Check alignment of loads when deciding whether it is safe to execute them
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / ScalarReplAggregates.cpp
1 //===- ScalarReplAggregates.cpp - Scalar Replacement of Aggregates --------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This transformation implements the well known scalar replacement of
11 // aggregates transformation.  This xform breaks up alloca instructions of
12 // aggregate type (structure or array) into individual alloca instructions for
13 // each member (if possible).  Then, if possible, it transforms the individual
14 // alloca instructions into nice clean scalar SSA form.
15 //
16 // This combines a simple SRoA algorithm with the Mem2Reg algorithm because
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     /// DeadInsts - Keep track of instructions we have made dead, so that
78     /// we can remove them after we are done working.
79     SmallVector<Value*, 32> DeadInsts;
80
81     /// AllocaInfo - When analyzing uses of an alloca instruction, this captures
82     /// information about the uses.  All these fields are initialized to false
83     /// and set to true when something is learned.
84     struct AllocaInfo {
85       /// isUnsafe - This is set to true if the alloca cannot be SROA'd.
86       bool isUnsafe : 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), isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false) {}
96     };
97     
98     unsigned SRThreshold;
99
100     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I) { I.isUnsafe = true; }
101
102     bool isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI);
103
104     void isSafeForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
105                              AllocaInfo &Info);
106     void isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t &Offset,
107                    AllocaInfo &Info);
108     void isSafeMemAccess(AllocaInst *AI, uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
109                          const Type *MemOpType, bool isStore, AllocaInfo &Info);
110     bool TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size);
111     uint64_t FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
112                                   const Type *&IdxTy);
113     
114     void DoScalarReplacement(AllocaInst *AI, 
115                              std::vector<AllocaInst*> &WorkList);
116     void DeleteDeadInstructions();
117     AllocaInst *AddNewAlloca(Function &F, const Type *Ty, AllocaInst *Base);
118     
119     void RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
120                               SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
121     void RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
122                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
123     void RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
124                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
125     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
126                                       AllocaInst *AI,
127                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
128     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
129                                        SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
130     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
131                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
132     
133     bool CanConvertToScalar(Value *V, bool &IsNotTrivial, const Type *&VecTy,
134                             bool &SawVec, uint64_t Offset, unsigned AllocaSize);
135     void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset);
136     Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, const Type *ToType,
137                                      uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
138     Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
139                                      uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
140     static Instruction *isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI);
141   };
142 }
143
144 char SROA::ID = 0;
145 static RegisterPass<SROA> X("scalarrepl", "Scalar Replacement of Aggregates");
146
147 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
148 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(signed int Threshold) { 
149   return new SROA(Threshold);
150 }
151
152
153 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
154   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
155
156   bool Changed = performPromotion(F);
157
158   // FIXME: ScalarRepl currently depends on TargetData more than it
159   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
160   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
161   // scalar-replacement portion of this pass.
162   if (!TD) return Changed;
163
164   while (1) {
165     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
166     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
167     Changed = true;
168     LocalChange = performPromotion(F);
169     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
170   }
171
172   return Changed;
173 }
174
175
176 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
177   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
178   DominatorTree         &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
179   DominanceFrontier &DF = getAnalysis<DominanceFrontier>();
180
181   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
182
183   bool Changed = false;
184
185   while (1) {
186     Allocas.clear();
187
188     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
189     // the entry node
190     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
191       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
192         if (isAllocaPromotable(AI))
193           Allocas.push_back(AI);
194
195     if (Allocas.empty()) break;
196
197     PromoteMemToReg(Allocas, DT, DF);
198     NumPromoted += Allocas.size();
199     Changed = true;
200   }
201
202   return Changed;
203 }
204
205 /// getNumSAElements - Return the number of elements in the specific struct or
206 /// array.
207 static uint64_t getNumSAElements(const Type *T) {
208   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
209     return ST->getNumElements();
210   return cast<ArrayType>(T)->getNumElements();
211 }
212
213 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
214 // which runs on all of the malloc/alloca instructions in the function, removing
215 // them if they are only used by getelementptr instructions.
216 //
217 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
218   std::vector<AllocaInst*> WorkList;
219
220   // Scan the entry basic block, adding any alloca's and mallocs to the worklist
221   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
222   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
223     if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(I))
224       WorkList.push_back(A);
225
226   // Process the worklist
227   bool Changed = false;
228   while (!WorkList.empty()) {
229     AllocaInst *AI = WorkList.back();
230     WorkList.pop_back();
231     
232     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
233     // with unused elements.
234     if (AI->use_empty()) {
235       AI->eraseFromParent();
236       continue;
237     }
238
239     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
240     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
241       continue;
242     
243     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
244     // a constant global.  If this is the case, we can change all users to use
245     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
246     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
247     // is only subsequently read.
248     if (Instruction *TheCopy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI)) {
249       DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << *AI << '\n');
250       DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *TheCopy << '\n');
251       Constant *TheSrc = cast<Constant>(TheCopy->getOperand(2));
252       AI->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(TheSrc, AI->getType()));
253       TheCopy->eraseFromParent();  // Don't mutate the global.
254       AI->eraseFromParent();
255       ++NumGlobals;
256       Changed = true;
257       continue;
258     }
259     
260     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
261     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
262     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
263     // value cannot be decomposed at all.
264     uint64_t AllocaSize = TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
265
266     // Do not promote [0 x %struct].
267     if (AllocaSize == 0) continue;
268
269     // Do not promote any struct whose size is too big.
270     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
271
272     if ((isa<StructType>(AI->getAllocatedType()) ||
273          isa<ArrayType>(AI->getAllocatedType())) &&
274         // Do not promote any struct into more than "32" separate vars.
275         getNumSAElements(AI->getAllocatedType()) <= SRThreshold/4) {
276       // Check that all of the users of the allocation are capable of being
277       // transformed.
