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/Compiler.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 VISIBILITY_HIDDEN 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.addRequired<TargetData>();
  72       AU.setPreservesCFG();
  73     }
  74
  75   private:
  76     TargetData *TD;
  77
  78     /// AllocaInfo - When analyzing uses of an alloca instruction, this captures
  79     /// information about the uses.  All these fields are initialized to false
  80     /// and set to true when something is learned.
  81     struct AllocaInfo {
  82       /// isUnsafe - This is set to true if the alloca cannot be SROA'd.
  83       bool isUnsafe : 1;
  84
  85       /// needsCleanup - This is set to true if there is some use of the alloca
  86       /// that requires cleanup.
  87       bool needsCleanup : 1;
  88
  89       /// isMemCpySrc - This is true if this aggregate is memcpy'd from.
  90       bool isMemCpySrc : 1;
  91
  92       /// isMemCpyDst - This is true if this aggregate is memcpy'd into.
  93       bool isMemCpyDst : 1;
  94
  95       AllocaInfo()
  96         : isUnsafe(false), needsCleanup(false),
  97           isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false) {}
  98     };
  99
 100     unsigned SRThreshold;
 101
 102     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I) { I.isUnsafe = true; }
 103
 104     int isSafeAllocaToScalarRepl(AllocationInst *AI);
 105
 106     void isSafeUseOfAllocation(Instruction *User, AllocationInst *AI,
 107                                AllocaInfo &Info);
 108     void isSafeElementUse(Value *Ptr, bool isFirstElt, AllocationInst *AI,
 109                          AllocaInfo &Info);
 110     void isSafeMemIntrinsicOnAllocation(MemIntrinsic *MI, AllocationInst *AI,
 111                                         unsigned OpNo, AllocaInfo &Info);
 112     void isSafeUseOfBitCastedAllocation(BitCastInst *User, AllocationInst *AI,
 113                                         AllocaInfo &Info);
 114
 115     void DoScalarReplacement(AllocationInst *AI,
 116                              std::vector<AllocationInst*> &WorkList);
 117     void CleanupGEP(GetElementPtrInst *GEP);
 118     void CleanupAllocaUsers(AllocationInst *AI);
 119     AllocaInst *AddNewAlloca(Function &F, const Type *Ty, AllocationInst *Base);
 120
 121     void RewriteBitCastUserOfAlloca(Instruction *BCInst, AllocationInst *AI,
 122                                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
 123
 124     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *BCInst,
 125                                       AllocationInst *AI,
 126                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
 127     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocationInst *AI,
 128                                        SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
 129     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocationInst *AI,
 130                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
 131
 132     bool CanConvertToScalar(Value *V, bool &IsNotTrivial, const Type *&VecTy,
 133                             bool &SawVec, uint64_t Offset, unsigned AllocaSize);
 134     void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset);
 135     Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, const Type *ToType,
 136                                      uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
 137     Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
 138                                      uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
 139     static Instruction *isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocationInst *AI);
 140   };
 141 }
 142
 143 char SROA::ID = 0;
 144 static RegisterPass<SROA> X("scalarrepl", "Scalar Replacement of Aggregates");
 145
 146 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
 147 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(signed int Threshold) {
 148   return new SROA(Threshold);
 149 }
 150
 151
 152 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
 153   TD = &getAnalysis<TargetData>();
 154
 155   bool Changed = performPromotion(F);
 156   while (1) {
 157     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
 158     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
 159     Changed = true;
 160     LocalChange = performPromotion(F);
 161     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
 162   }
 163
 164   return Changed;
 165 }
 166
 167
 168 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
 169   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
 170   DominatorTree         &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
 171   DominanceFrontier &DF = getAnalysis<DominanceFrontier>();
 172
 173   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
 174
 175   bool Changed = false;
 176
 177   while (1) {
 178     Allocas.clear();
 179
 180     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
 181     // the entry node
 182     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
 183       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
 184         if (isAllocaPromotable(AI))
 185           Allocas.push_back(AI);
 186
 187     if (Allocas.empty()) break;
 188
 189     PromoteMemToReg(Allocas, DT, DF, F.getContext());
 190     NumPromoted += Allocas.size();
 191     Changed = true;
 192   }
 193
 194   return Changed;
 195 }
 196
 197 /// getNumSAElements - Return the number of elements in the specific struct or
 198 /// array.
 199 static uint64_t getNumSAElements(const Type *T) {
 200   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
 201     return ST->getNumElements();
 202   return cast<ArrayType>(T)->getNumElements();
 203 }
 204
 205 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
 206 // which runs on all of the malloc/alloca instructions in the function, removing
 207 // them if they are only used by getelementptr instructions.
 208 //
 209 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
 210   std::vector<AllocationInst*> WorkList;
 211
 212   // Scan the entry basic block, adding any alloca's and mallocs to the worklist
 213   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
 214   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
 215     if (AllocationInst *A = dyn_cast<AllocationInst>(I))
 216       WorkList.push_back(A);
 217
 218   // Process the worklist
 219   bool Changed = false;
 220   while (!WorkList.empty()) {
 221     AllocationInst *AI = WorkList.back();
 222     WorkList.pop_back();
 223
 224     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
 225     // with unused elements.
 226     if (AI->use_empty()) {
 227       AI->eraseFromParent();
 228       continue;
 229     }
 230
 231     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
 232     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
 233       continue;
 234
 235     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
 236     // a constant global.  If this is the case, we can change all users to use
 237     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
 238     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
 239     // is only subsequently read.
 240     if (Instruction *TheCopy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI)) {
 241       DOUT << "Found alloca equal to global: " << *AI;
 242       DOUT << "  memcpy = " << *TheCopy;
 243       Constant *TheSrc = cast<Constant>(TheCopy->getOperand(2));
 244       AI->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(TheSrc, AI->getType()));
 245       TheCopy->eraseFromParent();  // Don't mutate the global.
 246       AI->eraseFromParent();
 247       ++NumGlobals;
 248       Changed = true;
 249       continue;
 250     }
 251
 252     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
 253     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
 254     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
 255     // value cannot be decomposed at all.
 256     uint64_t AllocaSize = TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
 257
 258     // Do not promote any struct whose size is too big.
 259     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
 260
 261     if ((isa<StructType>(AI->getAllocatedType()) ||
 262          isa<ArrayType>(AI->getAllocatedType())) &&
 263         // Do not promote any struct into more than "32" separate vars.
 264         getNumSAElements(AI->getAllocatedType()) <= SRThreshold/4) {
 265       // Check that all of the users of the allocation are capable of being
 266       // transformed.
 267       switch (isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
 268       default: llvm_unreachable("Unexpected value!");
 269       case 0:  // Not safe to scalar replace.
 270         break;
 271       case 1:  // Safe, but requires cleanup/canonicalizations first
 272         CleanupAllocaUsers(AI);
 273         // FALL THROUGH.
 274       case 3:  // Safe to scalar replace.
