lib/Transforms/Scalar/ScalarReplAggregates.cpp

   1 //===- ScalarReplAggregates.cpp - Scalar Replacement of Aggregates --------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This transformation implements the well known scalar replacement of
  11 // aggregates transformation.  This xform breaks up alloca instructions of
  12 // aggregate type (structure or array) into individual alloca instructions for
  13 // each member (if possible).  Then, if possible, it transforms the individual
  14 // alloca instructions into nice clean scalar SSA form.
  15 //
  16 // This combines a simple SRoA algorithm with the Mem2Reg algorithm because
  17 // often interact, especially for C++ programs.  As such, iterating between
  18 // SRoA, then Mem2Reg until we run out of things to promote works well.
  19 //
  20 //===----------------------------------------------------------------------===//
  21
  22 #define DEBUG_TYPE "scalarrepl"
  23 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  24 #include "llvm/Constants.h"
  25 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  26 #include "llvm/Function.h"
  27 #include "llvm/GlobalVariable.h"
  28 #include "llvm/Instructions.h"
  29 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  30 #include "llvm/LLVMContext.h"
  31 #include "llvm/Pass.h"
  32 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  33 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  34 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
  35 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  36 #include "llvm/Support/Debug.h"
  37 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  38 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
  39 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
  40 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
  41 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  42 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  43 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  44 using namespace llvm;
  45
  46 STATISTIC(NumReplaced,  "Number of allocas broken up");
  47 STATISTIC(NumPromoted,  "Number of allocas promoted");
  48 STATISTIC(NumConverted, "Number of aggregates converted to scalar");
  49 STATISTIC(NumGlobals,   "Number of allocas copied from constant global");
  50
  51 namespace {
  52   struct SROA : public FunctionPass {
  53     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
  54     explicit SROA(signed T = -1) : FunctionPass(&ID) {
  55       if (T == -1)
  56         SRThreshold = 128;
  57       else
  58         SRThreshold = T;
  59     }
  60
  61     bool runOnFunction(Function &F);
  62
  63     bool performScalarRepl(Function &F);
  64     bool performPromotion(Function &F);
  65
  66     // getAnalysisUsage - This pass does not require any passes, but we know it
  67     // will not alter the CFG, so say so.
  68     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  69       AU.addRequired<DominatorTree>();
  70       AU.addRequired<DominanceFrontier>();
  71       AU.setPreservesCFG();
  72     }
  73
  74   private:
  75     TargetData *TD;
  76
  77     /// AllocaInfo - When analyzing uses of an alloca instruction, this captures
  78     /// information about the uses.  All these fields are initialized to false
  79     /// and set to true when something is learned.
  80     struct AllocaInfo {
  81       /// isUnsafe - This is set to true if the alloca cannot be SROA'd.
  82       bool isUnsafe : 1;
  83
  84       /// needsCleanup - This is set to true if there is some use of the alloca
  85       /// that requires cleanup.
  86       bool needsCleanup : 1;
  87
  88       /// isMemCpySrc - This is true if this aggregate is memcpy'd from.
  89       bool isMemCpySrc : 1;
  90
  91       /// isMemCpyDst - This is true if this aggregate is memcpy'd into.
  92       bool isMemCpyDst : 1;
  93
  94       AllocaInfo()
  95         : isUnsafe(false), needsCleanup(false),
  96           isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false) {}
  97     };
  98
  99     unsigned SRThreshold;
 100
 101     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I) { I.isUnsafe = true; }
 102
 103     int isSafeAllocaToScalarRepl(AllocationInst *AI);
 104
 105     void isSafeUseOfAllocation(Instruction *User, AllocationInst *AI,
 106                                AllocaInfo &Info);
 107     void isSafeElementUse(Value *Ptr, bool isFirstElt, AllocationInst *AI,
 108                          AllocaInfo &Info);
 109     void isSafeMemIntrinsicOnAllocation(MemIntrinsic *MI, AllocationInst *AI,
 110                                         unsigned OpNo, AllocaInfo &Info);
 111     void isSafeUseOfBitCastedAllocation(BitCastInst *User, AllocationInst *AI,
 112                                         AllocaInfo &Info);
 113
 114     void DoScalarReplacement(AllocationInst *AI,
 115                              std::vector<AllocationInst*> &WorkList);
 116     void CleanupGEP(GetElementPtrInst *GEP);
 117     void CleanupAllocaUsers(AllocationInst *AI);
 118     AllocaInst *AddNewAlloca(Function &F, const Type *Ty, AllocationInst *Base);
 119
 120     void RewriteBitCastUserOfAlloca(Instruction *BCInst, AllocationInst *AI,
 121                                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
 122
 123     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *BCInst,
 124                                       AllocationInst *AI,
 125                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
 126     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocationInst *AI,
 127                                        SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
 128     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocationInst *AI,
 129                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
 130
 131     bool CanConvertToScalar(Value *V, bool &IsNotTrivial, const Type *&VecTy,
 132                             bool &SawVec, uint64_t Offset, unsigned AllocaSize);
 133     void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset);
 134     Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, const Type *ToType,
 135                                      uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
 136     Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
 137                                      uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
 138     static Instruction *isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocationInst *AI);
 139   };
 140 }
 141
 142 char SROA::ID = 0;
 143 static RegisterPass<SROA> X("scalarrepl", "Scalar Replacement of Aggregates");
 144
 145 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
 146 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(signed int Threshold) {
 147   return new SROA(Threshold);
 148 }
 149
 150
 151 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
 152   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
 153
 154   bool Changed = performPromotion(F);
 155
 156   // FIXME: ScalarRepl currently depends on TargetData more than it
 157   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
 158   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
 159   // scalar-replacement portion of this pass.
 160   if (!TD) return Changed;
 161
 162   while (1) {
 163     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
 164     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
 165     Changed = true;
 166     LocalChange = performPromotion(F);
 167     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
 168   }
 169
 170   return Changed;
 171 }
 172
 173
 174 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
 175   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
 176   DominatorTree         &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
 177   DominanceFrontier &DF = getAnalysis<DominanceFrontier>();
 178
 179   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
 180
 181   bool Changed = false;
 182
 183   while (1) {
 184     Allocas.clear();
 185
 186     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
 187     // the entry node
 188     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
 189       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
 190         if (isAllocaPromotable(AI))
 191           Allocas.push_back(AI);
 192
 193     if (Allocas.empty()) break;
 194
 195     PromoteMemToReg(Allocas, DT, DF, F.getContext());
 196     NumPromoted += Allocas.size();
 197     Changed = true;
 198   }
 199
 200   return Changed;
 201 }
 202
 203 /// getNumSAElements - Return the number of elements in the specific struct or
 204 /// array.
 205 static uint64_t getNumSAElements(const Type *T) {
 206   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
 207     return ST->getNumElements();
 208   return cast<ArrayType>(T)->getNumElements();
 209 }
 210
 211 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
 212 // which runs on all of the malloc/alloca instructions in the function, removing
 213 // them if they are only used by getelementptr instructions.