278       if (isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
279         DoScalarReplacement(AI, WorkList);
280         Changed = true;
281         continue;
282       }
283     }
284
285     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
286     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
287     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
288     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
289     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
290     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
291     bool IsNotTrivial = false;
292     const Type *VectorTy = 0;
293     bool HadAVector = false;
294     if (CanConvertToScalar(AI, IsNotTrivial, VectorTy, HadAVector, 
295                            0, unsigned(AllocaSize)) && IsNotTrivial) {
296       AllocaInst *NewAI;
297       // If we were able to find a vector type that can handle this with
298       // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
299       // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
300       // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
301       // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
302       // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
303       if (VectorTy && isa<VectorType>(VectorTy) && HadAVector) {
304         DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "\n  TYPE = "
305                      << *VectorTy << '\n');
306         
307         // Create and insert the vector alloca.
308         NewAI = new AllocaInst(VectorTy, 0, "",  AI->getParent()->begin());
309         ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
310       } else {
311         DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n");
312         
313         // Create and insert the integer alloca.
314         const Type *NewTy = IntegerType::get(AI->getContext(), AllocaSize*8);
315         NewAI = new AllocaInst(NewTy, 0, "", AI->getParent()->begin());
316         ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
317       }
318       NewAI->takeName(AI);
319       AI->eraseFromParent();
320       ++NumConverted;
321       Changed = true;
322       continue;
323     }
324     
325     // Otherwise, couldn't process this alloca.
326   }
327
328   return Changed;
329 }
330
331 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
332 /// predicate, do SROA now.
333 void SROA::DoScalarReplacement(AllocaInst *AI, 
334                                std::vector<AllocaInst*> &WorkList) {
335   DEBUG(dbgs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
336   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
337   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
338     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
339     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
340       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0, 
341                                       AI->getAlignment(),
342                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
343       ElementAllocas.push_back(NA);
344       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
345     }
346   } else {
347     const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
348     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
349     const Type *ElTy = AT->getElementType();
350     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
351       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, AI->getAlignment(),
352                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
353       ElementAllocas.push_back(NA);
354       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
355     }
356   }
357
358   // Now that we have created the new alloca instructions, rewrite all the
359   // uses of the old alloca.
360   RewriteForScalarRepl(AI, AI, 0, ElementAllocas);
361
362   // Now erase any instructions that were made dead while rewriting the alloca.
363   DeleteDeadInstructions();
364   AI->eraseFromParent();
365
366   NumReplaced++;
367 }
368
369 /// DeleteDeadInstructions - Erase instructions on the DeadInstrs list,
370 /// recursively including all their operands that become trivially dead.
371 void SROA::DeleteDeadInstructions() {
372   while (!DeadInsts.empty()) {
373     Instruction *I = cast<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
374
375     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
376       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
377         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
378         // (But, don't add allocas to the dead instruction list -- they are
379         // already on the worklist and will be deleted separately.)
380         *OI = 0;
381         if (isInstructionTriviallyDead(U) && !isa<AllocaInst>(U))
382           DeadInsts.push_back(U);
383       }
384
385     I->eraseFromParent();
386   }
387 }
388     
389 /// isSafeForScalarRepl - Check if instruction I is a safe use with regard to
390 /// performing scalar replacement of alloca AI.  The results are flagged in
391 /// the Info parameter.  Offset indicates the position within AI that is
392 /// referenced by this instruction.
393 void SROA::isSafeForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
394                                AllocaInfo &Info) {
395   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
396     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
397
398     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
399       isSafeForScalarRepl(BC, AI, Offset, Info);
400     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
401       uint64_t GEPOffset = Offset;
402       isSafeGEP(GEPI, AI, GEPOffset, Info);
403       if (!Info.isUnsafe)
404         isSafeForScalarRepl(GEPI, AI, GEPOffset, Info);
405     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(UI)) {
406       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
407       if (Length)
408         isSafeMemAccess(AI, Offset, Length->getZExtValue(), 0,
409                         UI.getOperandNo() == 1, Info);
410       else
411         MarkUnsafe(Info);
412     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
413       if (!LI->isVolatile()) {
414         const Type *LIType = LI->getType();
415         isSafeMemAccess(AI, Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
416                         LIType, false, Info);
417       } else
418         MarkUnsafe(Info);
419     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
420       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
421       if (!SI->isVolatile() && SI->getOperand(0) != I) {
422         const Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
423         isSafeMemAccess(AI, Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
424                         SIType, true, Info);
425       } else
426         MarkUnsafe(Info);
427     } else {
428       DEBUG(errs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
429       MarkUnsafe(Info);
430     }
431     if (Info.isUnsafe) return;
432   }
433 }
434
435 /// isSafeGEP - Check if a GEP instruction can be handled for scalar
436 /// replacement.  It is safe when all the indices are constant, in-bounds
437 /// references, and when the resulting offset corresponds to an element within
438 /// the alloca type.  The results are flagged in the Info parameter.  Upon
439 /// return, Offset is adjusted as specified by the GEP indices.
440 void SROA::isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI,
441                      uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info) {
442   gep_type_iterator GEPIt = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
443   if (GEPIt == E)
444     return;
445
446   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
447   // into.
448   for (; GEPIt != E; ++GEPIt) {
449     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
450     if (isa<StructType>(*GEPIt))
451       continue;
452
453     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand());
454     if (!IdxVal)
455       return MarkUnsafe(Info);
456   }
457
458   // Compute the offset due to this GEP and check if the alloca has a
459   // component element at that offset.
460   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
461   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
462                                  &Indices[0], Indices.size());
463   if (!TypeHasComponent(AI->getAllocatedType(), Offset, 0))
464     MarkUnsafe(Info);
465 }
466
467 /// isSafeMemAccess - Check if a load/store/memcpy operates on the entire AI
468 /// alloca or has an offset and size that corresponds to a component element
469 /// within it.  The offset checked here may have been formed from a GEP with a
470 /// pointer bitcasted to a different type.