 275         DoScalarReplacement(AI, WorkList);
 276         Changed = true;
 277         continue;
 278       }
 279     }
 280
 281     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
 282     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
 283     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
 284     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
 285     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
 286     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
 287     bool IsNotTrivial = false;
 288     const Type *VectorTy = 0;
 289     bool HadAVector = false;
 290     if (CanConvertToScalar(AI, IsNotTrivial, VectorTy, HadAVector,
 291                            0, unsigned(AllocaSize)) && IsNotTrivial) {
 292       AllocaInst *NewAI;
 293       // If we were able to find a vector type that can handle this with
 294       // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
 295       // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
 296       // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
 297       // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
 298       // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
 299       if (VectorTy && isa<VectorType>(VectorTy) && HadAVector) {
 300         DOUT << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "  TYPE = " << *VectorTy <<"\n";
 301
 302         // Create and insert the vector alloca.
 303         NewAI = new AllocaInst(VectorTy, 0, "",  AI->getParent()->begin());
 304         ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
 305       } else {
 306         DOUT << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n";
 307
 308         // Create and insert the integer alloca.
 309         const Type *NewTy = IntegerType::get(AllocaSize*8);
 310         NewAI = new AllocaInst(NewTy, 0, "", AI->getParent()->begin());
 311         ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
 312       }
 313       NewAI->takeName(AI);
 314       AI->eraseFromParent();
 315       ++NumConverted;
 316       Changed = true;
 317       continue;
 318     }
 319
 320     // Otherwise, couldn't process this alloca.
 321   }
 322
 323   return Changed;
 324 }
 325
 326 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
 327 /// predicate, do SROA now.
 328 void SROA::DoScalarReplacement(AllocationInst *AI,
 329                                std::vector<AllocationInst*> &WorkList) {
 330   DOUT << "Found inst to SROA: " << *AI;
 331   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
 332   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
 333     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
 334     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
 335       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0,
 336                                       AI->getAlignment(),
 337                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
 338       ElementAllocas.push_back(NA);
 339       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
 340     }
 341   } else {
 342     const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
 343     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
 344     const Type *ElTy = AT->getElementType();
 345     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
 346       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, 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   }
 352
 353   // Now that we have created the alloca instructions that we want to use,
 354   // expand the getelementptr instructions to use them.
 355   //
 356   while (!AI->use_empty()) {
 357     Instruction *User = cast<Instruction>(AI->use_back());
 358     if (BitCastInst *BCInst = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
 359       RewriteBitCastUserOfAlloca(BCInst, AI, ElementAllocas);
 360       BCInst->eraseFromParent();
 361       continue;
 362     }
 363
 364     // Replace:
 365     //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
 366     // with:
 367     //   %load.0 = load i32* %alloc.0
 368     //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
 369     //   %load.1 = load i32* %alloc.1
 370     //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
 371     // (Also works for arrays instead of structs)
 372     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
 373       Value *Insert = UndefValue::get(LI->getType());
 374       for (unsigned i = 0, e = ElementAllocas.size(); i != e; ++i) {
 375         Value *Load = new LoadInst(ElementAllocas[i], "load", LI);
 376         Insert = InsertValueInst::Create(Insert, Load, i, "insert", LI);
 377       }
 378       LI->replaceAllUsesWith(Insert);
 379       LI->eraseFromParent();
 380       continue;
 381     }
 382
 383     // Replace:
 384     //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
 385     // with:
 386     //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
 387     //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
 388     //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
 389     //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
 390     // (Also works for arrays instead of structs)
 391     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
 392       Value *Val = SI->getOperand(0);
 393       for (unsigned i = 0, e = ElementAllocas.size(); i != e; ++i) {
 394         Value *Extract = ExtractValueInst::Create(Val, i, Val->getName(), SI);
 395         new StoreInst(Extract, ElementAllocas[i], SI);
 396       }
 397       SI->eraseFromParent();
 398       continue;
 399     }
 400
 401     GetElementPtrInst *GEPI = cast<GetElementPtrInst>(User);
 402     // We now know that the GEP is of the form: GEP <ptr>, 0, <cst>
 403     unsigned Idx =
 404        (unsigned)cast<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))->getZExtValue();
 405
 406     assert(Idx < ElementAllocas.size() && "Index out of range?");
 407     AllocaInst *AllocaToUse = ElementAllocas[Idx];
 408
 409     Value *RepValue;
 410     if (GEPI->getNumOperands() == 3) {
 411       // Do not insert a new getelementptr instruction with zero indices, only
 412       // to have it optimized out later.
 413       RepValue = AllocaToUse;
 414     } else {
 415       // We are indexing deeply into the structure, so we still need a
 416       // getelement ptr instruction to finish the indexing.  This may be
 417       // expanded itself once the worklist is rerun.
 418       //
 419       SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
 420       NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(Type::Int32Ty));
 421       NewArgs.append(GEPI->op_begin()+3, GEPI->op_end());
 422       RepValue = GetElementPtrInst::Create(AllocaToUse, NewArgs.begin(),
 423                                            NewArgs.end(), "", GEPI);
 424       RepValue->takeName(GEPI);
 425     }
 426
 427     // If this GEP is to the start of the aggregate, check for memcpys.
 428     if (Idx == 0 && GEPI->hasAllZeroIndices())
 429       RewriteBitCastUserOfAlloca(GEPI, AI, ElementAllocas);
 430
 431     // Move all of the users over to the new GEP.
 432     GEPI->replaceAllUsesWith(RepValue);
 433     // Delete the old GEP
 434     GEPI->eraseFromParent();
 435   }
 436
 437   // Finally, delete the Alloca instruction
 438   AI->eraseFromParent();
 439   NumReplaced++;
 440 }
 441
 442
 443 /// isSafeElementUse - Check to see if this use is an allowed use for a
 444 /// getelementptr instruction of an array aggregate allocation.  isFirstElt
 445 /// indicates whether Ptr is known to the start of the aggregate.
 446 ///
 447 void SROA::isSafeElementUse(Value *Ptr, bool isFirstElt, AllocationInst *AI,
 448                             AllocaInfo &Info) {
 449   for (Value::use_iterator I = Ptr->use_begin(), E = Ptr->use_end();
 450        I != E; ++I) {
 451     Instruction *User = cast<Instruction>(*I);
 452     switch (User->getOpcode()) {
 453     case Instruction::Load:  break;
 454     case Instruction::Store:
 455       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
 456       if (User->getOperand(0) == Ptr) return MarkUnsafe(Info);
 457       break;
 458     case Instruction::GetElementPtr: {
 459       GetElementPtrInst *GEP = cast<GetElementPtrInst>(User);
 460       bool AreAllZeroIndices = isFirstElt;
 461       if (GEP->getNumOperands() > 1) {
 462         if (!isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(1)) ||
 463             !cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))->isZero())
 464           // Using pointer arithmetic to navigate the array.
