Use do+while instead of while for loops which obviously have a
[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       /// needsCleanup - This is set to true if there is some use of the alloca
89       /// that requires cleanup.
90       bool needsCleanup : 1;
91       
92       /// isMemCpySrc - This is true if this aggregate is memcpy'd from.
93       bool isMemCpySrc : 1;
94
95       /// isMemCpyDst - This is true if this aggregate is memcpy'd into.
96       bool isMemCpyDst : 1;
97
98       AllocaInfo()
99         : isUnsafe(false), needsCleanup(false), 
100           isMemCpySrc(false), isMemCpyDst(false) {}
101     };
102     
103     unsigned SRThreshold;
104
105     void MarkUnsafe(AllocaInfo &I) { I.isUnsafe = true; }
106
107     int isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI);
108
109     void isSafeForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
110                              AllocaInfo &Info);
111     void isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t &Offset,
112                    AllocaInfo &Info);
113     void isSafeMemAccess(AllocaInst *AI, uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
114                          const Type *MemOpType, bool isStore, AllocaInfo &Info);
115     bool TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size);
116     uint64_t FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
117                                   const Type *&IdxTy);
118     
119     void DoScalarReplacement(AllocaInst *AI, 
120                              std::vector<AllocaInst*> &WorkList);
121     void DeleteDeadInstructions();
122     void CleanupAllocaUsers(Value *V);
123     AllocaInst *AddNewAlloca(Function &F, const Type *Ty, AllocaInst *Base);
124     
125     void RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
126                               SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
127     void RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
128                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
129     void RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
130                     SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
131     void RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
132                                       AllocaInst *AI,
133                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
134     void RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
135                                        SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
136     void RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
137                                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts);
138     
139     bool CanConvertToScalar(Value *V, bool &IsNotTrivial, const Type *&VecTy,
140                             bool &SawVec, uint64_t Offset, unsigned AllocaSize);
141     void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset);
142     Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, const Type *ToType,
143                                      uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
144     Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
145                                      uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
146     static Instruction *isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI);
147   };
148 }
149
150 char SROA::ID = 0;
151 static RegisterPass<SROA> X("scalarrepl", "Scalar Replacement of Aggregates");
152
153 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
154 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(signed int Threshold) { 
155   return new SROA(Threshold);
156 }
157
158
159 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
160   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
161
162   bool Changed = performPromotion(F);
163
164   // FIXME: ScalarRepl currently depends on TargetData more than it
165   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
166   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
167   // scalar-replacement portion of this pass.
168   if (!TD) return Changed;
169
170   while (1) {
171     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
172     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
173     Changed = true;
174     LocalChange = performPromotion(F);
175     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
176   }
177
178   return Changed;
179 }
180
181
182 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
183   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
184   DominatorTree         &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
185   DominanceFrontier &DF = getAnalysis<DominanceFrontier>();
186
187   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
188
189   bool Changed = false;
190
191   while (1) {
192     Allocas.clear();
193
194     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
195     // the entry node
196     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
197       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
198         if (isAllocaPromotable(AI))
199           Allocas.push_back(AI);
200
201     if (Allocas.empty()) break;
202
203     PromoteMemToReg(Allocas, DT, DF);
204     NumPromoted += Allocas.size();
205     Changed = true;
206   }
207
208   return Changed;
209 }
210
211 /// getNumSAElements - Return the number of elements in the specific struct or
212 /// array.
213 static uint64_t getNumSAElements(const Type *T) {
214   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
215     return ST->getNumElements();
216   return cast<ArrayType>(T)->getNumElements();
217 }
218
219 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
220 // which runs on all of the malloc/alloca instructions in the function, removing
221 // them if they are only used by getelementptr instructions.
222 //
223 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
224   std::vector<AllocaInst*> WorkList;
225
226   // Scan the entry basic block, adding any alloca's and mallocs to the worklist
227   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
228   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
229     if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(I))
230       WorkList.push_back(A);
231
232   // Process the worklist
233   bool Changed = false;
234   while (!WorkList.empty()) {
235     AllocaInst *AI = WorkList.back();
236     WorkList.pop_back();
237     
238     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
239     // with unused elements.
240     if (AI->use_empty()) {
241       AI->eraseFromParent();
242       continue;
243     }
244
245     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
246     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
247       continue;
248     
249     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
250     // a constant global.  If this is the case, we can change all users to use
251     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
252     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
253     // is only subsequently read.
254     if (Instruction *TheCopy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI)) {
255       DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << *AI << '\n');
256       DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *TheCopy << '\n');
257       Constant *TheSrc = cast<Constant>(TheCopy->getOperand(2));
258       AI->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(TheSrc, AI->getType()));
259       TheCopy->eraseFromParent();  // Don't mutate the global.
260       AI->eraseFromParent();
261       ++NumGlobals;
262       Changed = true;
263       continue;
264     }
265     
266     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
267     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
268     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
269     // value cannot be decomposed at all.