471 void SROA::isSafeMemAccess(AllocaInst *AI, uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
472                            const Type *MemOpType, bool isStore,
473                            AllocaInfo &Info) {
474   // Check if this is a load/store of the entire alloca.
475   if (Offset == 0 && MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
476     bool UsesAggregateType = (MemOpType == AI->getAllocatedType());
477     // This is safe for MemIntrinsics (where MemOpType is 0), integer types
478     // (which are essentially the same as the MemIntrinsics, especially with
479     // regard to copying padding between elements), or references using the
480     // aggregate type of the alloca.
481     if (!MemOpType || isa<IntegerType>(MemOpType) || UsesAggregateType) {
482       if (!UsesAggregateType) {
483         if (isStore)
484           Info.isMemCpyDst = true;
485         else
486           Info.isMemCpySrc = true;
487       }
488       return;
489     }
490   }
491   // Check if the offset/size correspond to a component within the alloca type.
492   const Type *T = AI->getAllocatedType();
493   if (TypeHasComponent(T, Offset, MemSize))
494     return;
495
496   return MarkUnsafe(Info);
497 }
498
499 /// TypeHasComponent - Return true if T has a component type with the
500 /// specified offset and size.  If Size is zero, do not check the size.
501 bool SROA::TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
502   const Type *EltTy;
503   uint64_t EltSize;
504   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
505     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
506     unsigned EltIdx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
507     EltTy = ST->getContainedType(EltIdx);
508     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
509     Offset -= Layout->getElementOffset(EltIdx);
510   } else if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
511     EltTy = AT->getElementType();
512     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
513     if (Offset >= AT->getNumElements() * EltSize)
514       return false;
515     Offset %= EltSize;
516   } else {
517     return false;
518   }
519   if (Offset == 0 && (Size == 0 || EltSize == Size))
520     return true;
521   // Check if the component spans multiple elements.
522   if (Offset + Size > EltSize)
523     return false;
524   return TypeHasComponent(EltTy, Offset, Size);
525 }
526
527 /// RewriteForScalarRepl - Alloca AI is being split into NewElts, so rewrite
528 /// the instruction I, which references it, to use the separate elements.
529 /// Offset indicates the position within AI that is referenced by this
530 /// instruction.
531 void SROA::RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
532                                 SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
533   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
534     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
535
536     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
537       RewriteBitCast(BC, AI, Offset, NewElts);
538     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
539       RewriteGEP(GEPI, AI, Offset, NewElts);
540     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
541       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
542       uint64_t MemSize = Length->getZExtValue();
543       if (Offset == 0 &&
544           MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()))
545         RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, I, AI, NewElts);
546       // Otherwise the intrinsic can only touch a single element and the
547       // address operand will be updated, so nothing else needs to be done.
548     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
549       const Type *LIType = LI->getType();
550       if (LIType == AI->getAllocatedType()) {
551         // Replace:
552         //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
553         // with:
554         //   %load.0 = load i32* %alloc.0
555         //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
556         //   %load.1 = load i32* %alloc.1
557         //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
558         // (Also works for arrays instead of structs)
559         Value *Insert = UndefValue::get(LIType);
560         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
561           Value *Load = new LoadInst(NewElts[i], "load", LI);
562           Insert = InsertValueInst::Create(Insert, Load, i, "insert", LI);
563         }
564         LI->replaceAllUsesWith(Insert);
565         DeadInsts.push_back(LI);
566       } else if (isa<IntegerType>(LIType) &&
567                  TD->getTypeAllocSize(LIType) ==
568                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
569         // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
570         RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
571       }
572     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
573       Value *Val = SI->getOperand(0);
574       const Type *SIType = Val->getType();
575       if (SIType == AI->getAllocatedType()) {
576         // Replace:
577         //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
578         // with:
579         //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
580         //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
581         //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
582         //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
583         // (Also works for arrays instead of structs)
584         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
585           Value *Extract = ExtractValueInst::Create(Val, i, Val->getName(), SI);
586           new StoreInst(Extract, NewElts[i], SI);
587         }
588         DeadInsts.push_back(SI);
589       } else if (isa<IntegerType>(SIType) &&
590                  TD->getTypeAllocSize(SIType) ==
591                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
592         // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
593         RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
594       }
595     }
596   }
597 }
598
599 /// RewriteBitCast - Update a bitcast reference to the alloca being replaced
600 /// and recursively continue updating all of its uses.
601 void SROA::RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
602                           SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
603   RewriteForScalarRepl(BC, AI, Offset, NewElts);
604   if (BC->getOperand(0) != AI)
605     return;
606
607   // The bitcast references the original alloca.  Replace its uses with
608   // references to the first new element alloca.
609   Instruction *Val = NewElts[0];
610   if (Val->getType() != BC->getDestTy()) {
611     Val = new BitCastInst(Val, BC->getDestTy(), "", BC);
612     Val->takeName(BC);
613   }
614   BC->replaceAllUsesWith(Val);
615   DeadInsts.push_back(BC);
616 }
617
618 /// FindElementAndOffset - Return the index of the element containing Offset
619 /// within the specified type, which must be either a struct or an array.
620 /// Sets T to the type of the element and Offset to the offset within that
621 /// element.  IdxTy is set to the type of the index result to be used in a
622 /// GEP instruction.
