false, false)
352 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
353 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemoryDependenceAnalysis)
354 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
355 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
356 INITIALIZE_PASS_END(MemCpyOpt, "memcpyopt", "MemCpy Optimization",
357                     false, false)
358
359 /// tryMergingIntoMemset - When scanning forward over instructions, we look for
360 /// some other patterns to fold away.  In particular, this looks for stores to
361 /// neighboring locations of memory.  If it sees enough consecutive ones, it
362 /// attempts to merge them together into a memcpy/memset.
363 Instruction *MemCpyOpt::tryMergingIntoMemset(Instruction *StartInst, 
364                                              Value *StartPtr, Value *ByteVal) {
365   if (TD == 0) return 0;
366   
367   // Okay, so we now have a single store that can be splatable.  Scan to find
368   // all subsequent stores of the same value to offset from the same pointer.
369   // Join these together into ranges, so we can decide whether contiguous blocks
370   // are stored.
371   MemsetRanges Ranges(*TD);
372   
373   BasicBlock::iterator BI = StartInst;
374   for (++BI; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
375     if (!isa<StoreInst>(BI) && !isa<MemSetInst>(BI)) {
376       // If the instruction is readnone, ignore it, otherwise bail out.  We
377       // don't even allow readonly here because we don't want something like:
378       // A[1] = 2; strlen(A); A[2] = 2; -> memcpy(A, ...); strlen(A).
379       if (BI->mayWriteToMemory() || BI->mayReadFromMemory())
380         break;
381       continue;
382     }
383     
384     if (StoreInst *NextStore = dyn_cast<StoreInst>(BI)) {
385       // If this is a store, see if we can merge it in.
386       if (NextStore->isVolatile()) break;
387     
388       // Check to see if this stored value is of the same byte-splattable value.
389       if (ByteVal != isBytewiseValue(NextStore->getOperand(0)))
390         break;
391       
392       // Check to see if this store is to a constant offset from the start ptr.
393       int64_t Offset;
394       if (!IsPointerOffset(StartPtr, NextStore->getPointerOperand(),
395                            Offset, *TD))
396         break;
397       
398       Ranges.addStore(Offset, NextStore);
399     } else {
400       MemSetInst *MSI = cast<MemSetInst>(BI);
401       
402       if (MSI->isVolatile() || ByteVal != MSI->getValue() ||
403           !isa<ConstantInt>(MSI->getLength()))
404         break;
405       
406       // Check to see if this store is to a constant offset from the start ptr.
407       int64_t Offset;
408       if (!IsPointerOffset(StartPtr, MSI->getDest(), Offset, *TD))
409         break;
410       
411       Ranges.addMemSet(Offset, MSI);
412     }
413   }
414   
415   // If we have no ranges, then we just had a single store with nothing that
416   // could be merged in.  This is a very common case of course.
417   if (Ranges.empty())
418     return 0;
419   
420   // If we had at least one store that could be merged in, add the starting
421   // store as well.  We try to avoid this unless there is at least something
422   // interesting as a small compile-time optimization.
423   Ranges.addInst(0, StartInst);
424
425   // If we create any memsets, we put it right before the first instruction that
426   // isn't part of the memset block.  This ensure that the memset is dominated
427   // by any addressing instruction needed by the start of the block.
428   IRBuilder<> Builder(BI);
429
430   // Now that we have full information about ranges, loop over the ranges and
431   // emit memset's for anything big enough to be worthwhile.
432   Instruction *AMemSet = 0;
433   for (MemsetRanges::const_iterator I = Ranges.begin(), E = Ranges.end();
434        I != E; ++I) {
435     const MemsetRange &Range = *I;
436     
437     if (Range.TheStores.size() == 1) continue;
438     
439     // If it is profitable to lower this range to memset, do so now.
440     if (!Range.isProfitableToUseMemset(*TD))
441       continue;
442     
443     // Otherwise, we do want to transform this!  Create a new memset.
444     // Get the starting pointer of the block.