 214 //
 215 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
 216   std::vector<AllocationInst*> WorkList;
 217
 218   // Scan the entry basic block, adding any alloca's and mallocs to the worklist
 219   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
 220   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
 221     if (AllocationInst *A = dyn_cast<AllocationInst>(I))
 222       WorkList.push_back(A);
 223
 224   // Process the worklist
 225   bool Changed = false;
 226   while (!WorkList.empty()) {
 227     AllocationInst *AI = WorkList.back();
 228     WorkList.pop_back();
 229
 230     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
 231     // with unused elements.
 232     if (AI->use_empty()) {
 233       AI->eraseFromParent();
 234       continue;
 235     }
 236
 237     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
 238     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
 239       continue;
 240
 241     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
 242     // a constant global.  If this is the case, we can change all users to use
 243     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
 244     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
 245     // is only subsequently read.
 246     if (Instruction *TheCopy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI)) {
 247       DEBUG(errs() << "Found alloca equal to global: " << *AI << '\n');
 248       DEBUG(errs() << "  memcpy = " << *TheCopy << '\n');
 249       Constant *TheSrc = cast<Constant>(TheCopy->getOperand(2));
 250       AI->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(TheSrc, AI->getType()));
 251       TheCopy->eraseFromParent();  // Don't mutate the global.
 252       AI->eraseFromParent();
 253       ++NumGlobals;
 254       Changed = true;
 255       continue;
 256     }
 257
 258     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
 259     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
 260     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
 261     // value cannot be decomposed at all.
 262     uint64_t AllocaSize = TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
 263
 264     // Do not promote [0 x %struct].
 265     if (AllocaSize == 0) continue;
 266
 267     // Do not promote any struct whose size is too big.
 268     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
 269
 270     if ((isa<StructType>(AI->getAllocatedType()) ||
 271          isa<ArrayType>(AI->getAllocatedType())) &&
 272         // Do not promote any struct into more than "32" separate vars.
 273         getNumSAElements(AI->getAllocatedType()) <= SRThreshold/4) {
 274       // Check that all of the users of the allocation are capable of being
 275       // transformed.
 276       switch (isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
 277       default: llvm_unreachable("Unexpected value!");
 278       case 0:  // Not safe to scalar replace.
 279         break;
 280       case 1:  // Safe, but requires cleanup/canonicalizations first
 281         CleanupAllocaUsers(AI);
 282         // FALL THROUGH.
 283       case 3:  // Safe to scalar replace.
 284         DoScalarReplacement(AI, WorkList);
 285         Changed = true;
 286         continue;
 287       }
 288     }
 289
 290     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
 291     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
 292     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
 293     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
 294     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
 295     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
 296     bool IsNotTrivial = false;
 297     const Type *VectorTy = 0;
 298     bool HadAVector = false;
 299     if (CanConvertToScalar(AI, IsNotTrivial, VectorTy, HadAVector,
 300                            0, unsigned(AllocaSize)) && IsNotTrivial) {
 301       AllocaInst *NewAI;
 302       // If we were able to find a vector type that can handle this with
 303       // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
 304       // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
 305       // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
 306       // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
 307       // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
 308       if (VectorTy && isa<VectorType>(VectorTy) && HadAVector) {
 309         DEBUG(errs() << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "\n  TYPE = "
 310                      << *VectorTy << '\n');
 311
 312         // Create and insert the vector alloca.
 313         NewAI = new AllocaInst(VectorTy, 0, "",  AI->getParent()->begin());
 314         ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
 315       } else {
 316         DEBUG(errs() << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n");
 317
 318         // Create and insert the integer alloca.
 319         const Type *NewTy = IntegerType::get(AI->getContext(), AllocaSize*8);
 320         NewAI = new AllocaInst(NewTy, 0, "", AI->getParent()->begin());
 321         ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
 322       }
 323       NewAI->takeName(AI);
 324       AI->eraseFromParent();
 325       ++NumConverted;
 326       Changed = true;
 327       continue;
 328     }
 329
 330     // Otherwise, couldn't process this alloca.
 331   }
 332
 333   return Changed;
 334 }
 335
 336 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
 337 /// predicate, do SROA now.
 338 void SROA::DoScalarReplacement(AllocationInst *AI,
 339                                std::vector<AllocationInst*> &WorkList) {
 340   DEBUG(errs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
 341   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
 342   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
 343     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
 344     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
 345       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0,
 346                                       AI->getAlignment(),
 347                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
 348       ElementAllocas.push_back(NA);
 349       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
 350     }
 351   } else {
 352     const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
 353     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
 354     const Type *ElTy = AT->getElementType();
 355     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
 356       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, AI->getAlignment(),
 357                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
 358       ElementAllocas.push_back(NA);
 359       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
 360     }
 361   }
 362
 363   // Now that we have created the alloca instructions that we want to use,
 364   // expand the getelementptr instructions to use them.
 365   //
 366   while (!AI->use_empty()) {
 367     Instruction *User = cast<Instruction>(AI->use_back());
 368     if (BitCastInst *BCInst = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
 369       RewriteBitCastUserOfAlloca(BCInst, AI, ElementAllocas);
 370       BCInst->eraseFromParent();
 371       continue;
 372     }
 373
 374     // Replace:
 375     //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
 376     // with:
 377     //   %load.0 = load i32* %alloc.0
 378     //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
 379     //   %load.1 = load i32* %alloc.1
 380     //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
 381     // (Also works for arrays instead of structs)
 382     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
 383       Value *Insert = UndefValue::get(LI->getType());
 384       for (unsigned i = 0, e = ElementAllocas.size(); i != e; ++i) {
 385         Value *Load = new LoadInst(ElementAllocas[i], "load", LI);
 386         Insert = InsertValueInst::Create(Insert, Load, i, "insert", LI);
 387       }
 388       LI->replaceAllUsesWith(Insert);
 389       LI->eraseFromParent();
 390       continue;
 391     }
 392
 393     // Replace:
 394     //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
 395     // with:
 396     //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
 397     //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
 398     //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
 399     //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
 400     // (Also works for arrays instead of structs)
 401     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
 402       Value *Val = SI->getOperand(0);
 403       for (unsigned i = 0, e = ElementAllocas.size(); i != e; ++i) {
 404         Value *Extract = ExtractValueInst::Create(Val, i, Val->getName(), SI);
 405         new StoreInst(Extract, ElementAllocas[i], SI);
 406       }
 407       SI->eraseFromParent();
 408       continue;
 409     }
 410
 411     GetElementPtrInst *GEPI = cast<GetElementPtrInst>(User);
 412     // We now know that the GEP is of the form: GEP <ptr>, 0, <cst>
 413     unsigned Idx =
 414        (unsigned)cast<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))->getZExtValue();
 415
 416     assert(Idx < ElementAllocas.size() && "Index out of range?");
 417     AllocaInst *AllocaToUse = ElementAllocas[Idx];
 418
 419     Value *RepValue;
 420     if (GEPI->getNumOperands() == 3) {
 421       // Do not insert a new getelementptr instruction with zero indices, only
 422       // to have it optimized out later.
 423       RepValue = AllocaToUse;
 424     } else {
 425       // We are indexing deeply into the structure, so we still need a
 426       // getelement ptr instruction to finish the indexing.  This may be
 427       // expanded itself once the worklist is rerun.