623 uint64_t SROA::FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
624                                     const Type *&IdxTy) {
625   uint64_t Idx = 0;
626   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
627     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
628     Idx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
629     T = ST->getContainedType(Idx);
630     Offset -= Layout->getElementOffset(Idx);
631     IdxTy = Type::getInt32Ty(T->getContext());
632     return Idx;
633   }
634   const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(T);
635   T = AT->getElementType();
636   uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(T);
637   Idx = Offset / EltSize;
638   Offset -= Idx * EltSize;
639   IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
640   return Idx;
641 }
642
643 /// RewriteGEP - Check if this GEP instruction moves the pointer across
644 /// elements of the alloca that are being split apart, and if so, rewrite
645 /// the GEP to be relative to the new element.
646 void SROA::RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
647                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
648   uint64_t OldOffset = Offset;
649   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
650   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
651                                  &Indices[0], Indices.size());
652
653   RewriteForScalarRepl(GEPI, AI, Offset, NewElts);
654
655   const Type *T = AI->getAllocatedType();
656   const Type *IdxTy;
657   uint64_t OldIdx = FindElementAndOffset(T, OldOffset, IdxTy);
658   if (GEPI->getOperand(0) == AI)
659     OldIdx = ~0ULL; // Force the GEP to be rewritten.
660
661   T = AI->getAllocatedType();
662   uint64_t EltOffset = Offset;
663   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
664
665   // If this GEP does not move the pointer across elements of the alloca
666   // being split, then it does not needs to be rewritten.
667   if (Idx == OldIdx)
668     return;
669
670   const Type *i32Ty = Type::getInt32Ty(AI->getContext());
671   SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
672   NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
673   while (EltOffset != 0) {
674     uint64_t EltIdx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
675     NewArgs.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, EltIdx));
676   }
677   Instruction *Val = NewElts[Idx];
678   if (NewArgs.size() > 1) {
679     Val = GetElementPtrInst::CreateInBounds(Val, NewArgs.begin(),
680                                             NewArgs.end(), "", GEPI);
681     Val->takeName(GEPI);
682   }
683   if (Val->getType() != GEPI->getType())
684     Val = new BitCastInst(Val, GEPI->getType(), Val->getName(), GEPI);
685   GEPI->replaceAllUsesWith(Val);
686   DeadInsts.push_back(GEPI);
687 }
688
689 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
690 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
691 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
692                                         AllocaInst *AI,
693                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
694   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
695   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
696   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
697   // memset, this Value* stays null.
698   Value *OtherPtr = 0;
699   LLVMContext &Context = MI->getContext();
700   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
701   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
702     if (Inst == MTI->getRawDest())
703       OtherPtr = MTI->getRawSource();
704     else {
705       assert(Inst == MTI->getRawSource());
706       OtherPtr = MTI->getRawDest();
707     }
708   }
709
710   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
711   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
712   if (OtherPtr) {
713
714     // Remove bitcasts and all-zero GEPs from OtherPtr.  This is an
715     // optimization, but it's also required to detect the corner case where
716     // both pointer operands are referencing the same memory, and where
717     // OtherPtr may be a bitcast or GEP that currently being rewritten.  (This
718     // function is only called for mem intrinsics that access the whole
719     // aggregate, so non-zero GEPs are not an issue here.)
720     while (1) {
721       if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(OtherPtr)) {
722         OtherPtr = BC->getOperand(0);
723         continue;
724       }
725       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(OtherPtr)) {
726         // All zero GEPs are effectively bitcasts.
727         if (GEP->hasAllZeroIndices()) {
728           OtherPtr = GEP->getOperand(0);
729           continue;
730         }
731       }
732       break;
733     }
734     // Copying the alloca to itself is a no-op: just delete it.
735     if (OtherPtr == AI || OtherPtr == NewElts[0]) {
736       // This code will run twice for a no-op memcpy -- once for each operand.
737       // Put only one reference to MI on the DeadInsts list.
738       for (SmallVector<Value*, 32>::const_iterator I = DeadInsts.begin(),
739              E = DeadInsts.end(); I != E; ++I)
740         if (*I == MI) return;
741       DeadInsts.push_back(MI);
742       return;
743     }
744     
745     if (ConstantExpr *BCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OtherPtr))
746       if (BCE->getOpcode() == Instruction::BitCast)
747         OtherPtr = BCE->getOperand(0);
748     
749     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
750     // type.
751     if (OtherPtr->getType() != AI->getType())
752       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, AI->getType(), OtherPtr->getName(),
753                                  MI);
754   }
755   
756   // Process each element of the aggregate.
757   Value *TheFn = MI->getOperand(0);
758   const Type *BytePtrTy = MI->getRawDest()->getType();
759   bool SROADest = MI->getRawDest() == Inst;
760   
761   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(MI->getContext()));
762
763   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
764     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
765     Value *OtherElt = 0;
766     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
767     
768     if (OtherPtr) {
769       Value *Idx[2] = { Zero,
770                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), i) };
771       OtherElt = GetElementPtrInst::CreateInBounds(OtherPtr, Idx, Idx + 2,
772                                               OtherPtr->getName()+"."+Twine(i),
773                                                    MI);
774       uint64_t EltOffset;
775       const PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
776       if (const StructType *ST =
777             dyn_cast<StructType>(OtherPtrTy->getElementType())) {
778         EltOffset = TD->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
779       } else {
780         const Type *EltTy =
781           cast<SequentialType>(OtherPtr->getType())->getElementType();
782         EltOffset = TD->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
783       }
784       
785       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
786       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
787       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
788       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
789       // known alignment is just 4 bytes.
790       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
791     }
792     
793     Value *EltPtr = NewElts[i];
794     const Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
795     
796     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
797     if (EltTy->isSingleValueType()) {
798       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
799         if (SROADest) {
800           // From Other to Alloca.
801           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
802           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
803         } else {
804           // From Alloca to Other.
805           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
806           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
807         }
808         continue;
809       }
810       assert(isa<MemSetInst>(MI));
811       
812       // If the stored element is zero (common case), just store a null
813       // constant.