445     StartPtr = Range.StartPtr;
446     
447     // Determine alignment
448     unsigned Alignment = Range.Alignment;
449     if (Alignment == 0) {
450       const Type *EltType = 
451         cast<PointerType>(StartPtr->getType())->getElementType();
452       Alignment = TD->getABITypeAlignment(EltType);
453     }
454     
455     AMemSet = 
456       Builder.CreateMemSet(StartPtr, ByteVal, Range.End-Range.Start, Alignment);
457     
458     DEBUG(dbgs() << "Replace stores:\n";
459           for (unsigned i = 0, e = Range.TheStores.size(); i != e; ++i)
460             dbgs() << *Range.TheStores[i] << '\n';
461           dbgs() << "With: " << *AMemSet << '\n');
462
463     if (!Range.TheStores.empty())
464       AMemSet->setDebugLoc(Range.TheStores[0]->getDebugLoc());
465
466     // Zap all the stores.
467     for (SmallVector<Instruction*, 16>::const_iterator
468          SI = Range.TheStores.begin(),
469          SE = Range.TheStores.end(); SI != SE; ++SI) {
470       MD->removeInstruction(*SI);
471       (*SI)->eraseFromParent();
472     }
473     ++NumMemSetInfer;
474   }
475   
476   return AMemSet;
477 }
478
479
480 bool MemCpyOpt::processStore(StoreInst *SI, BasicBlock::iterator &BBI) {
481   if (SI->isVolatile()) return false;
482   
483   if (TD == 0) return false;
484
485   // Detect cases where we're performing call slot forwarding, but
486   // happen to be using a load-store pair to implement it, rather than
487   // a memcpy.
488   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SI->getOperand(0))) {
489     if (!LI->isVolatile() && LI->hasOneUse()) {
490       MemDepResult dep = MD->getDependency(LI);
491       CallInst *C = 0;
492       if (dep.isClobber() && !isa<MemCpyInst>(dep.getInst()))
493         C = dyn_cast<CallInst>(dep.getInst());
494       
495       if (C) {
496         bool changed = performCallSlotOptzn(LI,
497                         SI->getPointerOperand()->stripPointerCasts(), 
498                         LI->getPointerOperand()->stripPointerCasts(),
499                         TD->getTypeStoreSize(SI->getOperand(0)->getType()), C);
500         if (changed) {
501           MD->removeInstruction(SI);
502           SI->eraseFromParent();
503           MD->removeInstruction(LI);
504           LI->eraseFromParent();
505           ++NumMemCpyInstr;
506           return true;
507         }
508       }
509     }
510   }
511   
512   // There are two cases that are interesting for this code to handle: memcpy
513   // and memset.  Right now we only handle memset.
514   
515   // Ensure that the value being stored is something that can be memset'able a
516   // byte at a time like "0" or "-1" or any width, as well as things like
517   // 0xA0A0A0A0 and 0.0.
518   if (Value *ByteVal = isBytewiseValue(SI->getOperand(0)))
519     if (Instruction *I = tryMergingIntoMemset(SI, SI->getPointerOperand(),
520                                               ByteVal)) {
521       BBI = I;  // Don't invalidate iterator.
522       return true;
523     }
524   
525   return false;
526 }
527
528 bool MemCpyOpt::processMemSet(MemSetInst *MSI, BasicBlock::iterator &BBI) {
529   // See if there is another memset or store neighboring this memset which
530   // allows us to widen out the memset to do a single larger store.
531   if (isa<ConstantInt>(MSI->getLength()) && !MSI->isVolatile())
532     if (Instruction *I = tryMergingIntoMemset(MSI, MSI->getDest(),
533                                               MSI->getValue())) {
534       BBI = I;  // Don't invalidate iterator.
535       return true;
536     }
537   return false;
538 }
539
540
541 /// performCallSlotOptzn - takes a memcpy and a call that it depends on,
542 /// and checks for the possibility of a call slot optimization by having
543 /// the call write its result directly into the destination of the memcpy.
544 bool MemCpyOpt::performCallSlotOptzn(Instruction *cpy,
545                                      Value *cpyDest, Value *cpySrc,
546                                      uint64_t cpyLen, CallInst *C) {
547   // The general transformation to keep in mind is
548   //
549   //   call @func(..., src, ...)
550   //   memcpy(dest, src, ...)
551   //
552   // ->
553   //
554   //   memcpy(dest, src, ...)
555   //   call @func(..., dest, ...)
556   //
557   // Since moving the memcpy is technically awkward, we additionally check that
558   // src only holds uninitialized values at the moment of the call, meaning that
559   // the memcpy can be discarded rather than moved.