 465           return MarkUnsafe(Info);
 466
 467         if (AreAllZeroIndices)
 468           AreAllZeroIndices = GEP->hasAllZeroIndices();
 469       }
 470       isSafeElementUse(GEP, AreAllZeroIndices, AI, Info);
 471       if (Info.isUnsafe) return;
 472       break;
 473     }
 474     case Instruction::BitCast:
 475       if (isFirstElt) {
 476         isSafeUseOfBitCastedAllocation(cast<BitCastInst>(User), AI, Info);
 477         if (Info.isUnsafe) return;
 478         break;
 479       }
 480       DOUT << "  Transformation preventing inst: " << *User;
 481       return MarkUnsafe(Info);
 482     case Instruction::Call:
 483       if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
 484         if (isFirstElt) {
 485           isSafeMemIntrinsicOnAllocation(MI, AI, I.getOperandNo(), Info);
 486           if (Info.isUnsafe) return;
 487           break;
 488         }
 489       }
 490       DOUT << "  Transformation preventing inst: " << *User;
 491       return MarkUnsafe(Info);
 492     default:
 493       DOUT << "  Transformation preventing inst: " << *User;
 494       return MarkUnsafe(Info);
 495     }
 496   }
 497   return;  // All users look ok :)
 498 }
 499
 500 /// AllUsersAreLoads - Return true if all users of this value are loads.
 501 static bool AllUsersAreLoads(Value *Ptr) {
 502   for (Value::use_iterator I = Ptr->use_begin(), E = Ptr->use_end();
 503        I != E; ++I)
 504     if (cast<Instruction>(*I)->getOpcode() != Instruction::Load)
 505       return false;
 506   return true;
 507 }
 508
 509 /// isSafeUseOfAllocation - Check to see if this user is an allowed use for an
 510 /// aggregate allocation.
 511 ///
 512 void SROA::isSafeUseOfAllocation(Instruction *User, AllocationInst *AI,
 513                                  AllocaInfo &Info) {
 514   if (BitCastInst *C = dyn_cast<BitCastInst>(User))
 515     return isSafeUseOfBitCastedAllocation(C, AI, Info);
 516
 517   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User))
 518     if (!LI->isVolatile())
 519       return;// Loads (returning a first class aggregrate) are always rewritable
 520
 521   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User))
 522     if (!SI->isVolatile() && SI->getOperand(0) != AI)
 523       return;// Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
 524
 525   GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User);
 526   if (GEPI == 0)
 527     return MarkUnsafe(Info);
 528
 529   gep_type_iterator I = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
 530
 531   // The GEP is not safe to transform if not of the form "GEP <ptr>, 0, <cst>".
 532   if (I == E ||
 533       I.getOperand() != Constant::getNullValue(I.getOperand()->getType())) {
 534     return MarkUnsafe(Info);
 535   }
 536
 537   ++I;
 538   if (I == E) return MarkUnsafe(Info);  // ran out of GEP indices??
 539
 540   bool IsAllZeroIndices = true;
 541
 542   // If the first index is a non-constant index into an array, see if we can
 543   // handle it as a special case.
 544   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*I)) {
 545     if (!isa<ConstantInt>(I.getOperand())) {
 546       IsAllZeroIndices = 0;
 547       uint64_t NumElements = AT->getNumElements();
 548
 549       // If this is an array index and the index is not constant, we cannot
 550       // promote... that is unless the array has exactly one or two elements in
 551       // it, in which case we CAN promote it, but we have to canonicalize this
 552       // out if this is the only problem.
 553       if ((NumElements == 1 || NumElements == 2) &&
 554           AllUsersAreLoads(GEPI)) {
 555         Info.needsCleanup = true;
 556         return;  // Canonicalization required!
 557       }
 558       return MarkUnsafe(Info);
 559     }
 560   }
 561
 562   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
 563   // into.
 564   for (; I != E; ++I) {
 565     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
 566     if (isa<StructType>(*I))
 567       continue;
 568
 569     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand());
 570     if (!IdxVal) return MarkUnsafe(Info);
 571
 572     // Are all indices still zero?
 573     IsAllZeroIndices &= IdxVal->isZero();
 574
 575     if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*I)) {
 576       // This GEP indexes an array.  Verify that this is an in-range constant
 577       // integer. Specifically, consider A[0][i]. We cannot know that the user
 578       // isn't doing invalid things like allowing i to index an out-of-range
 579       // subscript that accesses A[1].  Because of this, we have to reject SROA
 580       // of any accesses into structs where any of the components are variables.
 581       if (IdxVal->getZExtValue() >= AT->getNumElements())
 582         return MarkUnsafe(Info);
 583     } else if (const VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(*I)) {
 584       if (IdxVal->getZExtValue() >= VT->getNumElements())
 585         return MarkUnsafe(Info);
 586     }
 587   }
 588
 589   // If there are any non-simple uses of this getelementptr, make sure to reject
 590   // them.
 591   return isSafeElementUse(GEPI, IsAllZeroIndices, AI, Info);
 592 }
 593
 594 /// isSafeMemIntrinsicOnAllocation - Return true if the specified memory
 595 /// intrinsic can be promoted by SROA.  At this point, we know that the operand
 596 /// of the memintrinsic is a pointer to the beginning of the allocation.
 597 void SROA::isSafeMemIntrinsicOnAllocation(MemIntrinsic *MI, AllocationInst *AI,
 598                                           unsigned OpNo, AllocaInfo &Info) {
 599   // If not constant length, give up.
 600   ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
 601   if (!Length) return MarkUnsafe(Info);
 602
 603   // If not the whole aggregate, give up.
 604   if (Length->getZExtValue() !=
 605       TD->getTypeAllocSize(AI->getType()->getElementType()))
 606     return MarkUnsafe(Info);
 607
 608   // We only know about memcpy/memset/memmove.
 609   if (!isa<MemIntrinsic>(MI))
 610     return MarkUnsafe(Info);
 611
 612   // Otherwise, we can transform it.  Determine whether this is a memcpy/set
 613   // into or out of the aggregate.
 614   if (OpNo == 1)
 615     Info.isMemCpyDst = true;
 616   else {
 617     assert(OpNo == 2);
 618     Info.isMemCpySrc = true;
 619   }
 620 }
 621
 622 /// isSafeUseOfBitCastedAllocation - Return true if all users of this bitcast
 623 /// are
 624 void SROA::isSafeUseOfBitCastedAllocation(BitCastInst *BC, AllocationInst *AI,
 625                                           AllocaInfo &Info) {
 626   for (Value::use_iterator UI = BC->use_begin(), E = BC->use_end();
 627        UI != E; ++UI) {
 628     if (BitCastInst *BCU = dyn_cast<BitCastInst>(UI)) {
 629       isSafeUseOfBitCastedAllocation(BCU, AI, Info);
 630     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(UI)) {
 631       isSafeMemIntrinsicOnAllocation(MI, AI, UI.getOperandNo(), Info);
 632     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
 633       if (SI->isVolatile())
 634         return MarkUnsafe(Info);
 635
 636       // If storing the entire alloca in one chunk through a bitcasted pointer
 637       // to integer, we can transform it.  This happens (for example) when you
 638       // cast a {i32,i32}* to i64* and store through it.  This is similar to the
 639       // memcpy case and occurs in various "byval" cases and emulated memcpys.