814       Constant *StoreVal;
815       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getOperand(2))) {
816         if (CI->isZero()) {
817           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
818         } else {
819           // If EltTy is a vector type, get the element type.
820           const Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
821
822           // Construct an integer with the right value.
823           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
824           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
825           APInt TotalVal(OneVal);
826           // Set each byte.
827           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
828             TotalVal = TotalVal.shl(8);
829             TotalVal |= OneVal;
830           }
831           
832           // Convert the integer value to the appropriate type.
833           StoreVal = ConstantInt::get(Context, TotalVal);
834           if (isa<PointerType>(ValTy))
835             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
836           else if (ValTy->isFloatingPoint())
837             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
838           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
839           
840           // If the requested value was a vector constant, create it.
841           if (EltTy != ValTy) {
842             unsigned NumElts = cast<VectorType>(ValTy)->getNumElements();
843             SmallVector<Constant*, 16> Elts(NumElts, StoreVal);
844             StoreVal = ConstantVector::get(&Elts[0], NumElts);
845           }
846         }
847         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
848         continue;
849       }
850       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
851       // this element.
852     }
853     
854     // Cast the element pointer to BytePtrTy.
855     if (EltPtr->getType() != BytePtrTy)
856       EltPtr = new BitCastInst(EltPtr, BytePtrTy, EltPtr->getName(), MI);
857     
858     // Cast the other pointer (if we have one) to BytePtrTy. 
859     if (OtherElt && OtherElt->getType() != BytePtrTy)
860       OtherElt = new BitCastInst(OtherElt, BytePtrTy, OtherElt->getName(), MI);
861     
862     unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
863     
864     // Finally, insert the meminst for this element.
865     if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
866       Value *Ops[] = {
867         SROADest ? EltPtr : OtherElt,  // Dest ptr
868         SROADest ? OtherElt : EltPtr,  // Src ptr
869         ConstantInt::get(MI->getOperand(3)->getType(), EltSize), // Size
870         // Align
871         ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), OtherEltAlign)
872       };
873       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 4, "", MI);
874     } else {
875       assert(isa<MemSetInst>(MI));
876       Value *Ops[] = {
877         EltPtr, MI->getOperand(2),  // Dest, Value,
878         ConstantInt::get(MI->getOperand(3)->getType(), EltSize), // Size
879         Zero  // Align
880       };
881       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 4, "", MI);
882     }
883   }
884   DeadInsts.push_back(MI);
885 }
886
887 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found a store of an integer that
888 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
889 /// integer and store them individually.
890 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
891                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
892   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
893   // and store the element value to the individual alloca.
894   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
895   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
896   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
897   
898   // Handle tail padding by extending the operand
899   if (TD->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
900     SrcVal = new ZExtInst(SrcVal,
901                           IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits), 
902                           "", SI);
903
904   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
905                << '\n');
906
907   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
908   // have different ways to compute the element offset.
909   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
910     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
911     
912     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
913       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
914       const Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
915       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
916       
917       if (TD->isBigEndian())
918         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
919       
920       Value *EltVal = SrcVal;
921       if (Shift) {
922         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
923         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
924                                             "sroa.store.elt", SI);
925       }
926       
927       // Truncate down to an integer of the right size.
928       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
929       
930       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
931       if (FieldSizeBits == 0) continue;
932       
933       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
934         EltVal = new TruncInst(EltVal,
935                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits),
936                               "", SI);
937       Value *DestField = NewElts[i];
938       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
939         // Storing to an integer field of this size, just do it.
940       } else if (FieldTy->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(FieldTy)) {
941         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
942         EltVal = new BitCastInst(EltVal, FieldTy, "", SI);
943       } else {
944         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
945         DestField = new BitCastInst(DestField,
946                               PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
947                                     "", SI);
948       }
949       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
950     }
951     
952   } else {
953     const ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
954     const Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
955     uint64_t ElementOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
956     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
957
958     uint64_t Shift;
959     
960     if (TD->isBigEndian())
961       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
962     else 
963       Shift = 0;
964     
965     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
966       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
967       if (ElementSizeBits == 0) continue;
968       
969       Value *EltVal = SrcVal;
970       if (Shift) {
971         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
972         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
973                                             "sroa.store.elt", SI);
974       }
975       
976       // Truncate down to an integer of the right size.
977       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
978         EltVal = new TruncInst(EltVal, 
979                                IntegerType::get(SI->getContext(), 
980                                                 ElementSizeBits),"",SI);
981       Value *DestField = NewElts[i];
982       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
983         // Storing to an integer field of this size, just do it.
984       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(ArrayEltTy)) {
985         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
986         EltVal = new BitCastInst(EltVal, ArrayEltTy, "", SI);
987       } else {
988         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
989         DestField = new BitCastInst(DestField,
990                               PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
991                                     "", SI);
992       }
993       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
994       
995       if (TD->isBigEndian())
996         Shift -= ElementOffset;
997       else 
998         Shift += ElementOffset;
999     }
1000   }
1001   
1002   DeadInsts.push_back(SI);
1003 }
1004
1005 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found a load of the entire allocation to
1006 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
1007 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
1008                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1009   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
1010   // and form the result value.
1011   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
1012   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
1013   
1014   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
1015                << '\n');
1016   
1017   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
1018   // have different ways to compute the element offset.
1019   const StructLayout *Layout = 0;
1020   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
1021   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
1022     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
1023   } else {
1024     const Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
1025     ArrayEltBitOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
1026   }    
1027   
1028   Value *ResultVal = 
1029     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
1030   
1031   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1032     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
1033     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
1034     Value *SrcField = NewElts[i];
1035     const Type *FieldTy =
1036       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
1037     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
1038     
1039     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
1040     if (FieldSizeBits == 0) continue;
1041     
1042     const IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(), 
1043                                                      FieldSizeBits);
1044     if (!isa<IntegerType>(FieldTy) && !FieldTy->isFloatingPoint() &&
1045         !isa<VectorType>(FieldTy))
1046       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
1047                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
1048                                  "", LI);
1049     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
1050
1051     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
1052     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
1053     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
1054       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
1055
1056     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
1057     // we can shift and insert it.