560
561   // Deliberately get the source and destination with bitcasts stripped away,
562   // because we'll need to do type comparisons based on the underlying type.
563   CallSite CS(C);
564
565   // Require that src be an alloca.  This simplifies the reasoning considerably.
566   AllocaInst *srcAlloca = dyn_cast<AllocaInst>(cpySrc);
567   if (!srcAlloca)
568     return false;
569
570   // Check that all of src is copied to dest.
571   if (TD == 0) return false;
572
573   ConstantInt *srcArraySize = dyn_cast<ConstantInt>(srcAlloca->getArraySize());
574   if (!srcArraySize)
575     return false;
576
577   uint64_t srcSize = TD->getTypeAllocSize(srcAlloca->getAllocatedType()) *
578     srcArraySize->getZExtValue();
579
580   if (cpyLen < srcSize)
581     return false;
582
583   // Check that accessing the first srcSize bytes of dest will not cause a
584   // trap.  Otherwise the transform is invalid since it might cause a trap
585   // to occur earlier than it otherwise would.
586   if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(cpyDest)) {
587     // The destination is an alloca.  Check it is larger than srcSize.
588     ConstantInt *destArraySize = dyn_cast<ConstantInt>(A->getArraySize());
589     if (!destArraySize)
590       return false;
591
592     uint64_t destSize = TD->getTypeAllocSize(A->getAllocatedType()) *
593       destArraySize->getZExtValue();
594
595     if (destSize < srcSize)
596       return false;
597   } else if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(cpyDest)) {
598     // If the destination is an sret parameter then only accesses that are
599     // outside of the returned struct type can trap.
600     if (!A->hasStructRetAttr())
601       return false;
602
603     const Type *StructTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
604     uint64_t destSize = TD->getTypeAllocSize(StructTy);
605
606     if (destSize < srcSize)
607       return false;
608   } else {
609     return false;
610   }
611
612   // Check that src is not accessed except via the call and the memcpy.  This
613   // guarantees that it holds only undefined values when passed in (so the final
614   // memcpy can be dropped), that it is not read or written between the call and
615   // the memcpy, and that writing beyond the end of it is undefined.
616   SmallVector<User*, 8> srcUseList(srcAlloca->use_begin(),
617                                    srcAlloca->use_end());
618   while (!srcUseList.empty()) {
619     User *UI = srcUseList.pop_back_val();
620
621     if (isa<BitCastInst>(UI)) {
622       for (User::use_iterator I = UI->use_begin(), E = UI->use_end();
623            I != E; ++I)
624         srcUseList.push_back(*I);
625     } else if (GetElementPtrInst *G = dyn_cast<GetElementPtrInst>(UI)) {
626       if (G->hasAllZeroIndices())
627         for (User::use_iterator I = UI->use_begin(), E = UI->use_end();
628              I != E; ++I)
629           srcUseList.push_back(*I);
630       else
631         return false;
632     } else if (UI != C && UI != cpy) {
633       return false;
634     }
635   }
636
637   // Since we're changing the parameter to the callsite, we need to make sure
638   // that what would be the new parameter dominates the callsite.
639   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
640   if (Instruction *cpyDestInst = dyn_cast<Instruction>(cpyDest))
641     if (!DT.dominates(cpyDestInst, C))
642       return false;
643
644   // In addition to knowing that the call does not access src in some
645   // unexpected manner, for example via a global, which we deduce from
646   // the use analysis, we also need to know that it does not sneakily
647   // access dest.  We rely on AA to figure this out for us.
648   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
649   if (AA.getModRefInfo(C, cpyDest, srcSize) != AliasAnalysis::NoModRef)
650     return false;
651
652   // All the checks have passed, so do the transformation.
653   bool changedArgument = false;
654   for (unsigned i = 0; i < CS.arg_size(); ++i)
655     if (CS.getArgument(i)->stripPointerCasts() == cpySrc) {
656       if (cpySrc->getType() != cpyDest->getType())
657         cpyDest = CastInst::CreatePointerCast(cpyDest, cpySrc->getType(),
658                                               cpyDest->getName(), C);
659       changedArgument = true;
660       if (CS.getArgument(i)->getType() == cpyDest->getType())
661         CS.setArgument(i, cpyDest);
662       else
663         CS.setArgument(i, CastInst::CreatePointerCast(cpyDest, 
664                           CS.getArgument(i)->getType(), cpyDest->getName(), C));
665     }
666
667   if (!changedArgument)
668     return false;
669
670   // Drop any cached information about the call, because we may have changed
671   // its dependence information by changing its parameter.