270     uint64_t AllocaSize = TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
271
272     // Do not promote [0 x %struct].
273     if (AllocaSize == 0) continue;
274
275     // Do not promote any struct whose size is too big.
276     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
277
278     if ((isa<StructType>(AI->getAllocatedType()) ||
279          isa<ArrayType>(AI->getAllocatedType())) &&
280         // Do not promote any struct into more than "32" separate vars.
281         getNumSAElements(AI->getAllocatedType()) <= SRThreshold/4) {
282       // Check that all of the users of the allocation are capable of being
283       // transformed.
284       switch (isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
285       default: llvm_unreachable("Unexpected value!");
286       case 0:  // Not safe to scalar replace.
287         break;
288       case 1:  // Safe, but requires cleanup/canonicalizations first
289         CleanupAllocaUsers(AI);
290         // FALL THROUGH.
291       case 3:  // Safe to scalar replace.
292         DoScalarReplacement(AI, WorkList);
293         Changed = true;
294         continue;
295       }
296     }
297
298     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
299     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
300     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
301     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
302     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
303     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
304     bool IsNotTrivial = false;
305     const Type *VectorTy = 0;
306     bool HadAVector = false;
307     if (CanConvertToScalar(AI, IsNotTrivial, VectorTy, HadAVector, 
308                            0, unsigned(AllocaSize)) && IsNotTrivial) {
309       AllocaInst *NewAI;
310       // If we were able to find a vector type that can handle this with
311       // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
312       // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
313       // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
314       // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
315       // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
316       if (VectorTy && isa<VectorType>(VectorTy) && HadAVector) {
317         DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "\n  TYPE = "
318                      << *VectorTy << '\n');
319         
320         // Create and insert the vector alloca.
321         NewAI = new AllocaInst(VectorTy, 0, "",  AI->getParent()->begin());
322         ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
323       } else {
324         DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n");
325         
326         // Create and insert the integer alloca.
327         const Type *NewTy = IntegerType::get(AI->getContext(), AllocaSize*8);
328         NewAI = new AllocaInst(NewTy, 0, "", AI->getParent()->begin());
329         ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
330       }
331       NewAI->takeName(AI);
332       AI->eraseFromParent();
333       ++NumConverted;
334       Changed = true;
335       continue;
336     }
337     
338     // Otherwise, couldn't process this alloca.
339   }
340
341   return Changed;
342 }
343
344 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
345 /// predicate, do SROA now.
346 void SROA::DoScalarReplacement(AllocaInst *AI, 
347                                std::vector<AllocaInst*> &WorkList) {
348   DEBUG(dbgs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
349   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
350   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
351     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
352     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
353       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0, 
354                                       AI->getAlignment(),
355                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
356       ElementAllocas.push_back(NA);
357       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
358     }
359   } else {
360     const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
361     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
362     const Type *ElTy = AT->getElementType();
363     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
364       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, AI->getAlignment(),
365                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
366       ElementAllocas.push_back(NA);
367       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
368     }
369   }
370
371   // Now that we have created the new alloca instructions, rewrite all the
372   // uses of the old alloca.
373   RewriteForScalarRepl(AI, AI, 0, ElementAllocas);
374
375   // Now erase any instructions that were made dead while rewriting the alloca.
376   DeleteDeadInstructions();
377   AI->eraseFromParent();
378
379   NumReplaced++;
380 }
381
382 /// DeleteDeadInstructions - Erase instructions on the DeadInstrs list,
383 /// recursively including all their operands that become trivially dead.
384 void SROA::DeleteDeadInstructions() {
385   while (!DeadInsts.empty()) {
386     Instruction *I = cast<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
387
388     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
389       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
390         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
391         // (But, don't add allocas to the dead instruction list -- they are
392         // already on the worklist and will be deleted separately.)
393         *OI = 0;
394         if (isInstructionTriviallyDead(U) && !isa<AllocaInst>(U))
395           DeadInsts.push_back(U);
396       }
397
398     I->eraseFromParent();
399   }
400 }
401     
402 /// isSafeForScalarRepl - Check if instruction I is a safe use with regard to
403 /// performing scalar replacement of alloca AI.  The results are flagged in
404 /// the Info parameter.  Offset indicates the position within AI that is
405 /// referenced by this instruction.
406 void SROA::isSafeForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
407                                AllocaInfo &Info) {
408   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
409     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
410
411     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
412       isSafeForScalarRepl(BC, AI, Offset, Info);
413     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
414       uint64_t GEPOffset = Offset;
415       isSafeGEP(GEPI, AI, GEPOffset, Info);
416       if (!Info.isUnsafe)
417         isSafeForScalarRepl(GEPI, AI, GEPOffset, Info);
418     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(UI)) {
419       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
420       if (Length)
421         isSafeMemAccess(AI, Offset, Length->getZExtValue(), 0,
422                         UI.getOperandNo() == 1, Info);
423       else
424         MarkUnsafe(Info);
425     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
426       if (!LI->isVolatile()) {
427         const Type *LIType = LI->getType();
428         isSafeMemAccess(AI, Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
429                         LIType, false, Info);
430       } else
431         MarkUnsafe(Info);
432     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
433       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
434       if (!SI->isVolatile() && SI->getOperand(0) != I) {
435         const Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
436         isSafeMemAccess(AI, Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
437                         SIType, true, Info);
438       } else
439         MarkUnsafe(Info);
440     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(UI)) {
441       // If one user is DbgInfoIntrinsic then check if all users are
442       // DbgInfoIntrinsics.