 428       //
 429       SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
 430       NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(
 431                                            Type::getInt32Ty(AI->getContext())));
 432       NewArgs.append(GEPI->op_begin()+3, GEPI->op_end());
 433       RepValue = GetElementPtrInst::Create(AllocaToUse, NewArgs.begin(),
 434                                            NewArgs.end(), "", GEPI);
 435       RepValue->takeName(GEPI);
 436     }
 437
 438     // If this GEP is to the start of the aggregate, check for memcpys.
 439     if (Idx == 0 && GEPI->hasAllZeroIndices())
 440       RewriteBitCastUserOfAlloca(GEPI, AI, ElementAllocas);
 441
 442     // Move all of the users over to the new GEP.
 443     GEPI->replaceAllUsesWith(RepValue);
 444     // Delete the old GEP
 445     GEPI->eraseFromParent();
 446   }
 447
 448   // Finally, delete the Alloca instruction
 449   AI->eraseFromParent();
 450   NumReplaced++;
 451 }
 452
 453
 454 /// isSafeElementUse - Check to see if this use is an allowed use for a
 455 /// getelementptr instruction of an array aggregate allocation.  isFirstElt
 456 /// indicates whether Ptr is known to the start of the aggregate.
 457 ///
 458 void SROA::isSafeElementUse(Value *Ptr, bool isFirstElt, AllocationInst *AI,
 459                             AllocaInfo &Info) {
 460   for (Value::use_iterator I = Ptr->use_begin(), E = Ptr->use_end();
 461        I != E; ++I) {
 462     Instruction *User = cast<Instruction>(*I);
 463     switch (User->getOpcode()) {
 464     case Instruction::Load:  break;
 465     case Instruction::Store:
 466       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
 467       if (User->getOperand(0) == Ptr) return MarkUnsafe(Info);
 468       break;
 469     case Instruction::GetElementPtr: {
 470       GetElementPtrInst *GEP = cast<GetElementPtrInst>(User);
 471       bool AreAllZeroIndices = isFirstElt;
 472       if (GEP->getNumOperands() > 1) {
 473         if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(1)) ||
 474             !cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))->isZero())
 475           // Using pointer arithmetic to navigate the array.
 476           return MarkUnsafe(Info);
 477
 478         if (AreAllZeroIndices)
 479           AreAllZeroIndices = GEP->hasAllZeroIndices();
 480       }
 481       isSafeElementUse(GEP, AreAllZeroIndices, AI, Info);
 482       if (Info.isUnsafe) return;
 483       break;
 484     }
 485     case Instruction::BitCast:
 486       if (isFirstElt) {
 487         isSafeUseOfBitCastedAllocation(cast<BitCastInst>(User), AI, Info);
 488         if (Info.isUnsafe) return;
 489         break;
 490       }
 491       DEBUG(errs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
 492       return MarkUnsafe(Info);
 493     case Instruction::Call:
 494       if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
 495         if (isFirstElt) {
 496           isSafeMemIntrinsicOnAllocation(MI, AI, I.getOperandNo(), Info);
 497           if (Info.isUnsafe) return;
 498           break;
 499         }
 500       }
 501       DEBUG(errs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
 502       return MarkUnsafe(Info);
 503     default:
 504       DEBUG(errs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
 505       return MarkUnsafe(Info);
 506     }
 507   }
 508   return;  // All users look ok :)
 509 }
 510
 511 /// AllUsersAreLoads - Return true if all users of this value are loads.
 512 static bool AllUsersAreLoads(Value *Ptr) {
 513   for (Value::use_iterator I = Ptr->use_begin(), E = Ptr->use_end();
 514        I != E; ++I)
 515     if (cast<Instruction>(*I)->getOpcode() != Instruction::Load)
 516       return false;
 517   return true;
 518 }
 519
 520 /// isSafeUseOfAllocation - Check to see if this user is an allowed use for an
 521 /// aggregate allocation.
 522 ///
 523 void SROA::isSafeUseOfAllocation(Instruction *User, AllocationInst *AI,
 524                                  AllocaInfo &Info) {
 525   if (BitCastInst *C = dyn_cast<BitCastInst>(User))
 526     return isSafeUseOfBitCastedAllocation(C, AI, Info);
 527
 528   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User))
 529     if (!LI->isVolatile())
 530       return;// Loads (returning a first class aggregrate) are always rewritable
 531
 532   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
 533     if (!SI->isVolatile() && SI->getOperand(0) != AI)
 534       return;// Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
 535
 536   GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User);
 537   if (GEPI == 0)
 538     return MarkUnsafe(Info);
 539
 540   gep_type_iterator I = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
 541
 542   // The GEP is not safe to transform if not of the form "GEP <ptr>, 0, <cst>".
 543   if (I == E ||
 544       I.getOperand() != Constant::getNullValue(I.getOperand()->getType())) {
 545     return MarkUnsafe(Info);
 546   }
 547
 548   ++I;
 549   if (I == E) return MarkUnsafe(Info);  // ran out of GEP indices??
 550
 551   bool IsAllZeroIndices = true;
 552
 553   // If the first index is a non-constant index into an array, see if we can
 554   // handle it as a special case.
 555   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*I)) {
 556     if (!isa<ConstantInt>(I.getOperand())) {
 557       IsAllZeroIndices = 0;
 558       uint64_t NumElements = AT->getNumElements();
 559
 560       // If this is an array index and the index is not constant, we cannot
 561       // promote... that is unless the array has exactly one or two elements in
 562       // it, in which case we CAN promote it, but we have to canonicalize this
 563       // out if this is the only problem.
 564       if ((NumElements == 1 || NumElements == 2) &&
 565           AllUsersAreLoads(GEPI)) {
 566         Info.needsCleanup = true;
 567         return;  // Canonicalization required!
 568       }
 569       return MarkUnsafe(Info);
 570     }
 571   }
 572
 573   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
 574   // into.
 575   for (; I != E; ++I) {
 576     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
 577     if (isa<StructType>(*I))
 578       continue;
 579
 580     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand());
 581     if (!IdxVal) return MarkUnsafe(Info);
 582
 583     // Are all indices still zero?
 584     IsAllZeroIndices &= IdxVal->isZero();
 585
 586     if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*I)) {
 587       // This GEP indexes an array.  Verify that this is an in-range constant
 588       // integer. Specifically, consider A[0][i]. We cannot know that the user
 589       // isn't doing invalid things like allowing i to index an out-of-range
 590       // subscript that accesses A[1].  Because of this, we have to reject SROA
 591       // of any accesses into structs where any of the components are variables.
 592       if (IdxVal->getZExtValue() >= AT->getNumElements())
 593         return MarkUnsafe(Info);
 594     } else if (const VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(*I)) {
 595       if (IdxVal->getZExtValue() >= VT->getNumElements())
 596         return MarkUnsafe(Info);
 597     }
 598   }
 599
 600   // If there are any non-simple uses of this getelementptr, make sure to reject
 601   // them.
 602   return isSafeElementUse(GEPI, IsAllZeroIndices, AI, Info);
 603 }
 604
 605 /// isSafeMemIntrinsicOnAllocation - Return true if the specified memory
 606 /// intrinsic can be promoted by SROA.  At this point, we know that the operand
 607 /// of the memintrinsic is a pointer to the beginning of the allocation.
 608 void SROA::isSafeMemIntrinsicOnAllocation(MemIntrinsic *MI, AllocationInst *AI,
 609                                           unsigned OpNo, AllocaInfo &Info) {
 610   // If not constant length, give up.