 640       if (isa<IntegerType>(SI->getOperand(0)->getType()) &&
 641           TD->getTypeAllocSize(SI->getOperand(0)->getType()) ==
 642           TD->getTypeAllocSize(AI->getType()->getElementType())) {
 643         Info.isMemCpyDst = true;
 644         continue;
 645       }
 646       return MarkUnsafe(Info);
 647     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UI)) {
 648       if (LI->isVolatile())
 649         return MarkUnsafe(Info);
 650
 651       // If loading the entire alloca in one chunk through a bitcasted pointer
 652       // to integer, we can transform it.  This happens (for example) when you
 653       // cast a {i32,i32}* to i64* and load through it.  This is similar to the
 654       // memcpy case and occurs in various "byval" cases and emulated memcpys.
 655       if (isa<IntegerType>(LI->getType()) &&
 656           TD->getTypeAllocSize(LI->getType()) ==
 657           TD->getTypeAllocSize(AI->getType()->getElementType())) {
 658         Info.isMemCpySrc = true;
 659         continue;
 660       }
 661       return MarkUnsafe(Info);
 662     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(UI)) {
 663       // If one user is DbgInfoIntrinsic then check if all users are
 664       // DbgInfoIntrinsics.
 665       if (OnlyUsedByDbgInfoIntrinsics(BC)) {
 666         Info.needsCleanup = true;
 667         return;
 668       }
 669       else
 670         MarkUnsafe(Info);
 671     }
 672     else {
 673       return MarkUnsafe(Info);
 674     }
 675     if (Info.isUnsafe) return;
 676   }
 677 }
 678
 679 /// RewriteBitCastUserOfAlloca - BCInst (transitively) bitcasts AI, or indexes
 680 /// to its first element.  Transform users of the cast to use the new values
 681 /// instead.
 682 void SROA::RewriteBitCastUserOfAlloca(Instruction *BCInst, AllocationInst *AI,
 683                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
 684   Value::use_iterator UI = BCInst->use_begin(), UE = BCInst->use_end();
 685   while (UI != UE) {
 686     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
 687     if (BitCastInst *BCU = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
 688       RewriteBitCastUserOfAlloca(BCU, AI, NewElts);
 689       if (BCU->use_empty()) BCU->eraseFromParent();
 690       continue;
 691     }
 692
 693     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
 694       // This must be memcpy/memmove/memset of the entire aggregate.
 695       // Split into one per element.
 696       RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, BCInst, AI, NewElts);
 697       continue;
 698     }
 699
 700     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
 701       // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
 702       RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
 703       continue;
 704     }
 705
 706     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
 707       // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
 708       RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
 709       continue;
 710     }
 711
 712     // Otherwise it must be some other user of a gep of the first pointer.  Just
 713     // leave these alone.
 714     continue;
 715   }
 716 }
 717
 718 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
 719 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
 720 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *BCInst,
 721                                         AllocationInst *AI,
 722                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
 723
 724   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
 725   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
 726   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
 727   // memset, this Value* stays null.
 728   Value *OtherPtr = 0;
 729   LLVMContext &Context = MI->getContext();
 730   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
 731   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
 732     if (BCInst == MTI->getRawDest())
 733       OtherPtr = MTI->getRawSource();
 734     else {
 735       assert(BCInst == MTI->getRawSource());
 736       OtherPtr = MTI->getRawDest();
 737     }
 738   }
 739
 740   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
 741   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
 742   if (OtherPtr) {
 743     // It is likely that OtherPtr is a bitcast, if so, remove it.
 744     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(OtherPtr))
 745       OtherPtr = BC->getOperand(0);
 746     // All zero GEPs are effectively bitcasts.
 747     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(OtherPtr))
 748       if (GEP->hasAllZeroIndices())
 749         OtherPtr = GEP->getOperand(0);
 750
 751     if (ConstantExpr *BCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OtherPtr))
 752       if (BCE->getOpcode() == Instruction::BitCast)
 753         OtherPtr = BCE->getOperand(0);
 754
 755     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
 756     // type.
 757     if (OtherPtr->getType() != AI->getType())
 758       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, AI->getType(), OtherPtr->getName(),
 759                                  MI);
 760   }
 761
 762   // Process each element of the aggregate.
 763   Value *TheFn = MI->getOperand(0);
 764   const Type *BytePtrTy = MI->getRawDest()->getType();
 765   bool SROADest = MI->getRawDest() == BCInst;
 766
 767   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::Int32Ty);
 768
 769   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
 770     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
 771     Value *OtherElt = 0;
 772     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
 773
 774     if (OtherPtr) {
 775       Value *Idx[2] = { Zero, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, i) };
 776       OtherElt = GetElementPtrInst::Create(OtherPtr, Idx, Idx + 2,
 777                                            OtherPtr->getNameStr()+"."+Twine(i),
 778                                            MI);
 779       uint64_t EltOffset;
 780       const PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
 781       if (const StructType *ST =
 782             dyn_cast<StructType>(OtherPtrTy->getElementType())) {
 783         EltOffset = TD->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
 784       } else {
 785         const Type *EltTy =
 786           cast<SequentialType>(OtherPtr->getType())->getElementType();
 787         EltOffset = TD->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
 788       }
 789
 790       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
 791       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
 792       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
 793       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
 794       // known alignment is just 4 bytes.
 795       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
 796     }
 797
 798     Value *EltPtr = NewElts[i];
 799     const Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
 800
 801     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
 802     if (EltTy->isSingleValueType()) {
 803       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
 804         if (SROADest) {
 805           // From Other to Alloca.
 806           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
 807           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
 808         } else {
 809           // From Alloca to Other.
 810           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
 811           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
 812         }
 813         continue;
 814       }
 815       assert(isa<MemSetInst>(MI));
 816
 817       // If the stored element is zero (common case), just store a null
 818       // constant.
 819       Constant *StoreVal;
 820       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getOperand(2))) {
 821         if (CI->isZero()) {
 822           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
 823         } else {
 824           // If EltTy is a vector type, get the element type.
 825           const Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
 826
 827           // Construct an integer with the right value.
 828           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
 829           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
 830           APInt TotalVal(OneVal);
 831           // Set each byte.
 832           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
 833             TotalVal = TotalVal.shl(8);
 834             TotalVal |= OneVal;
 835           }
 836
 837           // Convert the integer value to the appropriate type.
 838           StoreVal = ConstantInt::get(Context, TotalVal);
 839           if (isa<PointerType>(ValTy))
 840             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
 841           else if (ValTy->isFloatingPoint())
 842             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
 843           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
 844
 845           // If the requested value was a vector constant, create it.