1058     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
1059       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
1060     
1061     // Determine the number of bits to shift SrcField.
1062     uint64_t Shift;
1063     if (Layout) // Struct case.
1064       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
1065     else  // Array case.
1066       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
1067     
1068     if (TD->isBigEndian())
1069       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
1070     
1071     if (Shift) {
1072       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
1073       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
1074     }
1075
1076     ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
1077   }
1078
1079   // Handle tail padding by truncating the result
1080   if (TD->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
1081     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
1082
1083   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
1084   DeadInsts.push_back(LI);
1085 }
1086
1087 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
1088 /// alignment padding, false otherwise.
1089 static bool HasPadding(const Type *Ty, const TargetData &TD) {
1090   if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
1091     const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1092     unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
1093     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1094       unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
1095
1096       // Padding in sub-elements?
1097       if (HasPadding(STy->getElementType(i), TD))
1098         return true;
1099
1100       // Check to see if there is any padding between this element and the
1101       // previous one.
1102       if (i) {
1103         unsigned PrevFieldEnd =
1104         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
1105         if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
1106           return true;
1107       }
1108
1109       PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
1110     }
1111
1112     //  Check for tail padding.
1113     if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
1114       unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
1115                    TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
1116       if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
1117         return true;
1118     }
1119
1120   } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1121     return HasPadding(ATy->getElementType(), TD);
1122   } else if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1123     return HasPadding(VTy->getElementType(), TD);
1124   }
1125   return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
1126 }
1127
1128 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
1129 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
1130 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
1131 bool SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI) {
1132   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
1133   // the users are safe to transform.
1134   AllocaInfo Info;
1135   
1136   isSafeForScalarRepl(AI, AI, 0, Info);
1137   if (Info.isUnsafe) {
1138     DEBUG(dbgs() << "Cannot transform: " << *AI << '\n');
1139     return false;
1140   }
1141   
1142   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
1143   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
1144   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
1145   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
1146   // struct.
1147   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
1148       HasPadding(AI->getAllocatedType(), *TD))
1149     return false;
1150
1151   return true;
1152 }
1153
1154 /// MergeInType - Add the 'In' type to the accumulated type (Accum) so far at
1155 /// the offset specified by Offset (which is specified in bytes).
1156 ///
1157 /// There are two cases we handle here:
1158 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
1159 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
1160 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
1161 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
1162 ///   2) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
1163 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
1164 ///      and stores would mutate the memory.
1165 static void MergeInType(const Type *In, uint64_t Offset, const Type *&VecTy,
1166                         unsigned AllocaSize, const TargetData &TD,
1167                         LLVMContext &Context) {
1168   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
1169   if (VecTy != Type::getVoidTy(Context)) { // either null or a vector type.
1170
1171     // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
1172     // matches the existing VecTy.
1173     if (const VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
1174       if (VInTy->getBitWidth()/8 == AllocaSize && Offset == 0) {
1175         // If we're storing/loading a vector of the right size, allow it as a
1176         // vector.  If this the first vector we see, remember the type so that
1177         // we know the element size.
1178         if (VecTy == 0)
1179           VecTy = VInTy;
1180         return;
1181       }
1182     } else if (In->isFloatTy() || In->isDoubleTy() ||
1183                (isa<IntegerType>(In) && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
1184                 isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
1185       // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
1186       // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
1187       // compatible with it.
1188       unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
1189       if (Offset % EltSize == 0 &&
1190           AllocaSize % EltSize == 0 &&
1191           (VecTy == 0 || 
1192            cast<VectorType>(VecTy)->getElementType()
1193                  ->getPrimitiveSizeInBits()/8 == EltSize)) {
1194         if (VecTy == 0)
1195           VecTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
1196         return;
1197       }
1198     }
1199   }
1200   
1201   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
1202   // form.  We can still turn this into a large integer.
1203   VecTy = Type::getVoidTy(Context);
1204 }
1205
1206 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
1207 /// its accesses to a single vector type, return true and set VecTy to
1208 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
1209 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
1210 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
1211 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
1212 ///
1213 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
1214 /// SawVec flag.
1215 bool SROA::CanConvertToScalar(Value *V, bool &IsNotTrivial, const Type *&VecTy,
1216                               bool &SawVec, uint64_t Offset,
1217                               unsigned AllocaSize) {
1218   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1219     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1220     
1221     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1222       // Don't break volatile loads.
1223       if (LI->isVolatile())
1224         return false;
1225       MergeInType(LI->getType(), Offset, VecTy,
1226                   AllocaSize, *TD, V->getContext());
1227       SawVec |= isa<VectorType>(LI->getType());
1228       continue;
1229     }
1230     
1231     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1232       // Storing the pointer, not into the value?
1233       if (SI->getOperand(0) == V || SI->isVolatile()) return 0;
1234       MergeInType(SI->getOperand(0)->getType(), Offset,
1235                   VecTy, AllocaSize, *TD, V->getContext());
1236       SawVec |= isa<VectorType>(SI->getOperand(0)->getType());
1237       continue;
1238     }
1239     
1240     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1241       if (!CanConvertToScalar(BCI, IsNotTrivial, VecTy, SawVec, Offset,
1242                               AllocaSize))
1243         return false;
1244       IsNotTrivial = true;
1245       continue;
1246     }
1247
1248     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1249       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
1250       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
1251         return false;
1252       
1253       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
1254       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
1255       uint64_t GEPOffset = TD->getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
1256                                                 &Indices[0], Indices.size());
1257       // See if all uses can be converted.