672   MD->removeInstruction(C);
673
674   // Remove the memcpy.
675   MD->removeInstruction(cpy);
676   ++NumMemCpyInstr;
677
678   return true;
679 }
680
681 /// processMemCpyMemCpyDependence - We've found that the (upward scanning)
682 /// memory dependence of memcpy 'M' is the memcpy 'MDep'.  Try to simplify M to
683 /// copy from MDep's input if we can.  MSize is the size of M's copy.
684 /// 
685 bool MemCpyOpt::processMemCpyMemCpyDependence(MemCpyInst *M, MemCpyInst *MDep,
686                                               uint64_t MSize) {
687   // We can only transforms memcpy's where the dest of one is the source of the
688   // other.
689   if (M->getSource() != MDep->getDest() || MDep->isVolatile())
690     return false;
691   
692   // If dep instruction is reading from our current input, then it is a noop
693   // transfer and substituting the input won't change this instruction.  Just
694   // ignore the input and let someone else zap MDep.  This handles cases like:
695   //    memcpy(a <- a)
696   //    memcpy(b <- a)
697   if (M->getSource() == MDep->getSource())
698     return false;
699   
700   // Second, the length of the memcpy's must be the same, or the preceding one
701   // must be larger than the following one.
702   ConstantInt *MDepLen = dyn_cast<ConstantInt>(MDep->getLength());
703   ConstantInt *MLen = dyn_cast<ConstantInt>(M->getLength());
704   if (!MDepLen || !MLen || MDepLen->getZExtValue() < MLen->getZExtValue())
705     return false;
706   
707   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
708
709   // Verify that the copied-from memory doesn't change in between the two
710   // transfers.  For example, in:
711   //    memcpy(a <- b)
712   //    *b = 42;
713   //    memcpy(c <- a)
714   // It would be invalid to transform the second memcpy into memcpy(c <- b).
715   //
716   // TODO: If the code between M and MDep is transparent to the destination "c",
717   // then we could still perform the xform by moving M up to the first memcpy.
718   //
719   // NOTE: This is conservative, it will stop on any read from the source loc,
720   // not just the defining memcpy.
721   MemDepResult SourceDep =
722     MD->getPointerDependencyFrom(AA.getLocationForSource(MDep),
723                                  false, M, M->getParent());
724   if (!SourceDep.isClobber() || SourceDep.getInst() != MDep)
725     return false;
726   
727   // If the dest of the second might alias the source of the first, then the
728   // source and dest might overlap.  We still want to eliminate the intermediate
729   // value, but we have to generate a memmove instead of memcpy.
730   bool UseMemMove = false;
731   if (!AA.isNoAlias(AA.getLocationForDest(M), AA.getLocationForSource(MDep)))
732     UseMemMove = true;
733   
734   // If all checks passed, then we can transform M.
735   
736   // Make sure to use the lesser of the alignment of the source and the dest
737   // since we're changing where we're reading from, but don't want to increase
738   // the alignment past what can be read from or written to.
739   // TODO: Is this worth it if we're creating a less aligned memcpy? For
740   // example we could be moving from movaps -> movq on x86.
741   unsigned Align = std::min(MDep->getAlignment(), M->getAlignment());
742   
743   IRBuilder<> Builder(M);
744   if (UseMemMove)
745     Builder.CreateMemMove(M->getRawDest(), MDep->getRawSource(), M->getLength(),
746                           Align, M->isVolatile());
747   else
748     Builder.CreateMemCpy(M->getRawDest(), MDep->getRawSource(), M->getLength(),
749                          Align, M->isVolatile());
750
751   // Remove the instruction we're replacing.
752   MD->removeInstruction(M);
753   M->eraseFromParent();
754   ++NumMemCpyInstr;
755   return true;
756 }
757
758
759 /// processMemCpy - perform simplification of memcpy's.  If we have memcpy A
760 /// which copies X to Y, and memcpy B which copies Y to Z, then we can rewrite
761 /// B to be a memcpy from X to Z (or potentially a memmove, depending on
762 /// circumstances). This allows later passes to remove the first memcpy
763 /// altogether.