 846           if (EltTy != ValTy) {
 847             unsigned NumElts = cast<VectorType>(ValTy)->getNumElements();
 848             SmallVector<Constant*, 16> Elts(NumElts, StoreVal);
 849             StoreVal = ConstantVector::get(&Elts[0], NumElts);
 850           }
 851         }
 852         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
 853         continue;
 854       }
 855       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
 856       // this element.
 857     }
 858
 859     // Cast the element pointer to BytePtrTy.
 860     if (EltPtr->getType() != BytePtrTy)
 861       EltPtr = new BitCastInst(EltPtr, BytePtrTy, EltPtr->getNameStr(), MI);
 862
 863     // Cast the other pointer (if we have one) to BytePtrTy.
 864     if (OtherElt && OtherElt->getType() != BytePtrTy)
 865       OtherElt = new BitCastInst(OtherElt, BytePtrTy,OtherElt->getNameStr(),
 866                                  MI);
 867
 868     unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
 869
 870     // Finally, insert the meminst for this element.
 871     if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
 872       Value *Ops[] = {
 873         SROADest ? EltPtr : OtherElt,  // Dest ptr
 874         SROADest ? OtherElt : EltPtr,  // Src ptr
 875         ConstantInt::get(MI->getOperand(3)->getType(), EltSize), // Size
 876         ConstantInt::get(Type::Int32Ty, OtherEltAlign)  // Align
 877       };
 878       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 4, "", MI);
 879     } else {
 880       assert(isa<MemSetInst>(MI));
 881       Value *Ops[] = {
 882         EltPtr, MI->getOperand(2),  // Dest, Value,
 883         ConstantInt::get(MI->getOperand(3)->getType(), EltSize), // Size
 884         Zero  // Align
 885       };
 886       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 4, "", MI);
 887     }
 888   }
 889   MI->eraseFromParent();
 890 }
 891
 892 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found an store of an integer that
 893 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
 894 /// integer and store them individually.
 895 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI,
 896                                          AllocationInst *AI,
 897                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
 898   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
 899   // and store the element value to the individual alloca.
 900   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
 901   const Type *AllocaEltTy = AI->getType()->getElementType();
 902   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
 903
 904   // If this isn't a store of an integer to the whole alloca, it may be a store
 905   // to the first element.  Just ignore the store in this case and normal SROA
 906   // will handle it.
 907   if (!isa<IntegerType>(SrcVal->getType()) ||
 908       TD->getTypeAllocSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
 909     return;
 910   // Handle tail padding by extending the operand
 911   if (TD->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
 912     SrcVal = new ZExtInst(SrcVal,
 913                           IntegerType::get(AllocaSizeBits), "", SI);
 914
 915   DOUT << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << *SI;
 916
 917   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
 918   // have different ways to compute the element offset.
 919   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
 920     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
 921
 922     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
 923       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
 924       const Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
 925       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
 926
 927       if (TD->isBigEndian())
 928         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
 929
 930       Value *EltVal = SrcVal;
 931       if (Shift) {
 932         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
 933         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
 934                                             "sroa.store.elt", SI);
 935       }
 936
 937       // Truncate down to an integer of the right size.
 938       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
 939
 940       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
 941       if (FieldSizeBits == 0) continue;
 942
 943       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
 944         EltVal = new TruncInst(EltVal,
 945                                IntegerType::get(FieldSizeBits), "", SI);
 946       Value *DestField = NewElts[i];
 947       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
 948         // Storing to an integer field of this size, just do it.
 949       } else if (FieldTy->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(FieldTy)) {
 950         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
 951         EltVal = new BitCastInst(EltVal, FieldTy, "", SI);
 952       } else {
 953         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
 954         DestField = new BitCastInst(DestField,
 955                               PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
 956                                     "", SI);
 957       }
 958       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
 959     }
 960
 961   } else {
 962     const ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
 963     const Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
 964     uint64_t ElementOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
 965     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
 966
 967     uint64_t Shift;
 968
 969     if (TD->isBigEndian())
 970       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
 971     else
 972       Shift = 0;
 973
 974     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
 975       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
 976       if (ElementSizeBits == 0) continue;
 977
 978       Value *EltVal = SrcVal;
 979       if (Shift) {
 980         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
 981         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
 982                                             "sroa.store.elt", SI);
 983       }
 984
 985       // Truncate down to an integer of the right size.
 986       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
 987         EltVal = new TruncInst(EltVal,
 988                                IntegerType::get(ElementSizeBits),"",SI);
 989       Value *DestField = NewElts[i];
 990       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
 991         // Storing to an integer field of this size, just do it.
 992       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(ArrayEltTy)) {
 993         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
 994         EltVal = new BitCastInst(EltVal, ArrayEltTy, "", SI);
 995       } else {
 996         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
 997         DestField = new BitCastInst(DestField,
 998                               PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
 999                                     "", SI);
1000       }
1001       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
1002
1003       if (TD->isBigEndian())
1004         Shift -= ElementOffset;
1005       else
1006         Shift += ElementOffset;
1007     }
1008   }
1009
1010   SI->eraseFromParent();
1011 }
1012
1013 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found an load of the entire allocation to
1014 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
1015 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocationInst *AI,
1016                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1017   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
1018   // and form the result value.
1019   const Type *AllocaEltTy = AI->getType()->getElementType();
1020   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
1021
1022   // If this isn't a load of the whole alloca to an integer, it may be a load
1023   // of the first element.  Just ignore the load in this case and normal SROA
1024   // will handle it.
1025   if (!isa<IntegerType>(LI->getType()) ||
1026       TD->getTypeAllocSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
1027     return;
1028
1029   DOUT << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << *LI;
1030
1031   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
1032   // have different ways to compute the element offset.
1033   const StructLayout *Layout = 0;
1034   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
1035   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
1036     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
1037   } else {
1038     const Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
1039     ArrayEltBitOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
1040   }
1041
1042   Value *ResultVal =
1043     Constant::getNullValue(IntegerType::get(AllocaSizeBits));
1044
1045   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1046     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
1047     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
1048     Value *SrcField = NewElts[i];
1049     const Type *FieldTy =
1050       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
1051     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
1052
1053     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
1054     if (FieldSizeBits == 0) continue;
1055
1056     const IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(FieldSizeBits);
1057     if (!isa<IntegerType>(FieldTy) && !FieldTy->isFloatingPoint() &&
1058         !isa<VectorType>(FieldTy))
1059       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
1060                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
1061                                  "", LI);
1062     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
1063
1064     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
1065     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
1066     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
1067       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
1068
1069     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
1070     // we can shift and insert it.
1071     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
1072       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
1073
1074     // Determine the number of bits to shift SrcField.
1075     uint64_t Shift;
1076     if (Layout) // Struct case.
1077       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
1078     else  // Array case.