443       if (OnlyUsedByDbgInfoIntrinsics(I)) {
444         Info.needsCleanup = true;
445         return;
446       }
447       MarkUnsafe(Info);
448     } else {
449       DEBUG(errs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
450       MarkUnsafe(Info);
451     }
452     if (Info.isUnsafe) return;
453   }
454 }
455
456 /// isSafeGEP - Check if a GEP instruction can be handled for scalar
457 /// replacement.  It is safe when all the indices are constant, in-bounds
458 /// references, and when the resulting offset corresponds to an element within
459 /// the alloca type.  The results are flagged in the Info parameter.  Upon
460 /// return, Offset is adjusted as specified by the GEP indices.
461 void SROA::isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI,
462                      uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info) {
463   gep_type_iterator GEPIt = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
464   if (GEPIt == E)
465     return;
466
467   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
468   // into.
469   for (; GEPIt != E; ++GEPIt) {
470     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
471     if (isa<StructType>(*GEPIt))
472       continue;
473
474     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand());
475     if (!IdxVal)
476       return MarkUnsafe(Info);
477   }
478
479   // Compute the offset due to this GEP and check if the alloca has a
480   // component element at that offset.
481   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
482   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
483                                  &Indices[0], Indices.size());
484   if (!TypeHasComponent(AI->getAllocatedType(), Offset, 0))
485     MarkUnsafe(Info);
486 }
487
488 /// isSafeMemAccess - Check if a load/store/memcpy operates on the entire AI
489 /// alloca or has an offset and size that corresponds to a component element
490 /// within it.  The offset checked here may have been formed from a GEP with a
491 /// pointer bitcasted to a different type.
492 void SROA::isSafeMemAccess(AllocaInst *AI, uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
493                            const Type *MemOpType, bool isStore,
494                            AllocaInfo &Info) {
495   // Check if this is a load/store of the entire alloca.
496   if (Offset == 0 && MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
497     bool UsesAggregateType = (MemOpType == AI->getAllocatedType());
498     // This is safe for MemIntrinsics (where MemOpType is 0), integer types
499     // (which are essentially the same as the MemIntrinsics, especially with
500     // regard to copying padding between elements), or references using the
501     // aggregate type of the alloca.
502     if (!MemOpType || isa<IntegerType>(MemOpType) || UsesAggregateType) {
503       if (!UsesAggregateType) {
504         if (isStore)
505           Info.isMemCpyDst = true;
506         else
507           Info.isMemCpySrc = true;
508       }
509       return;
510     }
511   }
512   // Check if the offset/size correspond to a component within the alloca type.
513   const Type *T = AI->getAllocatedType();
514   if (TypeHasComponent(T, Offset, MemSize))
515     return;
516
517   return MarkUnsafe(Info);
518 }
519
520 /// TypeHasComponent - Return true if T has a component type with the
521 /// specified offset and size.  If Size is zero, do not check the size.
522 bool SROA::TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
523   const Type *EltTy;
524   uint64_t EltSize;
525   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
526     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
527     unsigned EltIdx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
528     EltTy = ST->getContainedType(EltIdx);
529     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
530     Offset -= Layout->getElementOffset(EltIdx);
531   } else if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
532     EltTy = AT->getElementType();
533     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
534     if (Offset >= AT->getNumElements() * EltSize)
535       return false;
536     Offset %= EltSize;
537   } else {
538     return false;
539   }
540   if (Offset == 0 && (Size == 0 || EltSize == Size))
541     return true;
542   // Check if the component spans multiple elements.
543   if (Offset + Size > EltSize)
544     return false;
545   return TypeHasComponent(EltTy, Offset, Size);
546 }
547
548 /// RewriteForScalarRepl - Alloca AI is being split into NewElts, so rewrite
549 /// the instruction I, which references it, to use the separate elements.
550 /// Offset indicates the position within AI that is referenced by this
551 /// instruction.
552 void SROA::RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
553                                 SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
554   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
555     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
556
557     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
558       RewriteBitCast(BC, AI, Offset, NewElts);
559     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
560       RewriteGEP(GEPI, AI, Offset, NewElts);
561     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
562       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
563       uint64_t MemSize = Length->getZExtValue();
564       if (Offset == 0 &&
565           MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()))
566         RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, I, AI, NewElts);
567       // Otherwise the intrinsic can only touch a single element and the
568       // address operand will be updated, so nothing else needs to be done.