 611   ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
 612   if (!Length) return MarkUnsafe(Info);
 613
 614   // If not the whole aggregate, give up.
 615   if (Length->getZExtValue() !=
 616       TD->getTypeAllocSize(AI->getType()->getElementType()))
 617     return MarkUnsafe(Info);
 618
 619   // We only know about memcpy/memset/memmove.
 620   if (!isa<MemIntrinsic>(MI))
 621     return MarkUnsafe(Info);
 622
 623   // Otherwise, we can transform it.  Determine whether this is a memcpy/set
 624   // into or out of the aggregate.
 625   if (OpNo == 1)
 626     Info.isMemCpyDst = true;
 627   else {
 628     assert(OpNo == 2);
 629     Info.isMemCpySrc = true;
 630   }
 631 }
 632
 633 /// isSafeUseOfBitCastedAllocation - Return true if all users of this bitcast
 634 /// are
 635 void SROA::isSafeUseOfBitCastedAllocation(BitCastInst *BC, AllocationInst *AI,
 636                                           AllocaInfo &Info) {
 637   for (Value::use_iterator UI = BC->use_begin(), E = BC->use_end();
 638        UI != E; ++UI) {
 639     if (BitCastInst *BCU = dyn_cast<BitCastInst>(UI)) {
 640       isSafeUseOfBitCastedAllocation(BCU, AI, Info);
 641     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(UI)) {
 642       isSafeMemIntrinsicOnAllocation(MI, AI, UI.getOperandNo(), Info);
 643     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
 644       if (SI->isVolatile())
 645         return MarkUnsafe(Info);
 646
 647       // If storing the entire alloca in one chunk through a bitcasted pointer
 648       // to integer, we can transform it.  This happens (for example) when you
 649       // cast a {i32,i32}* to i64* and store through it.  This is similar to the
 650       // memcpy case and occurs in various "byval" cases and emulated memcpys.
 651       if (isa<IntegerType>(SI->getOperand(0)->getType()) &&
 652           TD->getTypeAllocSize(SI->getOperand(0)->getType()) ==
 653           TD->getTypeAllocSize(AI->getType()->getElementType())) {
 654         Info.isMemCpyDst = true;
 655         continue;
 656       }
 657       return MarkUnsafe(Info);
 658     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UI)) {
 659       if (LI->isVolatile())
 660         return MarkUnsafe(Info);
 661
 662       // If loading the entire alloca in one chunk through a bitcasted pointer
 663       // to integer, we can transform it.  This happens (for example) when you
 664       // cast a {i32,i32}* to i64* and load through it.  This is similar to the
 665       // memcpy case and occurs in various "byval" cases and emulated memcpys.
 666       if (isa<IntegerType>(LI->getType()) &&
 667           TD->getTypeAllocSize(LI->getType()) ==
 668           TD->getTypeAllocSize(AI->getType()->getElementType())) {
 669         Info.isMemCpySrc = true;
 670         continue;
 671       }
 672       return MarkUnsafe(Info);
 673     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(UI)) {
 674       // If one user is DbgInfoIntrinsic then check if all users are
 675       // DbgInfoIntrinsics.
 676       if (OnlyUsedByDbgInfoIntrinsics(BC)) {
 677         Info.needsCleanup = true;
 678         return;
 679       }
 680       else
 681         MarkUnsafe(Info);
 682     }
 683     else {
 684       return MarkUnsafe(Info);
 685     }
 686     if (Info.isUnsafe) return;
 687   }
 688 }
 689
 690 /// RewriteBitCastUserOfAlloca - BCInst (transitively) bitcasts AI, or indexes
 691 /// to its first element.  Transform users of the cast to use the new values
 692 /// instead.
 693 void SROA::RewriteBitCastUserOfAlloca(Instruction *BCInst, AllocationInst *AI,
 694                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
 695   Value::use_iterator UI = BCInst->use_begin(), UE = BCInst->use_end();
 696   while (UI != UE) {
 697     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
 698     if (BitCastInst *BCU = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
 699       RewriteBitCastUserOfAlloca(BCU, AI, NewElts);
 700       if (BCU->use_empty()) BCU->eraseFromParent();
 701       continue;
 702     }
 703
 704     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
 705       // This must be memcpy/memmove/memset of the entire aggregate.
 706       // Split into one per element.
 707       RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, BCInst, AI, NewElts);
 708       continue;
 709     }
 710
 711     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
 712       // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
 713       RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
 714       continue;
 715     }
 716
 717     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
 718       // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
 719       RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
 720       continue;
 721     }
 722
 723     // Otherwise it must be some other user of a gep of the first pointer.  Just
 724     // leave these alone.
 725     continue;
 726   }
 727 }
 728
 729 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
 730 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
 731 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *BCInst,
 732                                         AllocationInst *AI,
 733                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
 734
 735   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
 736   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
 737   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
 738   // memset, this Value* stays null.
 739   Value *OtherPtr = 0;
 740   LLVMContext &Context = MI->getContext();
 741   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
 742   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
 743     if (BCInst == MTI->getRawDest())
 744       OtherPtr = MTI->getRawSource();
 745     else {
 746       assert(BCInst == MTI->getRawSource());
 747       OtherPtr = MTI->getRawDest();
 748     }
 749   }
 750
 751   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
 752   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
 753   if (OtherPtr) {
 754     // It is likely that OtherPtr is a bitcast, if so, remove it.
 755     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(OtherPtr))
 756       OtherPtr = BC->getOperand(0);
 757     // All zero GEPs are effectively bitcasts.
 758     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(OtherPtr))
 759       if (GEP->hasAllZeroIndices())
 760         OtherPtr = GEP->getOperand(0);
 761
 762     if (ConstantExpr *BCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OtherPtr))
 763       if (BCE->getOpcode() == Instruction::BitCast)
 764         OtherPtr = BCE->getOperand(0);
 765
 766     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
 767     // type.
 768     if (OtherPtr->getType() != AI->getType())
 769       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, AI->getType(), OtherPtr->getName(),
 770                                  MI);
 771   }
 772
 773   // Process each element of the aggregate.
 774   Value *TheFn = MI->getOperand(0);
 775   const Type *BytePtrTy = MI->getRawDest()->getType();
 776   bool SROADest = MI->getRawDest() == BCInst;
 777
 778   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(MI->getContext()));
 779
 780   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
 781     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
 782     Value *OtherElt = 0;
 783     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
 784
 785     if (OtherPtr) {
 786       Value *Idx[2] = { Zero,
 787                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), i) };
 788       OtherElt = GetElementPtrInst::Create(OtherPtr, Idx, Idx + 2,
 789                                            OtherPtr->getNameStr()+"."+Twine(i),
 790                                            MI);
 791       uint64_t EltOffset;
 792       const PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
 793       if (const StructType *ST =
 794             dyn_cast<StructType>(OtherPtrTy->getElementType())) {
 795         EltOffset = TD->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
 796       } else {
 797         const Type *EltTy =
 798           cast<SequentialType>(OtherPtr->getType())->getElementType();
 799         EltOffset = TD->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
 800       }
 801
 802       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
 803       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
 804       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
 805       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
 806       // known alignment is just 4 bytes.