1079       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
1080
1081     if (TD->isBigEndian())
1082       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
1083
1084     if (Shift) {
1085       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
1086       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
1087     }
1088
1089     ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
1090   }
1091
1092   // Handle tail padding by truncating the result
1093   if (TD->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
1094     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
1095
1096   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
1097   LI->eraseFromParent();
1098 }
1099
1100
1101 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
1102 /// alignment padding, false otherwise.
1103 static bool HasPadding(const Type *Ty, const TargetData &TD) {
1104   if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
1105     const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1106     unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
1107     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1108       unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
1109
1110       // Padding in sub-elements?
1111       if (HasPadding(STy->getElementType(i), TD))
1112         return true;
1113
1114       // Check to see if there is any padding between this element and the
1115       // previous one.
1116       if (i) {
1117         unsigned PrevFieldEnd =
1118         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
1119         if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
1120           return true;
1121       }
1122
1123       PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
1124     }
1125
1126     //  Check for tail padding.
1127     if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
1128       unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
1129                    TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
1130       if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
1131         return true;
1132     }
1133
1134   } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1135     return HasPadding(ATy->getElementType(), TD);
1136   } else if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1137     return HasPadding(VTy->getElementType(), TD);
1138   }
1139   return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
1140 }
1141
1142 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
1143 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
1144 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
1145 ///
1146 int SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocationInst *AI) {
1147   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
1148   // the users are safe to transform.
1149   AllocaInfo Info;
1150
1151   for (Value::use_iterator I = AI->use_begin(), E = AI->use_end();
1152        I != E; ++I) {
1153     isSafeUseOfAllocation(cast<Instruction>(*I), AI, Info);
1154     if (Info.isUnsafe) {
1155       DOUT << "Cannot transform: " << *AI << "  due to user: " << **I;
1156       return 0;
1157     }
1158   }
1159
1160   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
1161   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
1162   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
1163   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
1164   // struct.
1165   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
1166       HasPadding(AI->getType()->getElementType(), *TD))
1167     return 0;
1168
1169   // If we require cleanup, return 1, otherwise return 3.
1170   return Info.needsCleanup ? 1 : 3;
1171 }
1172
1173 /// CleanupGEP - GEP is used by an Alloca, which can be prompted after the GEP
1174 /// is canonicalized here.
1175 void SROA::CleanupGEP(GetElementPtrInst *GEPI) {
1176   gep_type_iterator I = gep_type_begin(GEPI);
1177   ++I;
1178
1179   const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*I);
1180   if (!AT)
1181     return;
1182
1183   uint64_t NumElements = AT->getNumElements();
1184
1185   if (isa<ConstantInt>(I.getOperand()))
1186     return;
1187
1188   if (NumElements == 1) {
1189     GEPI->setOperand(2, Constant::getNullValue(Type::Int32Ty));
1190     return;
1191   }
1192
1193   assert(NumElements == 2 && "Unhandled case!");
1194   // All users of the GEP must be loads.  At each use of the GEP, insert
1195   // two loads of the appropriate indexed GEP and select between them.
1196   Value *IsOne = new ICmpInst(GEPI, ICmpInst::ICMP_NE, I.getOperand(),
1197                               Constant::getNullValue(I.getOperand()->getType()),
1198                               "isone");
1199   // Insert the new GEP instructions, which are properly indexed.
1200   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin()+1, GEPI->op_end());
1201   Indices[1] = Constant::getNullValue(Type::Int32Ty);
1202   Value *ZeroIdx = GetElementPtrInst::Create(GEPI->getOperand(0),
1203                                              Indices.begin(),
1204                                              Indices.end(),
1205                                              GEPI->getName()+".0", GEPI);
1206   Indices[1] = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1);
1207   Value *OneIdx = GetElementPtrInst::Create(GEPI->getOperand(0),
1208                                             Indices.begin(),
1209                                             Indices.end(),
1210                                             GEPI->getName()+".1", GEPI);
1211   // Replace all loads of the variable index GEP with loads from both
1212   // indexes and a select.
1213   while (!GEPI->use_empty()) {
1214     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(GEPI->use_back());
1215     Value *Zero = new LoadInst(ZeroIdx, LI->getName()+".0", LI);
1216     Value *One  = new LoadInst(OneIdx , LI->getName()+".1", LI);
1217     Value *R = SelectInst::Create(IsOne, One, Zero, LI->getName(), LI);
1218     LI->replaceAllUsesWith(R);
1219     LI->eraseFromParent();
1220   }
1221   GEPI->eraseFromParent();
1222 }
1223
1224
1225 /// CleanupAllocaUsers - If SROA reported that it can promote the specified
1226 /// allocation, but only if cleaned up, perform the cleanups required.
1227 void SROA::CleanupAllocaUsers(AllocationInst *AI) {
1228   // At this point, we know that the end result will be SROA'd and promoted, so
1229   // we can insert ugly code if required so long as sroa+mem2reg will clean it
1230   // up.
1231   for (Value::use_iterator UI = AI->use_begin(), E = AI->use_end();
1232        UI != E; ) {
1233     User *U = *UI++;
1234     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U))
1235       CleanupGEP(GEPI);
1236     else {
1237       Instruction *I = cast<Instruction>(U);
1238       SmallVector<DbgInfoIntrinsic *, 2> DbgInUses;
1239       if (!isa<StoreInst>(I) && OnlyUsedByDbgInfoIntrinsics(I, &DbgInUses)) {
1240         // Safe to remove debug info uses.
1241         while (!DbgInUses.empty()) {
1242           DbgInfoIntrinsic *DI = DbgInUses.back(); DbgInUses.pop_back();
1243           DI->eraseFromParent();
1244         }
1245         I->eraseFromParent();
1246       }
1247     }
1248   }
1249 }
1250
1251 /// MergeInType - Add the 'In' type to the accumulated type (Accum) so far at
1252 /// the offset specified by Offset (which is specified in bytes).
1253 ///
1254 /// There are two cases we handle here:
1255 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
1256 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
1257 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
1258 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
1259 ///   2) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
1260 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
1261 ///      and stores would mutate the memory.
1262 static void MergeInType(const Type *In, uint64_t Offset, const Type *&VecTy,
1263                         unsigned AllocaSize, const TargetData &TD,
1264                         LLVMContext &Context) {
1265   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
1266   if (VecTy != Type::VoidTy) { // either null or a vector type.
1267
1268     // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
1269     // matches the existing VecTy.
1270     if (const VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
1271       if (VInTy->getBitWidth()/8 == AllocaSize && Offset == 0) {
1272         // If we're storing/loading a vector of the right size, allow it as a
1273         // vector.  If this the first vector we see, remember the type so that
1274         // we know the element size.
1275         if (VecTy == 0)
1276           VecTy = VInTy;
1277         return;
1278       }
1279     } else if (In == Type::FloatTy || In == Type::DoubleTy ||
1280                (isa<IntegerType>(In) && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
1281                 isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
1282       // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
1283       // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
1284       // compatible with it.