569     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
570       const Type *LIType = LI->getType();
571       if (LIType == AI->getAllocatedType()) {
572         // Replace:
573         //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
574         // with:
575         //   %load.0 = load i32* %alloc.0
576         //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
577         //   %load.1 = load i32* %alloc.1
578         //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
579         // (Also works for arrays instead of structs)
580         Value *Insert = UndefValue::get(LIType);
581         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
582           Value *Load = new LoadInst(NewElts[i], "load", LI);
583           Insert = InsertValueInst::Create(Insert, Load, i, "insert", LI);
584         }
585         LI->replaceAllUsesWith(Insert);
586         DeadInsts.push_back(LI);
587       } else if (isa<IntegerType>(LIType) &&
588                  TD->getTypeAllocSize(LIType) ==
589                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
590         // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
591         RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
592       }
593     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
594       Value *Val = SI->getOperand(0);
595       const Type *SIType = Val->getType();
596       if (SIType == AI->getAllocatedType()) {
597         // Replace:
598         //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
599         // with:
600         //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
601         //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
602         //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
603         //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
604         // (Also works for arrays instead of structs)
605         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
606           Value *Extract = ExtractValueInst::Create(Val, i, Val->getName(), SI);
607           new StoreInst(Extract, NewElts[i], SI);
608         }
609         DeadInsts.push_back(SI);
610       } else if (isa<IntegerType>(SIType) &&
611                  TD->getTypeAllocSize(SIType) ==
612                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
613         // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
614         RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
615       }
616     }
617   }
618 }
619
620 /// RewriteBitCast - Update a bitcast reference to the alloca being replaced
621 /// and recursively continue updating all of its uses.
622 void SROA::RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
623                           SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
624   RewriteForScalarRepl(BC, AI, Offset, NewElts);
625   if (BC->getOperand(0) != AI)
626     return;
627
628   // The bitcast references the original alloca.  Replace its uses with
629   // references to the first new element alloca.
630   Instruction *Val = NewElts[0];
631   if (Val->getType() != BC->getDestTy()) {
632     Val = new BitCastInst(Val, BC->getDestTy(), "", BC);
633     Val->takeName(BC);
634   }
635   BC->replaceAllUsesWith(Val);
636   DeadInsts.push_back(BC);
637 }
638
639 /// FindElementAndOffset - Return the index of the element containing Offset
640 /// within the specified type, which must be either a struct or an array.
641 /// Sets T to the type of the element and Offset to the offset within that
642 /// element.  IdxTy is set to the type of the index result to be used in a
643 /// GEP instruction.
644 uint64_t SROA::FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
645                                     const Type *&IdxTy) {
646   uint64_t Idx = 0;
647   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
648     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
649     Idx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
650     T = ST->getContainedType(Idx);
651     Offset -= Layout->getElementOffset(Idx);
652     IdxTy = Type::getInt32Ty(T->getContext());
653     return Idx;
654   }
655   const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(T);
656   T = AT->getElementType();
657   uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(T);
658   Idx = Offset / EltSize;
659   Offset -= Idx * EltSize;
660   IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
661   return Idx;
662 }
663
664 /// RewriteGEP - Check if this GEP instruction moves the pointer across
665 /// elements of the alloca that are being split apart, and if so, rewrite
666 /// the GEP to be relative to the new element.
667 void SROA::RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
668                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
669   uint64_t OldOffset = Offset;
670   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
671   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
672                                  &Indices[0], Indices.size());
673
674   RewriteForScalarRepl(GEPI, AI, Offset, NewElts);
675
676   const Type *T = AI->getAllocatedType();
677   const Type *IdxTy;
678   uint64_t OldIdx = FindElementAndOffset(T, OldOffset, IdxTy);
679   if (GEPI->getOperand(0) == AI)
680     OldIdx = ~0ULL; // Force the GEP to be rewritten.
681
682   T = AI->getAllocatedType();
683   uint64_t EltOffset = Offset;
684   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
685
686   // If this GEP does not move the pointer across elements of the alloca
687   // being split, then it does not needs to be rewritten.
688   if (Idx == OldIdx)
689     return;
690
691   const Type *i32Ty = Type::getInt32Ty(AI->getContext());
692   SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
693   NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
694   while (EltOffset != 0) {
695     uint64_t EltIdx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
696     NewArgs.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, EltIdx));
697   }
698   Instruction *Val = NewElts[Idx];
699   if (NewArgs.size() > 1) {
700     Val = GetElementPtrInst::CreateInBounds(Val, NewArgs.begin(),
701                                             NewArgs.end(), "", GEPI);
702     Val->takeName(GEPI);
703   }
704   if (Val->getType() != GEPI->getType())
705     Val = new BitCastInst(Val, GEPI->getType(), Val->getNameStr(), GEPI);
706   GEPI->replaceAllUsesWith(Val);
707   DeadInsts.push_back(GEPI);
708 }
709
710 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
711 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
712 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
713                                         AllocaInst *AI,
714                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
715   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
716   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
717   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
718   // memset, this Value* stays null.