 807       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
 808     }
 809
 810     Value *EltPtr = NewElts[i];
 811     const Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
 812
 813     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
 814     if (EltTy->isSingleValueType()) {
 815       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
 816         if (SROADest) {
 817           // From Other to Alloca.
 818           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
 819           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
 820         } else {
 821           // From Alloca to Other.
 822           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
 823           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
 824         }
 825         continue;
 826       }
 827       assert(isa<MemSetInst>(MI));
 828
 829       // If the stored element is zero (common case), just store a null
 830       // constant.
 831       Constant *StoreVal;
 832       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getOperand(2))) {
 833         if (CI->isZero()) {
 834           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
 835         } else {
 836           // If EltTy is a vector type, get the element type.
 837           const Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
 838
 839           // Construct an integer with the right value.
 840           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
 841           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
 842           APInt TotalVal(OneVal);
 843           // Set each byte.
 844           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
 845             TotalVal = TotalVal.shl(8);
 846             TotalVal |= OneVal;
 847           }
 848
 849           // Convert the integer value to the appropriate type.
 850           StoreVal = ConstantInt::get(Context, TotalVal);
 851           if (isa<PointerType>(ValTy))
 852             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
 853           else if (ValTy->isFloatingPoint())
 854             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
 855           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
 856
 857           // If the requested value was a vector constant, create it.
 858           if (EltTy != ValTy) {
 859             unsigned NumElts = cast<VectorType>(ValTy)->getNumElements();
 860             SmallVector<Constant*, 16> Elts(NumElts, StoreVal);
 861             StoreVal = ConstantVector::get(&Elts[0], NumElts);
 862           }
 863         }
 864         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
 865         continue;
 866       }
 867       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
 868       // this element.
 869     }
 870
 871     // Cast the element pointer to BytePtrTy.
 872     if (EltPtr->getType() != BytePtrTy)
 873       EltPtr = new BitCastInst(EltPtr, BytePtrTy, EltPtr->getNameStr(), MI);
 874
 875     // Cast the other pointer (if we have one) to BytePtrTy.
 876     if (OtherElt && OtherElt->getType() != BytePtrTy)
 877       OtherElt = new BitCastInst(OtherElt, BytePtrTy,OtherElt->getNameStr(),
 878                                  MI);
 879
 880     unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
 881
 882     // Finally, insert the meminst for this element.
 883     if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
 884       Value *Ops[] = {
 885         SROADest ? EltPtr : OtherElt,  // Dest ptr
 886         SROADest ? OtherElt : EltPtr,  // Src ptr
 887         ConstantInt::get(MI->getOperand(3)->getType(), EltSize), // Size
 888         // Align
 889         ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), OtherEltAlign)
 890       };
 891       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 4, "", MI);
 892     } else {
 893       assert(isa<MemSetInst>(MI));
 894       Value *Ops[] = {
 895         EltPtr, MI->getOperand(2),  // Dest, Value,
 896         ConstantInt::get(MI->getOperand(3)->getType(), EltSize), // Size
 897         Zero  // Align
 898       };
 899       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 4, "", MI);
 900     }
 901   }
 902   MI->eraseFromParent();
 903 }
 904
 905 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found an store of an integer that
 906 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
 907 /// integer and store them individually.
 908 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI,
 909                                          AllocationInst *AI,
 910                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
 911   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
 912   // and store the element value to the individual alloca.
 913   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
 914   const Type *AllocaEltTy = AI->getType()->getElementType();
 915   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
 916
 917   // If this isn't a store of an integer to the whole alloca, it may be a store
 918   // to the first element.  Just ignore the store in this case and normal SROA
 919   // will handle it.
 920   if (!isa<IntegerType>(SrcVal->getType()) ||
 921       TD->getTypeAllocSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
 922     return;
 923   // Handle tail padding by extending the operand
 924   if (TD->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
 925     SrcVal = new ZExtInst(SrcVal,
 926                           IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits),
 927                           "", SI);
 928
 929   DEBUG(errs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
 930                << '\n');
 931
 932   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
 933   // have different ways to compute the element offset.
 934   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
 935     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
 936
 937     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
 938       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
 939       const Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
 940       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
 941
 942       if (TD->isBigEndian())
 943         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
 944
 945       Value *EltVal = SrcVal;
 946       if (Shift) {
 947         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
 948         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
 949                                             "sroa.store.elt", SI);
 950       }
 951
 952       // Truncate down to an integer of the right size.
 953       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
 954
 955       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
 956       if (FieldSizeBits == 0) continue;
 957
 958       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
 959         EltVal = new TruncInst(EltVal,
 960                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits),
 961                               "", SI);
 962       Value *DestField = NewElts[i];
 963       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
 964         // Storing to an integer field of this size, just do it.
 965       } else if (FieldTy->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(FieldTy)) {
 966         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
 967         EltVal = new BitCastInst(EltVal, FieldTy, "", SI);
 968       } else {
 969         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
 970         DestField = new BitCastInst(DestField,
 971                               PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
 972                                     "", SI);
 973       }
 974       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
 975     }
 976
 977   } else {
 978     const ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
 979     const Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
 980     uint64_t ElementOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
 981     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
 982
 983     uint64_t Shift;
 984
 985     if (TD->isBigEndian())
 986       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
 987     else
 988       Shift = 0;
 989
 990     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
 991       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
 992       if (ElementSizeBits == 0) continue;
 993
 994       Value *EltVal = SrcVal;
 995       if (Shift) {
 996         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
 997         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
 998                                             "sroa.store.elt", SI);
 999       }
1000
1001       // Truncate down to an integer of the right size.
1002       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
1003         EltVal = new TruncInst(EltVal,
1004                                IntegerType::get(SI->getContext(),
1005                                                 ElementSizeBits),"",SI);
1006       Value *DestField = NewElts[i];
1007       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
1008         // Storing to an integer field of this size, just do it.
1009       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(ArrayEltTy)) {
1010         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
1011         EltVal = new BitCastInst(EltVal, ArrayEltTy, "", SI);
1012       } else {
1013         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
1014         DestField = new BitCastInst(DestField,
1015                               PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
1016                                     "", SI);
1017       }
1018       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
1019
1020       if (TD->isBigEndian())
1021         Shift -= ElementOffset;
1022       else
1023         Shift += ElementOffset;
1024     }
1025   }
1026
1027   SI->eraseFromParent();
1028 }
1029
1030 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found an load of the entire allocation to
1031 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
1032 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocationInst *AI,
1033                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1034   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
1035   // and form the result value.
1036   const Type *AllocaEltTy = AI->getType()->getElementType();
1037   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
1038
1039   // If this isn't a load of the whole alloca to an integer, it may be a load
1040   // of the first element.  Just ignore the load in this case and normal SROA
1041   // will handle it.
1042   if (!isa<IntegerType>(LI->getType()) ||
1043       TD->getTypeAllocSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
1044     return;
1045
1046   DEBUG(errs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
1047                << '\n');
1048
1049   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
1050   // have different ways to compute the element offset.