764 bool MemCpyOpt::processMemCpy(MemCpyInst *M) {
765   // We can only optimize statically-sized memcpy's that are non-volatile.
766   ConstantInt *CopySize = dyn_cast<ConstantInt>(M->getLength());
767   if (CopySize == 0 || M->isVolatile()) return false;
768
769   // If the source and destination of the memcpy are the same, then zap it.
770   if (M->getSource() == M->getDest()) {
771     MD->removeInstruction(M);
772     M->eraseFromParent();
773     return false;
774   }
775
776   // If copying from a constant, try to turn the memcpy into a memset.
777   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(M->getSource()))
778     if (GV->isConstant() && GV->hasDefinitiveInitializer())
779       if (Value *ByteVal = isBytewiseValue(GV->getInitializer())) {
780         IRBuilder<> Builder(M);
781         Builder.CreateMemSet(M->getRawDest(), ByteVal, CopySize,
782                              M->getAlignment(), false);
783         MD->removeInstruction(M);
784         M->eraseFromParent();
785         ++NumCpyToSet;
786         return true;
787       }
788
789   // The are two possible optimizations we can do for memcpy:
790   //   a) memcpy-memcpy xform which exposes redundance for DSE.
791   //   b) call-memcpy xform for return slot optimization.
792   MemDepResult DepInfo = MD->getDependency(M);
793   if (!DepInfo.isClobber())
794     return false;
795   
796   if (MemCpyInst *MDep = dyn_cast<MemCpyInst>(DepInfo.getInst()))
797     return processMemCpyMemCpyDependence(M, MDep, CopySize->getZExtValue());
798     
799   if (CallInst *C = dyn_cast<CallInst>(DepInfo.getInst())) {
800     if (performCallSlotOptzn(M, M->getDest(), M->getSource(),
801                              CopySize->getZExtValue(), C)) {
802       MD->removeInstruction(M);
803       M->eraseFromParent();
804       return true;
805     }
806   }
807   
808   return false;
809 }
810
811 /// processMemMove - Transforms memmove calls to memcpy calls when the src/dst
812 /// are guaranteed not to alias.
813 bool MemCpyOpt::processMemMove(MemMoveInst *M) {
814   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
815
816   if (!TLI->has(LibFunc::memmove))
817     return false;
818   
819   // See if the pointers alias.
820   if (!AA.isNoAlias(AA.getLocationForDest(M), AA.getLocationForSource(M)))
821     return false;
822   
823   DEBUG(dbgs() << "MemCpyOpt: Optimizing memmove -> memcpy: " << *M << "\n");
824   
825   // If not, then we know we can transform this.
826   Module *Mod = M->getParent()->getParent()->getParent();
827   const Type *ArgTys[3] = { M->getRawDest()->getType(),
828                             M->getRawSource()->getType(),
829                             M->getLength()->getType() };
830   M->setCalledFunction(Intrinsic::getDeclaration(Mod, Intrinsic::memcpy,
831                                                  ArgTys, 3));
832
833   // MemDep may have over conservative information about this instruction, just
834   // conservatively flush it from the cache.
835   MD->removeInstruction(M);
836
837   ++NumMoveToCpy;
838   return true;
839 }
840   
841 /// processByValArgument - This is called on every byval argument in call sites.
842 bool MemCpyOpt::processByValArgument(CallSite CS, unsigned ArgNo) {
843   if (TD == 0) return false;
844
845   // Find out what feeds this byval argument.
846   Value *ByValArg = CS.getArgument(ArgNo);
847   const Type *ByValTy =cast<PointerType>(ByValArg->getType())->getElementType();
848   uint64_t ByValSize = TD->getTypeAllocSize(ByValTy);
849   MemDepResult DepInfo =
850     MD->getPointerDependencyFrom(AliasAnalysis::Location(ByValArg, ByValSize),
851                                  true, CS.getInstruction(),
852                                  CS.getInstruction()->getParent());
853   if (!DepInfo.isClobber())
854     return false;
855
856   // If the byval argument isn't fed by a memcpy, ignore it.  If it is fed by
857   // a memcpy, see if we can byval from the source of the memcpy instead of the
858   // result.