1285       unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
1286       if (Offset % EltSize == 0 &&
1287           AllocaSize % EltSize == 0 &&
1288           (VecTy == 0 ||
1289            cast<VectorType>(VecTy)->getElementType()
1290                  ->getPrimitiveSizeInBits()/8 == EltSize)) {
1291         if (VecTy == 0)
1292           VecTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
1293         return;
1294       }
1295     }
1296   }
1297
1298   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
1299   // form.  We can still turn this into a large integer.
1300   VecTy = Type::VoidTy;
1301 }
1302
1303 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
1304 /// its accesses to use a to single vector type, return true, and set VecTy to
1305 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
1306 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
1307 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
1308 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
1309 ///
1310 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
1311 /// SawVec flag.
1312 ///
1313 bool SROA::CanConvertToScalar(Value *V, bool &IsNotTrivial, const Type *&VecTy,
1314                               bool &SawVec, uint64_t Offset,
1315                               unsigned AllocaSize) {
1316   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1317     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1318
1319     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1320       // Don't break volatile loads.
1321       if (LI->isVolatile())
1322         return false;
1323       MergeInType(LI->getType(), Offset, VecTy,
1324                   AllocaSize, *TD, V->getContext());
1325       SawVec |= isa<VectorType>(LI->getType());
1326       continue;
1327     }
1328
1329     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1330       // Storing the pointer, not into the value?
1331       if (SI->getOperand(0) == V || SI->isVolatile()) return 0;
1332       MergeInType(SI->getOperand(0)->getType(), Offset,
1333                   VecTy, AllocaSize, *TD, V->getContext());
1334       SawVec |= isa<VectorType>(SI->getOperand(0)->getType());
1335       continue;
1336     }
1337
1338     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1339       if (!CanConvertToScalar(BCI, IsNotTrivial, VecTy, SawVec, Offset,
1340                               AllocaSize))
1341         return false;
1342       IsNotTrivial = true;
1343       continue;
1344     }
1345
1346     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1347       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
1348       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
1349         return false;
1350
1351       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
1352       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
1353       uint64_t GEPOffset = TD->getIndexedOffset(GEP->getOperand(0)->getType(),
1354                                                 &Indices[0], Indices.size());
1355       // See if all uses can be converted.
1356       if (!CanConvertToScalar(GEP, IsNotTrivial, VecTy, SawVec,Offset+GEPOffset,
1357                               AllocaSize))
1358         return false;
1359       IsNotTrivial = true;
1360       continue;
1361     }
1362
1363     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
1364     // handle it.
1365     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
1366       // Store of constant value and constant size.
1367       if (isa<ConstantInt>(MSI->getValue()) &&
1368           isa<ConstantInt>(MSI->getLength())) {
1369         IsNotTrivial = true;
1370         continue;
1371       }
1372     }
1373
1374     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
1375     // can handle it like a load or store of the scalar type.
1376     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
1377       if (ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength()))
1378         if (Len->getZExtValue() == AllocaSize && Offset == 0) {
1379           IsNotTrivial = true;
1380           continue;
1381         }
1382     }
1383
1384     // Ignore dbg intrinsic.
1385     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(User))
1386       continue;
1387
1388     // Otherwise, we cannot handle this!
1389     return false;
1390   }
1391
1392   return true;
1393 }
1394
1395
1396 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
1397 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
1398 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
1399 /// vector with insert/extractelement instructions.
1400 ///
1401 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1402 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
1403 void SROA::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset) {
1404   while (!Ptr->use_empty()) {
1405     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
1406
1407     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1408       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset);
1409       CI->eraseFromParent();
1410       continue;
1411     }
1412
1413     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1414       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
1415       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
1416       uint64_t GEPOffset = TD->getIndexedOffset(GEP->getOperand(0)->getType(),
1417                                                 &Indices[0], Indices.size());
1418       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8);
1419       GEP->eraseFromParent();
1420       continue;
1421     }
1422
1423     IRBuilder<> Builder(User->getParent(), User);
1424
1425     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1426       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
1427       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "tmp");
1428       Value *NewLoadVal
1429         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset, Builder);
1430       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
1431       LI->eraseFromParent();
1432       continue;
1433     }
1434
1435     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1436       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
1437       // FIXME: Remove once builder has Twine API.
1438       Value *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, (NewAI->getName()+".in").str().c_str());
1439       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
1440                                              Builder);
1441       Builder.CreateStore(New, NewAI);
1442       SI->eraseFromParent();
1443       continue;
1444     }
1445
1446     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
1447     // transform it into a store of the expanded constant value.
1448     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
1449       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
1450       unsigned NumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
1451       if (NumBytes != 0) {
1452         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
1453
1454         // Compute the value replicated the right number of times.
1455         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
1456
1457         // Splat the value if non-zero.
1458         if (Val)
1459           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
1460             APVal |= APVal << 8;
1461
1462         // FIXME: Remove once builder has Twine API.
1463         Value *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, (NewAI->getName()+".in").str().c_str());
1464         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
1465                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
1466                                                Old, Offset, Builder);
1467         Builder.CreateStore(New, NewAI);
1468       }
1469       MSI->eraseFromParent();
1470       continue;
1471     }
1472
1473     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
1474     // can handle it like a load or store of the scalar type.
1475     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
1476       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
1477
1478       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
1479       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
1480       // as appropriate.
1481       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(Ptr->getUnderlyingObject());
1482
1483       if (MTI->getSource()->getUnderlyingObject() != OrigAI) {
1484         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
1485         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
1486         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
1487         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
1488         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, NewAI->getType());
1489
1490         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
1491         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
1492         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
1493       } else if (MTI->getDest()->getUnderlyingObject() != OrigAI) {
1494         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
1495         // through the original dest pointer (bitcasted).
1496         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
1497         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
1498
1499         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), NewAI->getType());
1500         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
1501         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
1502       } else {
1503         // Noop transfer. Src == Dst
1504       }
1505
1506
1507       MTI->eraseFromParent();
1508       continue;
1509     }
1510
1511     // If user is a dbg info intrinsic then it is safe to remove it.
1512     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(User)) {
1513       User->eraseFromParent();
1514       continue;
1515     }
1516
1517     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
1518   }
1519 }
1520
1521 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
1522 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
1523 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
1524 ///
1525 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
1526 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
1527 /// insert/extractelement instructions.
1528 ///
1529 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1530 /// shifted to the right.
1531 Value *SROA::ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, const Type *ToType,
1532                                         uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
1533   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
1534   if (FromVal->getType() == ToType && Offset == 0)
1535     return FromVal;
1536
1537   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
1538   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
1539   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromVal->getType())) {
1540     if (isa<VectorType>(ToType))
1541       return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
1542
1543     // Otherwise it must be an element access.
1544     unsigned Elt = 0;
1545     if (Offset) {
1546       unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
1547       Elt = Offset/EltSize;
1548       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
1549     }
1550     // Return the element extracted out of it.