719   Value *OtherPtr = 0;
720   LLVMContext &Context = MI->getContext();
721   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
722   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
723     if (Inst == MTI->getRawDest())
724       OtherPtr = MTI->getRawSource();
725     else {
726       assert(Inst == MTI->getRawSource());
727       OtherPtr = MTI->getRawDest();
728     }
729   }
730
731   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
732   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
733   if (OtherPtr) {
734
735     // Remove bitcasts and all-zero GEPs from OtherPtr.  This is an
736     // optimization, but it's also required to detect the corner case where
737     // both pointer operands are referencing the same memory, and where
738     // OtherPtr may be a bitcast or GEP that currently being rewritten.  (This
739     // function is only called for mem intrinsics that access the whole
740     // aggregate, so non-zero GEPs are not an issue here.)
741     while (1) {
742       if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(OtherPtr)) {
743         OtherPtr = BC->getOperand(0);
744         continue;
745       }
746       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(OtherPtr)) {
747         // All zero GEPs are effectively bitcasts.
748         if (GEP->hasAllZeroIndices()) {
749           OtherPtr = GEP->getOperand(0);
750           continue;
751         }
752       }
753       break;
754     }
755     // If OtherPtr has already been rewritten, this intrinsic will be dead.
756     if (OtherPtr == NewElts[0])
757       return;
758     
759     if (ConstantExpr *BCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OtherPtr))
760       if (BCE->getOpcode() == Instruction::BitCast)
761         OtherPtr = BCE->getOperand(0);
762     
763     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
764     // type.
765     if (OtherPtr->getType() != AI->getType())
766       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, AI->getType(), OtherPtr->getName(),
767                                  MI);
768   }
769   
770   // Process each element of the aggregate.
771   Value *TheFn = MI->getOperand(0);
772   const Type *BytePtrTy = MI->getRawDest()->getType();
773   bool SROADest = MI->getRawDest() == Inst;
774   
775   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(MI->getContext()));
776
777   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
778     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
779     Value *OtherElt = 0;
780     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
781     
782     if (OtherPtr == AI) {
783       OtherElt = NewElts[i];
784       OtherEltAlign = 0;
785     } else if (OtherPtr) {
786       Value *Idx[2] = { Zero,
787                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), i) };
788       OtherElt = GetElementPtrInst::CreateInBounds(OtherPtr, Idx, Idx + 2,
789                                            OtherPtr->getNameStr()+"."+Twine(i),
790                                                    MI);
791       uint64_t EltOffset;
792       const PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
793       if (const StructType *ST =
794             dyn_cast<StructType>(OtherPtrTy->getElementType())) {
795         EltOffset = TD->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
796       } else {
797         const Type *EltTy =
798           cast<SequentialType>(OtherPtr->getType())->getElementType();
799         EltOffset = TD->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
800       }
801       
802       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
803       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
804       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
805       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
806       // known alignment is just 4 bytes.
807       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
808     }
809     
810     Value *EltPtr = NewElts[i];
811     const Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
812     
813     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
814     if (EltTy->isSingleValueType()) {
815       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
816         if (SROADest) {
817           // From Other to Alloca.
818           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
819           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
820         } else {
821           // From Alloca to Other.
822           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
823           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
824         }
825         continue;
826       }
827       assert(isa<MemSetInst>(MI));
828       
829       // If the stored element is zero (common case), just store a null
830       // constant.
831       Constant *StoreVal;
832       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getOperand(2))) {
833         if (CI->isZero()) {
834           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
835         } else {
836           // If EltTy is a vector type, get the element type.
837           const Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
838
839           // Construct an integer with the right value.
840           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
841           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
842           APInt TotalVal(OneVal);
843           // Set each byte.
844           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
845             TotalVal = TotalVal.shl(8);
846             TotalVal |= OneVal;
847           }
848           
849           // Convert the integer value to the appropriate type.
850           StoreVal = ConstantInt::get(Context, TotalVal);
851           if (isa<PointerType>(ValTy))
852             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
853           else if (ValTy->isFloatingPoint())
854             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
855           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
856           
857           // If the requested value was a vector constant, create it.
858           if (EltTy != ValTy) {
859             unsigned NumElts = cast<VectorType>(ValTy)->getNumElements();
860             SmallVector<Constant*, 16> Elts(NumElts, StoreVal);
861             StoreVal = ConstantVector::get(&Elts[0], NumElts);
862           }
863         }
864         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
865         continue;
866       }
867       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
868       // this element.
869     }
870     
871     // Cast the element pointer to BytePtrTy.
872     if (EltPtr->getType() != BytePtrTy)
873       EltPtr = new BitCastInst(EltPtr, BytePtrTy, EltPtr->getNameStr(), MI);
874     
875     // Cast the other pointer (if we have one) to BytePtrTy. 
876     if (OtherElt && OtherElt->getType() != BytePtrTy)
877       OtherElt = new BitCastInst(OtherElt, BytePtrTy,OtherElt->getNameStr(),
878                                  MI);
879     
880     unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
881     
882     // Finally, insert the meminst for this element.