1051   const StructLayout *Layout = 0;
1052   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
1053   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
1054     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
1055   } else {
1056     const Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
1057     ArrayEltBitOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
1058   }
1059
1060   Value *ResultVal =
1061     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
1062
1063   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1064     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
1065     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
1066     Value *SrcField = NewElts[i];
1067     const Type *FieldTy =
1068       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
1069     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
1070
1071     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
1072     if (FieldSizeBits == 0) continue;
1073
1074     const IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(),
1075                                                      FieldSizeBits);
1076     if (!isa<IntegerType>(FieldTy) && !FieldTy->isFloatingPoint() &&
1077         !isa<VectorType>(FieldTy))
1078       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
1079                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
1080                                  "", LI);
1081     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
1082
1083     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
1084     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
1085     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
1086       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
1087
1088     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
1089     // we can shift and insert it.
1090     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
1091       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
1092
1093     // Determine the number of bits to shift SrcField.
1094     uint64_t Shift;
1095     if (Layout) // Struct case.
1096       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
1097     else  // Array case.
1098       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
1099
1100     if (TD->isBigEndian())
1101       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
1102
1103     if (Shift) {
1104       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
1105       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
1106     }
1107
1108     ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
1109   }
1110
1111   // Handle tail padding by truncating the result
1112   if (TD->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
1113     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
1114
1115   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
1116   LI->eraseFromParent();
1117 }
1118
1119
1120 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
1121 /// alignment padding, false otherwise.
1122 static bool HasPadding(const Type *Ty, const TargetData &TD) {
1123   if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
1124     const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1125     unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
1126     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1127       unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
1128
1129       // Padding in sub-elements?
1130       if (HasPadding(STy->getElementType(i), TD))
1131         return true;
1132
1133       // Check to see if there is any padding between this element and the
1134       // previous one.
1135       if (i) {
1136         unsigned PrevFieldEnd =
1137         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
1138         if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
1139           return true;
1140       }
1141
1142       PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
1143     }
1144
1145     //  Check for tail padding.
1146     if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
1147       unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
1148                    TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
1149       if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
1150         return true;
1151     }
1152
1153   } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1154     return HasPadding(ATy->getElementType(), TD);
1155   } else if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1156     return HasPadding(VTy->getElementType(), TD);
1157   }
1158   return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
1159 }
1160
1161 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
1162 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
1163 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
1164 ///
1165 int SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocationInst *AI) {
1166   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
1167   // the users are safe to transform.
1168   AllocaInfo Info;
1169
1170   for (Value::use_iterator I = AI->use_begin(), E = AI->use_end();
1171        I != E; ++I) {
1172     isSafeUseOfAllocation(cast<Instruction>(*I), AI, Info);
1173     if (Info.isUnsafe) {
1174       DEBUG(errs() << "Cannot transform: " << *AI << "\n  due to user: "
1175                    << **I << '\n');
1176       return 0;
1177     }
1178   }
1179
1180   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
1181   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
1182   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
1183   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
1184   // struct.
1185   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
1186       HasPadding(AI->getType()->getElementType(), *TD))
1187     return 0;
1188
1189   // If we require cleanup, return 1, otherwise return 3.
1190   return Info.needsCleanup ? 1 : 3;
1191 }
1192
1193 /// CleanupGEP - GEP is used by an Alloca, which can be prompted after the GEP
1194 /// is canonicalized here.
1195 void SROA::CleanupGEP(GetElementPtrInst *GEPI) {
1196   gep_type_iterator I = gep_type_begin(GEPI);
1197   ++I;
1198
1199   const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*I);
1200   if (!AT)
1201     return;
1202
1203   uint64_t NumElements = AT->getNumElements();
1204
1205   if (isa<ConstantInt>(I.getOperand()))
1206     return;
1207
1208   if (NumElements == 1) {
1209     GEPI->setOperand(2,
1210                   Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GEPI->getContext())));
1211     return;
1212   }
1213
1214   assert(NumElements == 2 && "Unhandled case!");
1215   // All users of the GEP must be loads.  At each use of the GEP, insert
1216   // two loads of the appropriate indexed GEP and select between them.
1217   Value *IsOne = new ICmpInst(GEPI, ICmpInst::ICMP_NE, I.getOperand(),
1218                               Constant::getNullValue(I.getOperand()->getType()),
1219                               "isone");
1220   // Insert the new GEP instructions, which are properly indexed.
1221   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin()+1, GEPI->op_end());
1222   Indices[1] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GEPI->getContext()));
1223   Value *ZeroIdx = GetElementPtrInst::Create(GEPI->getOperand(0),
1224                                              Indices.begin(),
1225                                              Indices.end(),
1226                                              GEPI->getName()+".0", GEPI);
1227   Indices[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(GEPI->getContext()), 1);
1228   Value *OneIdx = GetElementPtrInst::Create(GEPI->getOperand(0),
1229                                             Indices.begin(),
1230                                             Indices.end(),
1231                                             GEPI->getName()+".1", GEPI);
1232   // Replace all loads of the variable index GEP with loads from both
1233   // indexes and a select.
1234   while (!GEPI->use_empty()) {
1235     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(GEPI->use_back());
1236     Value *Zero = new LoadInst(ZeroIdx, LI->getName()+".0", LI);
1237     Value *One  = new LoadInst(OneIdx , LI->getName()+".1", LI);
1238     Value *R = SelectInst::Create(IsOne, One, Zero, LI->getName(), LI);
1239     LI->replaceAllUsesWith(R);
1240     LI->eraseFromParent();
1241   }
1242   GEPI->eraseFromParent();
1243 }
1244
1245
1246 /// CleanupAllocaUsers - If SROA reported that it can promote the specified
1247 /// allocation, but only if cleaned up, perform the cleanups required.
1248 void SROA::CleanupAllocaUsers(AllocationInst *AI) {
1249   // At this point, we know that the end result will be SROA'd and promoted, so
1250   // we can insert ugly code if required so long as sroa+mem2reg will clean it
1251   // up.
1252   for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), E = AI->use_end();
1253        UI != E; ) {
1254     User *U = *UI++;
1255     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U))
1256       CleanupGEP(GEPI);
1257     else {
1258       Instruction *I = cast<Instruction>(U);
1259       SmallVector<DbgInfoIntrinsic *, 2> DbgInUses;
1260       if (!isa<StoreInst>(I) && OnlyUsedByDbgInfoIntrinsics(I, &DbgInUses)) {
1261         // Safe to remove debug info uses.
1262         while (!DbgInUses.empty()) {
1263           DbgInfoIntrinsic *DI = DbgInUses.back(); DbgInUses.pop_back();
1264           DI->eraseFromParent();
1265         }
1266         I->eraseFromParent();
1267       }
1268     }
1269   }
1270 }
1271
1272 /// MergeInType - Add the 'In' type to the accumulated type (Accum) so far at
1273 /// the offset specified by Offset (which is specified in bytes).
1274 ///
1275 /// There are two cases we handle here:
1276 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
1277 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
1278 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
1279 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
1280 ///   2) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
1281 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
1282 ///      and stores would mutate the memory.
1283 static void MergeInType(const Type *In, uint64_t Offset, const Type *&VecTy,
1284                         unsigned AllocaSize, const TargetData &TD,
1285                         LLVMContext &Context) {
1286   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
1287   if (VecTy != Type::getVoidTy(Context)) { // either null or a vector type.
1288
1289     // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
1290     // matches the existing VecTy.