1258       if (!CanConvertToScalar(GEP, IsNotTrivial, VecTy, SawVec,Offset+GEPOffset,
1259                               AllocaSize))
1260         return false;
1261       IsNotTrivial = true;
1262       continue;
1263     }
1264
1265     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
1266     // handle it.
1267     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
1268       // Store of constant value and constant size.
1269       if (isa<ConstantInt>(MSI->getValue()) &&
1270           isa<ConstantInt>(MSI->getLength())) {
1271         IsNotTrivial = true;
1272         continue;
1273       }
1274     }
1275
1276     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
1277     // can handle it like a load or store of the scalar type.
1278     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
1279       if (ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength()))
1280         if (Len->getZExtValue() == AllocaSize && Offset == 0) {
1281           IsNotTrivial = true;
1282           continue;
1283         }
1284     }
1285     
1286     // Otherwise, we cannot handle this!
1287     return false;
1288   }
1289   
1290   return true;
1291 }
1292
1293 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
1294 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
1295 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
1296 /// vector with insert/extractelement instructions.
1297 ///
1298 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1299 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
1300 void SROA::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset) {
1301   while (!Ptr->use_empty()) {
1302     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
1303
1304     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1305       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset);
1306       CI->eraseFromParent();
1307       continue;
1308     }
1309
1310     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1311       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
1312       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
1313       uint64_t GEPOffset = TD->getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
1314                                                 &Indices[0], Indices.size());
1315       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8);
1316       GEP->eraseFromParent();
1317       continue;
1318     }
1319     
1320     IRBuilder<> Builder(User->getParent(), User);
1321     
1322     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1323       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
1324       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "tmp");
1325       Value *NewLoadVal
1326         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset, Builder);
1327       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
1328       LI->eraseFromParent();
1329       continue;
1330     }
1331     
1332     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1333       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
1334       Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
1335       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
1336                                              Builder);
1337       Builder.CreateStore(New, NewAI);
1338       SI->eraseFromParent();
1339       
1340       // If the load we just inserted is now dead, then the inserted store
1341       // overwrote the entire thing.
1342       if (Old->use_empty())
1343         Old->eraseFromParent();
1344       continue;
1345     }
1346     
1347     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
1348     // transform it into a store of the expanded constant value.
1349     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
1350       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
1351       unsigned NumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
1352       if (NumBytes != 0) {
1353         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
1354         
1355         // Compute the value replicated the right number of times.
1356         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
1357
1358         // Splat the value if non-zero.
1359         if (Val)
1360           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
1361             APVal |= APVal << 8;
1362         
1363         Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
1364         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
1365                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
1366                                                Old, Offset, Builder);
1367         Builder.CreateStore(New, NewAI);
1368         
1369         // If the load we just inserted is now dead, then the memset overwrote
1370         // the entire thing.
1371         if (Old->use_empty())
1372           Old->eraseFromParent();        
1373       }
1374       MSI->eraseFromParent();
1375       continue;
1376     }
1377
1378     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
1379     // can handle it like a load or store of the scalar type.
1380     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
1381       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
1382       
1383       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
1384       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
1385       // as appropriate.
1386       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(Ptr->getUnderlyingObject(0));
1387       
1388       if (MTI->getSource()->getUnderlyingObject(0) != OrigAI) {
1389         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
1390         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
1391         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
1392         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
1393         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, NewAI->getType());
1394         
1395         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
1396         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
1397         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
1398       } else if (MTI->getDest()->getUnderlyingObject(0) != OrigAI) {
1399         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
1400         // through the original dest pointer (bitcasted).
1401         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
1402         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
1403
1404         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), NewAI->getType());
1405         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
1406         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
1407       } else {
1408         // Noop transfer. Src == Dst
1409       }
1410
1411       MTI->eraseFromParent();
1412       continue;
1413     }
1414     
1415     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
1416   }
1417 }
1418
1419 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
1420 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
1421 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
1422 ///
1423 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
1424 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
1425 /// insert/extractelement instructions.
1426 ///
1427 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1428 /// shifted to the right.
1429 Value *SROA::ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, const Type *ToType,
1430                                         uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
1431   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
1432   if (FromVal->getType() == ToType && Offset == 0)
1433     return FromVal;
1434
1435   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
1436   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
1437   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromVal->getType())) {
1438     if (isa<VectorType>(ToType))
1439       return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
1440
1441     // Otherwise it must be an element access.
1442     unsigned Elt = 0;
1443     if (Offset) {
1444       unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
1445       Elt = Offset/EltSize;
1446       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
1447     }
1448     // Return the element extracted out of it.
1449     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, ConstantInt::get(
1450                     Type::getInt32Ty(FromVal->getContext()), Elt), "tmp");
1451     if (V->getType() != ToType)
1452       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType, "tmp");
1453     return V;
1454   }
1455   
1456   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
1457   // use insertvalue's to form the FCA.
1458   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
1459     const StructLayout &Layout = *TD->getStructLayout(ST);
1460     Value *Res = UndefValue::get(ST);
1461     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
1462       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
1463                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
1464                                               Builder);
1465       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
1466     }
1467     return Res;
1468   }
1469   
1470   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
1471     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
1472     Value *Res = UndefValue::get(AT);
1473     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1474       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
1475                                               Offset+i*EltSize, Builder);
1476       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
1477     }
1478     return Res;
1479   }
1480
1481   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
1482   const IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
1483
1484   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
1485   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1486   int ShAmt = 0;
1487   if (TD->isBigEndian()) {
1488     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1489     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1490     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1491     ShAmt = TD->getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
1492             TD->getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
1493   } else {
1494     ShAmt = Offset;
1495   }
1496
1497   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
1498   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
1499   // only some bits are used.