883     if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
884       Value *Ops[] = {
885         SROADest ? EltPtr : OtherElt,  // Dest ptr
886         SROADest ? OtherElt : EltPtr,  // Src ptr
887         ConstantInt::get(MI->getOperand(3)->getType(), EltSize), // Size
888         // Align
889         ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), OtherEltAlign)
890       };
891       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 4, "", MI);
892     } else {
893       assert(isa<MemSetInst>(MI));
894       Value *Ops[] = {
895         EltPtr, MI->getOperand(2),  // Dest, Value,
896         ConstantInt::get(MI->getOperand(3)->getType(), EltSize), // Size
897         Zero  // Align
898       };
899       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 4, "", MI);
900     }
901   }
902   DeadInsts.push_back(MI);
903 }
904
905 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found a store of an integer that
906 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
907 /// integer and store them individually.
908 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
909                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
910   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
911   // and store the element value to the individual alloca.
912   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
913   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
914   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
915   
916   // Handle tail padding by extending the operand
917   if (TD->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
918     SrcVal = new ZExtInst(SrcVal,
919                           IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits), 
920                           "", SI);
921
922   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
923                << '\n');
924
925   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
926   // have different ways to compute the element offset.
927   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
928     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
929     
930     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
931       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
932       const Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
933       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
934       
935       if (TD->isBigEndian())
936         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
937       
938       Value *EltVal = SrcVal;
939       if (Shift) {
940         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
941         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
942                                             "sroa.store.elt", SI);
943       }
944       
945       // Truncate down to an integer of the right size.
946       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
947       
948       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
949       if (FieldSizeBits == 0) continue;
950       
951       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
952         EltVal = new TruncInst(EltVal,
953                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits),
954                               "", SI);
955       Value *DestField = NewElts[i];
956       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
957         // Storing to an integer field of this size, just do it.
958       } else if (FieldTy->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(FieldTy)) {
959         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
960         EltVal = new BitCastInst(EltVal, FieldTy, "", SI);
961       } else {
962         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
963         DestField = new BitCastInst(DestField,
964                               PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
965                                     "", SI);
966       }
967       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
968     }
969     
970   } else {
971     const ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
972     const Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
973     uint64_t ElementOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
974     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
975
976     uint64_t Shift;
977     
978     if (TD->isBigEndian())
979       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
980     else 
981       Shift = 0;
982     
983     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
984       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
985       if (ElementSizeBits == 0) continue;
986       
987       Value *EltVal = SrcVal;
988       if (Shift) {
989         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
990         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
991                                             "sroa.store.elt", SI);
992       }
993       
994       // Truncate down to an integer of the right size.
995       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
996         EltVal = new TruncInst(EltVal, 
997                                IntegerType::get(SI->getContext(), 
998                                                 ElementSizeBits),"",SI);
999       Value *DestField = NewElts[i];
1000       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
1001         // Storing to an integer field of this size, just do it.
1002       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(ArrayEltTy)) {
1003         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
1004         EltVal = new BitCastInst(EltVal, ArrayEltTy, "", SI);
1005       } else {
1006         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
1007         DestField = new BitCastInst(DestField,
1008                               PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
1009                                     "", SI);
1010       }
1011       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
1012       
1013       if (TD->isBigEndian())
1014         Shift -= ElementOffset;
1015       else 
1016         Shift += ElementOffset;
1017     }
1018   }
1019   
1020   DeadInsts.push_back(SI);
1021 }
1022
1023 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found a load of the entire allocation to
1024 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
1025 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
1026                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1027   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
1028   // and form the result value.
1029   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
1030   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
1031   
1032   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
1033                << '\n');
1034   
1035   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
1036   // have different ways to compute the element offset.
1037   const StructLayout *Layout = 0;
1038   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
1039   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
1040     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
1041   } else {
1042     const Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
1043     ArrayEltBitOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
1044   }    
1045   
1046   Value *ResultVal = 
1047     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
1048   
1049   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1050     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
1051     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
1052     Value *SrcField = NewElts[i];
1053     const Type *FieldTy =
1054       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
1055     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
1056     
1057     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
1058     if (FieldSizeBits == 0) continue;
1059     
1060     const IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(), 
1061                                                      FieldSizeBits);
1062     if (!isa<IntegerType>(FieldTy) && !FieldTy->isFloatingPoint() &&
1063         !isa<VectorType>(FieldTy))
1064       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
1065                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
1066                                  "", LI);
1067     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
1068
1069     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
1070     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
1071     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
1072       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
1073
1074     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
1075     // we can shift and insert it.
1076     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
1077       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
1078     
1079     // Determine the number of bits to shift SrcField.
1080     uint64_t Shift;
1081     if (Layout) // Struct case.
1082       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
1083     else  // Array case.