1291     if (const VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
1292       if (VInTy->getBitWidth()/8 == AllocaSize && Offset == 0) {
1293         // If we're storing/loading a vector of the right size, allow it as a
1294         // vector.  If this the first vector we see, remember the type so that
1295         // we know the element size.
1296         if (VecTy == 0)
1297           VecTy = VInTy;
1298         return;
1299       }
1300     } else if (In == Type::getFloatTy(Context) ||
1301                In == Type::getDoubleTy(Context) ||
1302                (isa<IntegerType>(In) && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
1303                 isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
1304       // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
1305       // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
1306       // compatible with it.
1307       unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
1308       if (Offset % EltSize == 0 &&
1309           AllocaSize % EltSize == 0 &&
1310           (VecTy == 0 ||
1311            cast<VectorType>(VecTy)->getElementType()
1312                  ->getPrimitiveSizeInBits()/8 == EltSize)) {
1313         if (VecTy == 0)
1314           VecTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
1315         return;
1316       }
1317     }
1318   }
1319
1320   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
1321   // form.  We can still turn this into a large integer.
1322   VecTy = Type::getVoidTy(Context);
1323 }
1324
1325 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
1326 /// its accesses to use a to single vector type, return true, and set VecTy to
1327 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
1328 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
1329 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
1330 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
1331 ///
1332 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
1333 /// SawVec flag.
1334 ///
1335 bool SROA::CanConvertToScalar(Value *V, bool &IsNotTrivial, const Type *&VecTy,
1336                               bool &SawVec, uint64_t Offset,
1337                               unsigned AllocaSize) {
1338   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1339     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1340
1341     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1342       // Don't break volatile loads.
1343       if (LI->isVolatile())
1344         return false;
1345       MergeInType(LI->getType(), Offset, VecTy,
1346                   AllocaSize, *TD, V->getContext());
1347       SawVec |= isa<VectorType>(LI->getType());
1348       continue;
1349     }
1350
1351     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1352       // Storing the pointer, not into the value?
1353       if (SI->getOperand(0) == V || SI->isVolatile()) return 0;
1354       MergeInType(SI->getOperand(0)->getType(), Offset,
1355                   VecTy, AllocaSize, *TD, V->getContext());
1356       SawVec |= isa<VectorType>(SI->getOperand(0)->getType());
1357       continue;
1358     }
1359
1360     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1361       if (!CanConvertToScalar(BCI, IsNotTrivial, VecTy, SawVec, Offset,
1362                               AllocaSize))
1363         return false;
1364       IsNotTrivial = true;
1365       continue;
1366     }
1367
1368     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1369       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
1370       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
1371         return false;
1372
1373       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
1374       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
1375       uint64_t GEPOffset = TD->getIndexedOffset(GEP->getOperand(0)->getType(),
1376                                                 &Indices[0], Indices.size());
1377       // See if all uses can be converted.
1378       if (!CanConvertToScalar(GEP, IsNotTrivial, VecTy, SawVec,Offset+GEPOffset,
1379                               AllocaSize))
1380         return false;
1381       IsNotTrivial = true;
1382       continue;
1383     }
1384
1385     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
1386     // handle it.
1387     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
1388       // Store of constant value and constant size.
1389       if (isa<ConstantInt>(MSI->getValue()) &&
1390           isa<ConstantInt>(MSI->getLength())) {
1391         IsNotTrivial = true;
1392         continue;
1393       }
1394     }
1395
1396     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
1397     // can handle it like a load or store of the scalar type.
1398     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
1399       if (ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength()))
1400         if (Len->getZExtValue() == AllocaSize && Offset == 0) {
1401           IsNotTrivial = true;
1402           continue;
1403         }
1404     }
1405
1406     // Ignore dbg intrinsic.
1407     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(User))
1408       continue;
1409
1410     // Otherwise, we cannot handle this!
1411     return false;
1412   }
1413
1414   return true;
1415 }
1416
1417
1418 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
1419 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
1420 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
1421 /// vector with insert/extractelement instructions.
1422 ///
1423 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1424 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
1425 void SROA::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset) {
1426   while (!Ptr->use_empty()) {
1427     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
1428
1429     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1430       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset);
1431       CI->eraseFromParent();
1432       continue;
1433     }
1434
1435     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1436       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
1437       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
1438       uint64_t GEPOffset = TD->getIndexedOffset(GEP->getOperand(0)->getType(),
1439                                                 &Indices[0], Indices.size());
1440       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8);
1441       GEP->eraseFromParent();
1442       continue;
1443     }
1444
1445     IRBuilder<> Builder(User->getParent(), User);
1446
1447     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1448       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
1449       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "tmp");
1450       Value *NewLoadVal
1451         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset, Builder);
1452       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
1453       LI->eraseFromParent();
1454       continue;
1455     }
1456
1457     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1458       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
1459       // FIXME: Remove once builder has Twine API.
1460       Value *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, (NewAI->getName()+".in").str().c_str());
1461       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
1462                                              Builder);
1463       Builder.CreateStore(New, NewAI);
1464       SI->eraseFromParent();
1465       continue;
1466     }
1467
1468     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
1469     // transform it into a store of the expanded constant value.
1470     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
1471       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
1472       unsigned NumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
1473       if (NumBytes != 0) {
1474         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
1475
1476         // Compute the value replicated the right number of times.
1477         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
1478
1479         // Splat the value if non-zero.
1480         if (Val)
1481           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
1482             APVal |= APVal << 8;
1483
1484         // FIXME: Remove once builder has Twine API.
1485         Value *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, (NewAI->getName()+".in").str().c_str());
1486         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
1487                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
1488                                                Old, Offset, Builder);
1489         Builder.CreateStore(New, NewAI);
1490       }
1491       MSI->eraseFromParent();
1492       continue;
1493     }
1494
1495     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
1496     // can handle it like a load or store of the scalar type.
1497     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
1498       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
1499
1500       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
1501       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
1502       // as appropriate.
1503       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(Ptr->getUnderlyingObject());
1504
1505       if (MTI->getSource()->getUnderlyingObject() != OrigAI) {
1506         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
1507         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
1508         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
1509         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
1510         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, NewAI->getType());
1511
1512         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
1513         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
1514         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
1515       } else if (MTI->getDest()->getUnderlyingObject() != OrigAI) {
1516         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
1517         // through the original dest pointer (bitcasted).
1518         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
1519         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
1520
1521         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), NewAI->getType());
1522         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
1523         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
1524       } else {
1525         // Noop transfer. Src == Dst
1526       }
1527
1528
1529       MTI->eraseFromParent();
1530       continue;
1531     }
1532
1533     // If user is a dbg info intrinsic then it is safe to remove it.
1534     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(User)) {
1535       User->eraseFromParent();
1536       continue;
1537     }
1538
1539     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
1540   }
1541 }
1542
1543 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
1544 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
1545 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
1546 ///
1547 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
1548 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
1549 /// insert/extractelement instructions.
1550 ///
1551 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1552 /// shifted to the right.
1553 Value *SROA::ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, const Type *ToType,
1554                                         uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
1555   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
1556   if (FromVal->getType() == ToType && Offset == 0)
1557     return FromVal;
1558
1559   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
1560   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
1561   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromVal->getType())) {
1562     if (isa<VectorType>(ToType))
1563       return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
1564
1565     // Otherwise it must be an element access.