1551     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal,
1552                                     ConstantInt::get(Type::Int32Ty,Elt),
1553                                             "tmp");
1554     if (V->getType() != ToType)
1555       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType, "tmp");
1556     return V;
1557   }
1558
1559   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
1560   // use insertvalue's to form the FCA.
1561   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
1562     const StructLayout &Layout = *TD->getStructLayout(ST);
1563     Value *Res = UndefValue::get(ST);
1564     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
1565       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
1566                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
1567                                               Builder);
1568       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
1569     }
1570     return Res;
1571   }
1572
1573   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
1574     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
1575     Value *Res = UndefValue::get(AT);
1576     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1577       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
1578                                               Offset+i*EltSize, Builder);
1579       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
1580     }
1581     return Res;
1582   }
1583
1584   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
1585   const IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
1586
1587   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
1588   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1589   int ShAmt = 0;
1590   if (TD->isBigEndian()) {
1591     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1592     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1593     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1594     ShAmt = TD->getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
1595             TD->getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
1596   } else {
1597     ShAmt = Offset;
1598   }
1599
1600   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
1601   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
1602   // only some bits are used.
1603   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
1604     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
1605                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(),
1606                                                            ShAmt), "tmp");
1607   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
1608     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal,
1609                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(),
1610                                                           -ShAmt), "tmp");
1611
1612   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
1613   unsigned LIBitWidth = TD->getTypeSizeInBits(ToType);
1614   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
1615     FromVal =
1616       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(LIBitWidth), "tmp");
1617   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
1618     FromVal =
1619        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(LIBitWidth), "tmp");
1620
1621   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
1622   if (isa<IntegerType>(ToType)) {
1623     // Should be done.
1624   } else if (ToType->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(ToType)) {
1625     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
1626     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
1627   } else {
1628     // Otherwise must be a pointer.
1629     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType, "tmp");
1630   }
1631   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
1632   return FromVal;
1633 }
1634
1635
1636 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
1637 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
1638 ///
1639 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
1640 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
1641 /// vector with insert/extractelement instructions.
1642 ///
1643 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1644 /// shifted to the right.
1645 Value *SROA::ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
1646                                        uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
1647
1648   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
1649   // then 'or' into place.
1650   const Type *AllocaType = Old->getType();
1651   LLVMContext &Context = Old->getContext();
1652
1653   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
1654     uint64_t VecSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy);
1655     uint64_t ValSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
1656
1657     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
1658     // vector type?
1659     if (ValSize == VecSize)
1660       return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType, "tmp");
1661
1662     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
1663
1664     // Must be an element insertion.
1665     unsigned Elt = Offset/EltSize;
1666
1667     if (SV->getType() != VTy->getElementType())
1668       SV = Builder.CreateBitCast(SV, VTy->getElementType(), "tmp");
1669
1670     SV = Builder.CreateInsertElement(Old, SV,
1671                                    ConstantInt::get(Type::Int32Ty, Elt),
1672                                      "tmp");
1673     return SV;
1674   }
1675
1676   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
1677   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
1678     const StructLayout &Layout = *TD->getStructLayout(ST);
1679     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
1680       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
1681       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old,
1682                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
1683                                       Builder);
1684     }
1685     return Old;
1686   }
1687
1688   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
1689     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
1690     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1691       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
1692       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, Builder);
1693     }
1694     return Old;
1695   }
1696
1697   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
1698   // If it is a pointer, do the same.
1699   unsigned SrcWidth = TD->getTypeSizeInBits(SV->getType());
1700   unsigned DestWidth = TD->getTypeSizeInBits(AllocaType);
1701   unsigned SrcStoreWidth = TD->getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
1702   unsigned DestStoreWidth = TD->getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
1703   if (SV->getType()->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(SV->getType()))
1704     SV = Builder.CreateBitCast(SV, IntegerType::get(SrcWidth), "tmp");
1705   else if (isa<PointerType>(SV->getType()))
1706     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, TD->getIntPtrType(), "tmp");
1707
1708   // Zero extend or truncate the value if needed.
1709   if (SV->getType() != AllocaType) {
1710     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1711              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
1712       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType, "tmp");
1713     else {
1714       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
1715       // (undefined behavior).
1716       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType, "tmp");
1717       SrcWidth = DestWidth;
1718       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
1719     }
1720   }
1721
1722   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
1723   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1724   int ShAmt = 0;
1725   if (TD->isBigEndian()) {
1726     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1727     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1728     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1729     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
1730   } else {
1731     ShAmt = Offset;
1732   }
1733
1734   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
1735   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
1736   // only some bits in the structure are set.
1737   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
1738   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
1739     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1740                            ShAmt), "tmp");
1741     Mask <<= ShAmt;
1742   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
1743     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1744                             -ShAmt), "tmp");
1745     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
1746   }
1747
1748   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
1749   // in the new bits.
1750   if (SrcWidth != DestWidth) {
1751     assert(DestWidth > SrcWidth);
1752     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
1753     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
1754   }
1755   return SV;
1756 }
1757
1758
1759
1760 /// PointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
1761 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
1762 /// constant expressions because we don't can't rewrite arbitrary instructions.
1763 static bool PointsToConstantGlobal(Value *V) {
1764   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
1765     return GV->isConstant();
1766   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
1767     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
1768         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
1769       return PointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
1770   return false;
1771 }
1772
1773 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
1774 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
1775 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
1776 /// track of whether it moves the pointer (with isOffset) but otherwise traverse
1777 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
1778 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant  global, we
1779 /// can optimize this.
1780 static bool isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, Instruction *&TheCopy,
1781                                            bool isOffset) {
1782   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1783     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI))
1784       // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
1785       if (!LI->isVolatile())
1786         continue;
1787
1788     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(*UI)) {
1789       // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
1790       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(BCI, TheCopy, isOffset))
1791         return false;
1792       continue;
1793     }
1794     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*UI)) {
1795       // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer.  If it
1796       // doesn't, it does.
1797       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(GEP, TheCopy,
1798                                          isOffset || !GEP->hasAllZeroIndices()))
1799         return false;
1800       continue;
1801     }
1802
1803     // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
1804     // handle.
1805     if (!isa<MemTransferInst>(*UI))
1806       return false;
1807
1808     // If we already have seen a copy, reject the second one.
1809     if (TheCopy) return false;
1810
1811     // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
1812     // safely handle this.
1813     if (isOffset) return false;
1814
1815     // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
1816     if (UI.getOperandNo() != 1) return false;
1817
1818     MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(*UI);
1819
1820     // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
1821     if (!PointsToConstantGlobal(MI->getOperand(2)))
1822       return false;
1823
1824     // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
1825     TheCopy = MI;
1826   }
1827   return true;
1828 }
1829
1830 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
1831 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
1832 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
1833 Instruction *SROA::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocationInst *AI) {
1834   Instruction *TheCopy = 0;
1835   if (::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, false))
1836     return TheCopy;
1837   return 0;
1838 }