1084       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
1085     
1086     if (TD->isBigEndian())
1087       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
1088     
1089     if (Shift) {
1090       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
1091       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
1092     }
1093
1094     ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
1095   }
1096
1097   // Handle tail padding by truncating the result
1098   if (TD->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
1099     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
1100
1101   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
1102   DeadInsts.push_back(LI);
1103 }
1104
1105 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
1106 /// alignment padding, false otherwise.
1107 static bool HasPadding(const Type *Ty, const TargetData &TD) {
1108   if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
1109     const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1110     unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
1111     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1112       unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
1113
1114       // Padding in sub-elements?
1115       if (HasPadding(STy->getElementType(i), TD))
1116         return true;
1117
1118       // Check to see if there is any padding between this element and the
1119       // previous one.
1120       if (i) {
1121         unsigned PrevFieldEnd =
1122         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
1123         if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
1124           return true;
1125       }
1126
1127       PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
1128     }
1129
1130     //  Check for tail padding.
1131     if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
1132       unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
1133                    TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
1134       if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
1135         return true;
1136     }
1137
1138   } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1139     return HasPadding(ATy->getElementType(), TD);
1140   } else if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1141     return HasPadding(VTy->getElementType(), TD);
1142   }
1143   return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
1144 }
1145
1146 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
1147 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
1148 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
1149 int SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI) {
1150   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
1151   // the users are safe to transform.
1152   AllocaInfo Info;
1153   
1154   isSafeForScalarRepl(AI, AI, 0, Info);
1155   if (Info.isUnsafe) {
1156     DEBUG(dbgs() << "Cannot transform: " << *AI << '\n');
1157     return 0;
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->getAllocatedType(), *TD))
1167     return 0;
1168
1169   // If we require cleanup, return 1, otherwise return 3.
1170   return Info.needsCleanup ? 1 : 3;
1171 }
1172
1173 /// CleanupAllocaUsers - If SROA reported that it can promote the specified
1174 /// allocation, but only if cleaned up, perform the cleanups required.
1175 void SROA::CleanupAllocaUsers(Value *V) {
1176   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end();
1177        UI != E; ) {
1178     User *U = *UI++;
1179     Instruction *I = cast<Instruction>(U);
1180     SmallVector<DbgInfoIntrinsic *, 2> DbgInUses;
1181     if (!isa<StoreInst>(I) && OnlyUsedByDbgInfoIntrinsics(I, &DbgInUses)) {
1182       // Safe to remove debug info uses.
1183       while (!DbgInUses.empty()) {
1184         DbgInfoIntrinsic *DI = DbgInUses.pop_back_val();
1185         DI->eraseFromParent();
1186       }
1187       I->eraseFromParent();
1188     }
1189   }
1190 }
1191
1192 /// MergeInType - Add the 'In' type to the accumulated type (Accum) so far at
1193 /// the offset specified by Offset (which is specified in bytes).
1194 ///
1195 /// There are two cases we handle here:
1196 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
1197 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
1198 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
1199 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
1200 ///   2) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
1201 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
1202 ///      and stores would mutate the memory.
1203 static void MergeInType(const Type *In, uint64_t Offset, const Type *&VecTy,
1204                         unsigned AllocaSize, const TargetData &TD,
1205                         LLVMContext &Context) {
1206   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
1207   if (VecTy != Type::getVoidTy(Context)) { // either null or a vector type.
1208
1209     // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
1210     // matches the existing VecTy.
1211     if (const VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
1212       if (VInTy->getBitWidth()/8 == AllocaSize && Offset == 0) {
1213         // If we're storing/loading a vector of the right size, allow it as a
1214         // vector.  If this the first vector we see, remember the type so that
1215         // we know the element size.
1216         if (VecTy == 0)
1217           VecTy = VInTy;
1218         return;
1219       }
1220     } else if (In->isFloatTy() || In->isDoubleTy() ||
1221                (isa<IntegerType>(In) && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
1222                 isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
1223       // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
1224       // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
1225       // compatible with it.
1226       unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
1227       if (Offset % EltSize == 0 &&
1228           AllocaSize % EltSize == 0 &&
1229           (VecTy == 0 || 
1230            cast<VectorType>(VecTy)->getElementType()
1231                  ->getPrimitiveSizeInBits()/8 == EltSize)) {
1232         if (VecTy == 0)
1233           VecTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
1234         return;
1235       }
1236     }
1237   }
1238   
1239   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
1240   // form.  We can still turn this into a large integer.
1241   VecTy = Type::getVoidTy(Context);
1242 }
1243
1244 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
1245 /// its accesses to a single vector type, return true and set VecTy to
1246 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
1247 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
1248 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
1249 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
1250 ///
1251 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
1252 /// SawVec flag.
1253 bool SROA::CanConvertToScalar(Value *V, bool &IsNotTrivial, const Type *&VecTy,
1254                               bool &SawVec, uint64_t Offset,
1255                               unsigned AllocaSize) {
1256   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1257     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1258     
1259     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1260       // Don't break volatile loads.