1500   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
1501     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
1502                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(),
1503                                                            ShAmt), "tmp");
1504   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
1505     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal, 
1506                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(),
1507                                                           -ShAmt), "tmp");
1508
1509   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
1510   unsigned LIBitWidth = TD->getTypeSizeInBits(ToType);
1511   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
1512     FromVal =
1513       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(), 
1514                                                     LIBitWidth), "tmp");
1515   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
1516     FromVal =
1517        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(), 
1518                                                     LIBitWidth), "tmp");
1519
1520   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
1521   if (isa<IntegerType>(ToType)) {
1522     // Should be done.
1523   } else if (ToType->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(ToType)) {
1524     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
1525     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
1526   } else {
1527     // Otherwise must be a pointer.
1528     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType, "tmp");
1529   }
1530   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
1531   return FromVal;
1532 }
1533
1534 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
1535 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
1536 ///
1537 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
1538 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
1539 /// vector with insert/extractelement instructions.
1540 ///
1541 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1542 /// shifted to the right.
1543 Value *SROA::ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
1544                                        uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
1545
1546   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
1547   // then 'or' into place.
1548   const Type *AllocaType = Old->getType();
1549   LLVMContext &Context = Old->getContext();
1550
1551   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
1552     uint64_t VecSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy);
1553     uint64_t ValSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
1554     
1555     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
1556     // vector type?
1557     if (ValSize == VecSize)
1558       return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType, "tmp");
1559
1560     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
1561
1562     // Must be an element insertion.
1563     unsigned Elt = Offset/EltSize;
1564     
1565     if (SV->getType() != VTy->getElementType())
1566       SV = Builder.CreateBitCast(SV, VTy->getElementType(), "tmp");
1567     
1568     SV = Builder.CreateInsertElement(Old, SV, 
1569                      ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(SV->getContext()), Elt),
1570                                      "tmp");
1571     return SV;
1572   }
1573   
1574   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
1575   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
1576     const StructLayout &Layout = *TD->getStructLayout(ST);
1577     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
1578       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
1579       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, 
1580                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
1581                                       Builder);
1582     }
1583     return Old;
1584   }
1585   
1586   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
1587     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
1588     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1589       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
1590       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, Builder);
1591     }
1592     return Old;
1593   }
1594
1595   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
1596   // If it is a pointer, do the same.
1597   unsigned SrcWidth = TD->getTypeSizeInBits(SV->getType());
1598   unsigned DestWidth = TD->getTypeSizeInBits(AllocaType);
1599   unsigned SrcStoreWidth = TD->getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
1600   unsigned DestStoreWidth = TD->getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
1601   if (SV->getType()->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(SV->getType()))
1602     SV = Builder.CreateBitCast(SV,
1603                             IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth), "tmp");
1604   else if (isa<PointerType>(SV->getType()))
1605     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, TD->getIntPtrType(SV->getContext()), "tmp");
1606
1607   // Zero extend or truncate the value if needed.
1608   if (SV->getType() != AllocaType) {
1609     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1610              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
1611       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType, "tmp");
1612     else {
1613       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
1614       // (undefined behavior).
1615       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType, "tmp");
1616       SrcWidth = DestWidth;
1617       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
1618     }
1619   }
1620
1621   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
1622   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1623   int ShAmt = 0;
1624   if (TD->isBigEndian()) {
1625     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1626     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1627     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1628     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
1629   } else {
1630     ShAmt = Offset;
1631   }
1632
1633   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
1634   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
1635   // only some bits in the structure are set.
1636   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
1637   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
1638     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1639                            ShAmt), "tmp");
1640     Mask <<= ShAmt;
1641   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
1642     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1643                             -ShAmt), "tmp");
1644     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
1645   }
1646
1647   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
1648   // in the new bits.
1649   if (SrcWidth != DestWidth) {
1650     assert(DestWidth > SrcWidth);
1651     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
1652     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
1653   }
1654   return SV;
1655 }
1656
1657
1658
1659 /// PointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
1660 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
1661 /// constant expressions because we don't can't rewrite arbitrary instructions.
1662 static bool PointsToConstantGlobal(Value *V) {
1663   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
1664     return GV->isConstant();
1665   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
1666     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast || 
1667         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
1668       return PointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
1669   return false;
1670 }
1671
1672 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
1673 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
1674 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
1675 /// track of whether it moves the pointer (with isOffset) but otherwise traverse
1676 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
1677 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant  global, we
1678 /// can optimize this.
1679 static bool isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, Instruction *&TheCopy,
1680                                            bool isOffset) {
1681   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1682     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI))
1683       // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
1684       if (!LI->isVolatile())
1685         continue;
1686     
1687     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(*UI)) {
1688       // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
1689       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(BCI, TheCopy, isOffset))
1690         return false;
1691       continue;
1692     }
1693     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*UI)) {
1694       // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer.  If it
1695       // doesn't, it does.
1696       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(GEP, TheCopy,
1697                                          isOffset || !GEP->hasAllZeroIndices()))
1698         return false;
1699       continue;
1700     }
1701     
1702     // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
1703     // handle.
1704     if (!isa<MemTransferInst>(*UI))
1705       return false;
1706
1707     // If we already have seen a copy, reject the second one.
1708     if (TheCopy) return false;
1709     
1710     // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
1711     // safely handle this.
1712     if (isOffset) return false;
1713
1714     // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
1715     if (UI.getOperandNo() != 1) return false;
1716     
1717     MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(*UI);
1718     
1719     // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
1720     if (!PointsToConstantGlobal(MI->getOperand(2)))
1721       return false;
1722     
1723     // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
1724     TheCopy = MI;
1725   }
1726   return true;
1727 }
1728
1729 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
1730 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
1731 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
1732 Instruction *SROA::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI) {
1733   Instruction *TheCopy = 0;
1734   if (::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, false))
1735     return TheCopy;
1736   return 0;
1737 }