1566     unsigned Elt = 0;
1567     if (Offset) {
1568       unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
1569       Elt = Offset/EltSize;
1570       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
1571     }
1572     // Return the element extracted out of it.
1573     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, ConstantInt::get(
1574                     Type::getInt32Ty(FromVal->getContext()), Elt), "tmp");
1575     if (V->getType() != ToType)
1576       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType, "tmp");
1577     return V;
1578   }
1579
1580   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
1581   // use insertvalue's to form the FCA.
1582   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
1583     const StructLayout &Layout = *TD->getStructLayout(ST);
1584     Value *Res = UndefValue::get(ST);
1585     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
1586       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
1587                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
1588                                               Builder);
1589       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
1590     }
1591     return Res;
1592   }
1593
1594   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
1595     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
1596     Value *Res = UndefValue::get(AT);
1597     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1598       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
1599                                               Offset+i*EltSize, Builder);
1600       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
1601     }
1602     return Res;
1603   }
1604
1605   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
1606   const IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
1607
1608   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
1609   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1610   int ShAmt = 0;
1611   if (TD->isBigEndian()) {
1612     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1613     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1614     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1615     ShAmt = TD->getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
1616             TD->getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
1617   } else {
1618     ShAmt = Offset;
1619   }
1620
1621   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
1622   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
1623   // only some bits are used.
1624   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
1625     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
1626                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(),
1627                                                            ShAmt), "tmp");
1628   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
1629     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal,
1630                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(),
1631                                                           -ShAmt), "tmp");
1632
1633   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
1634   unsigned LIBitWidth = TD->getTypeSizeInBits(ToType);
1635   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
1636     FromVal =
1637       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
1638                                                     LIBitWidth), "tmp");
1639   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
1640     FromVal =
1641        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(),
1642                                                     LIBitWidth), "tmp");
1643
1644   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
1645   if (isa<IntegerType>(ToType)) {
1646     // Should be done.
1647   } else if (ToType->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(ToType)) {
1648     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
1649     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
1650   } else {
1651     // Otherwise must be a pointer.
1652     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType, "tmp");
1653   }
1654   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
1655   return FromVal;
1656 }
1657
1658
1659 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
1660 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
1661 ///
1662 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
1663 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
1664 /// vector with insert/extractelement instructions.
1665 ///
1666 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1667 /// shifted to the right.
1668 Value *SROA::ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
1669                                        uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
1670
1671   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
1672   // then 'or' into place.
1673   const Type *AllocaType = Old->getType();
1674   LLVMContext &Context = Old->getContext();
1675
1676   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
1677     uint64_t VecSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy);
1678     uint64_t ValSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
1679
1680     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
1681     // vector type?
1682     if (ValSize == VecSize)
1683       return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType, "tmp");
1684
1685     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
1686
1687     // Must be an element insertion.
1688     unsigned Elt = Offset/EltSize;
1689
1690     if (SV->getType() != VTy->getElementType())
1691       SV = Builder.CreateBitCast(SV, VTy->getElementType(), "tmp");
1692
1693     SV = Builder.CreateInsertElement(Old, SV,
1694                      ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(SV->getContext()), Elt),
1695                                      "tmp");
1696     return SV;
1697   }
1698
1699   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
1700   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
1701     const StructLayout &Layout = *TD->getStructLayout(ST);
1702     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
1703       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
1704       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old,
1705                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
1706                                       Builder);
1707     }
1708     return Old;
1709   }
1710
1711   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
1712     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
1713     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1714       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
1715       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, Builder);
1716     }
1717     return Old;
1718   }
1719
1720   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
1721   // If it is a pointer, do the same.
1722   unsigned SrcWidth = TD->getTypeSizeInBits(SV->getType());
1723   unsigned DestWidth = TD->getTypeSizeInBits(AllocaType);
1724   unsigned SrcStoreWidth = TD->getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
1725   unsigned DestStoreWidth = TD->getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
1726   if (SV->getType()->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(SV->getType()))
1727     SV = Builder.CreateBitCast(SV,
1728                             IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth), "tmp");
1729   else if (isa<PointerType>(SV->getType()))
1730     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, TD->getIntPtrType(SV->getContext()), "tmp");
1731
1732   // Zero extend or truncate the value if needed.
1733   if (SV->getType() != AllocaType) {
1734     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1735              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
1736       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType, "tmp");
1737     else {
1738       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
1739       // (undefined behavior).
1740       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType, "tmp");
1741       SrcWidth = DestWidth;
1742       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
1743     }
1744   }
1745
1746   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
1747   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1748   int ShAmt = 0;
1749   if (TD->isBigEndian()) {
1750     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1751     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1752     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1753     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
1754   } else {
1755     ShAmt = Offset;
1756   }
1757
1758   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
1759   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
1760   // only some bits in the structure are set.
1761   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
1762   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
1763     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1764                            ShAmt), "tmp");
1765     Mask <<= ShAmt;
1766   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
1767     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1768                             -ShAmt), "tmp");
1769     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
1770   }
1771
1772   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
1773   // in the new bits.
1774   if (SrcWidth != DestWidth) {
1775     assert(DestWidth > SrcWidth);
1776     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
1777     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
1778   }
1779   return SV;
1780 }
1781
1782
1783
1784 /// PointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
1785 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
1786 /// constant expressions because we don't can't rewrite arbitrary instructions.
1787 static bool PointsToConstantGlobal(Value *V) {
1788   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
1789     return GV->isConstant();
1790   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
1791     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
1792         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
1793       return PointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
1794   return false;
1795 }
1796
1797 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
1798 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
1799 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
1800 /// track of whether it moves the pointer (with isOffset) but otherwise traverse
1801 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
1802 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant  global, we
1803 /// can optimize this.
1804 static bool isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, Instruction *&TheCopy,
1805                                            bool isOffset) {
1806   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1807     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI))
1808       // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
1809       if (!LI->isVolatile())
1810         continue;
1811
1812     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(*UI)) {
1813       // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
1814       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(BCI, TheCopy, isOffset))
1815         return false;
1816       continue;
1817     }
1818     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*UI)) {
1819       // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer.  If it
1820       // doesn't, it does.
1821       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(GEP, TheCopy,
1822                                          isOffset || !GEP->hasAllZeroIndices()))
1823         return false;
1824       continue;
1825     }
1826
1827     // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
1828     // handle.
1829     if (!isa<MemTransferInst>(*UI))
1830       return false;
1831
1832     // If we already have seen a copy, reject the second one.
1833     if (TheCopy) return false;
1834
1835     // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
1836     // safely handle this.
1837     if (isOffset) return false;
1838
1839     // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
1840     if (UI.getOperandNo() != 1) return false;
1841
1842     MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(*UI);
1843
1844     // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
1845     if (!PointsToConstantGlobal(MI->getOperand(2)))
1846       return false;
1847
1848     // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
1849     TheCopy = MI;
1850   }
1851   return true;
1852 }
1853
1854 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
1855 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
1856 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
1857 Instruction *SROA::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocationInst *AI) {
1858   Instruction *TheCopy = 0;
1859   if (::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, false))
1860     return TheCopy;
1861   return 0;
1862 }