859   MemCpyInst *MDep = dyn_cast<MemCpyInst>(DepInfo.getInst());
860   if (MDep == 0 || MDep->isVolatile() ||
861       ByValArg->stripPointerCasts() != MDep->getDest())
862     return false;
863   
864   // The length of the memcpy must be larger or equal to the size of the byval.
865   ConstantInt *C1 = dyn_cast<ConstantInt>(MDep->getLength());
866   if (C1 == 0 || C1->getValue().getZExtValue() < ByValSize)
867     return false;
868
869   // Get the alignment of the byval.  If it is greater than the memcpy, then we
870   // can't do the substitution.  If the call doesn't specify the alignment, then
871   // it is some target specific value that we can't know.
872   unsigned ByValAlign = CS.getParamAlignment(ArgNo+1);
873   if (ByValAlign == 0 || MDep->getAlignment() < ByValAlign)
874     return false;  
875   
876   // Verify that the copied-from memory doesn't change in between the memcpy and
877   // the byval call.
878   //    memcpy(a <- b)
879   //    *b = 42;
880   //    foo(*a)
881   // It would be invalid to transform the second memcpy into foo(*b).
882   //
883   // NOTE: This is conservative, it will stop on any read from the source loc,
884   // not just the defining memcpy.
885   MemDepResult SourceDep =
886     MD->getPointerDependencyFrom(AliasAnalysis::getLocationForSource(MDep),
887                                  false, CS.getInstruction(), MDep->getParent());
888   if (!SourceDep.isClobber() || SourceDep.getInst() != MDep)
889     return false;
890   
891   Value *TmpCast = MDep->getSource();
892   if (MDep->getSource()->getType() != ByValArg->getType())
893     TmpCast = new BitCastInst(MDep->getSource(), ByValArg->getType(),
894                               "tmpcast", CS.getInstruction());
895   
896   DEBUG(dbgs() << "MemCpyOpt: Forwarding memcpy to byval:\n"
897                << "  " << *MDep << "\n"
898                << "  " << *CS.getInstruction() << "\n");
899   
900   // Otherwise we're good!  Update the byval argument.
901   CS.setArgument(ArgNo, TmpCast);
902   ++NumMemCpyInstr;
903   return true;
904 }
905
906 /// iterateOnFunction - Executes one iteration of MemCpyOpt.
907 bool MemCpyOpt::iterateOnFunction(Function &F) {
908   bool MadeChange = false;
909
910   // Walk all instruction in the function.
911   for (Function::iterator BB = F.begin(), BBE = F.end(); BB != BBE; ++BB) {
912     for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end(); BI != BE;) {
913       // Avoid invalidating the iterator.
914       Instruction *I = BI++;
915       
916       bool RepeatInstruction = false;
917       
918       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
919         MadeChange |= processStore(SI, BI);
920       else if (MemSetInst *M = dyn_cast<MemSetInst>(I))
921         RepeatInstruction = processMemSet(M, BI);
922       else if (MemCpyInst *M = dyn_cast<MemCpyInst>(I))
923         RepeatInstruction = processMemCpy(M);
924       else if (MemMoveInst *M = dyn_cast<MemMoveInst>(I))
925         RepeatInstruction = processMemMove(M);
926       else if (CallSite CS = (Value*)I) {
927         for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
928           if (CS.paramHasAttr(i+1, Attribute::ByVal))
929             MadeChange |= processByValArgument(CS, i);
930       }
931
932       // Reprocess the instruction if desired.
933       if (RepeatInstruction) {
934         if (BI != BB->begin()) --BI;
935         MadeChange = true;
936       }
937     }
938   }
939   
940   return MadeChange;
941 }
942
943 // MemCpyOpt::runOnFunction - This is the main transformation entry point for a
944 // function.
945 //
946 bool MemCpyOpt::runOnFunction(Function &F) {
947   bool MadeChange = false;
948   MD = &getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
949   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
950   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
951   
952   // If we don't have at least memset and memcpy, there is little point of doing
953   // anything here.  These are required by a freestanding implementation, so if
954   // even they are disabled, there is no point in trying hard.
955   if (!TLI->has(LibFunc::memset) || !TLI->has(LibFunc::memcpy))
956     return false;
957   
958   while (1) {
959     if (!iterateOnFunction(F))
960       break;
961     MadeChange = true;
962   }
963   
964   MD = 0;
965   return MadeChange;
966 }