1261       if (LI->isVolatile())
1262         return false;
1263       MergeInType(LI->getType(), Offset, VecTy,
1264                   AllocaSize, *TD, V->getContext());
1265       SawVec |= isa<VectorType>(LI->getType());
1266       continue;
1267     }
1268     
1269     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1270       // Storing the pointer, not into the value?
1271       if (SI->getOperand(0) == V || SI->isVolatile()) return 0;
1272       MergeInType(SI->getOperand(0)->getType(), Offset,
1273                   VecTy, AllocaSize, *TD, V->getContext());
1274       SawVec |= isa<VectorType>(SI->getOperand(0)->getType());
1275       continue;
1276     }
1277     
1278     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1279       if (!CanConvertToScalar(BCI, IsNotTrivial, VecTy, SawVec, Offset,
1280                               AllocaSize))
1281         return false;
1282       IsNotTrivial = true;
1283       continue;
1284     }
1285
1286     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1287       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
1288       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
1289         return false;
1290       
1291       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
1292       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
1293       uint64_t GEPOffset = TD->getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
1294                                                 &Indices[0], Indices.size());
1295       // See if all uses can be converted.
1296       if (!CanConvertToScalar(GEP, IsNotTrivial, VecTy, SawVec,Offset+GEPOffset,
1297                               AllocaSize))
1298         return false;
1299       IsNotTrivial = true;
1300       continue;
1301     }
1302
1303     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
1304     // handle it.
1305     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
1306       // Store of constant value and constant size.
1307       if (isa<ConstantInt>(MSI->getValue()) &&
1308           isa<ConstantInt>(MSI->getLength())) {
1309         IsNotTrivial = true;
1310         continue;
1311       }
1312     }
1313
1314     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
1315     // can handle it like a load or store of the scalar type.
1316     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
1317       if (ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength()))
1318         if (Len->getZExtValue() == AllocaSize && Offset == 0) {
1319           IsNotTrivial = true;
1320           continue;
1321         }
1322     }
1323     
1324     // Ignore dbg intrinsic.
1325     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(User))
1326       continue;
1327
1328     // Otherwise, we cannot handle this!
1329     return false;
1330   }
1331   
1332   return true;
1333 }
1334
1335 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
1336 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
1337 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
1338 /// vector with insert/extractelement instructions.
1339 ///
1340 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1341 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
1342 void SROA::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset) {
1343   while (!Ptr->use_empty()) {
1344     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
1345
1346     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1347       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset);
1348       CI->eraseFromParent();
1349       continue;
1350     }
1351
1352     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1353       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
1354       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
1355       uint64_t GEPOffset = TD->getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
1356                                                 &Indices[0], Indices.size());
1357       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8);
1358       GEP->eraseFromParent();
1359       continue;
1360     }
1361     
1362     IRBuilder<> Builder(User->getParent(), User);
1363     
1364     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1365       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
1366       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "tmp");
1367       Value *NewLoadVal
1368         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset, Builder);
1369       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
1370       LI->eraseFromParent();
1371       continue;
1372     }
1373     
1374     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1375       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
1376       Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
1377       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
1378                                              Builder);
1379       Builder.CreateStore(New, NewAI);
1380       SI->eraseFromParent();
1381       
1382       // If the load we just inserted is now dead, then the inserted store
1383       // overwrote the entire thing.
1384       if (Old->use_empty())
1385         Old->eraseFromParent();
1386       continue;
1387     }
1388     
1389     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
1390     // transform it into a store of the expanded constant value.
1391     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
1392       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
1393       unsigned NumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
1394       if (NumBytes != 0) {
1395         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
1396         
1397         // Compute the value replicated the right number of times.
1398         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
1399
1400         // Splat the value if non-zero.
1401         if (Val)
1402           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
1403             APVal |= APVal << 8;
1404         
1405         Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
1406         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
1407                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
1408                                                Old, Offset, Builder);
1409         Builder.CreateStore(New, NewAI);
1410         
1411         // If the load we just inserted is now dead, then the memset overwrote
1412         // the entire thing.
1413         if (Old->use_empty())
1414           Old->eraseFromParent();        
1415       }
1416       MSI->eraseFromParent();
1417       continue;
1418     }
1419
1420     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
1421     // can handle it like a load or store of the scalar type.
1422     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
1423       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
1424       
1425       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
1426       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
1427       // as appropriate.
1428       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(Ptr->getUnderlyingObject());
1429       
1430       if (MTI->getSource()->getUnderlyingObject() != OrigAI) {
1431         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
1432         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
1433         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
1434         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
1435         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, NewAI->getType());
1436         
1437         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
1438         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
1439         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
1440       } else if (MTI->getDest()->getUnderlyingObject() != OrigAI) {
1441         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
1442         // through the original dest pointer (bitcasted).
1443         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
1444         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
1445
1446         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), NewAI->getType());
1447         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
1448         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
1449       } else {
1450         // Noop transfer. Src == Dst
1451       }
1452           
1453
1454       MTI->eraseFromParent();
1455       continue;
1456     }
1457     
1458     // If user is a dbg info intrinsic then it is safe to remove it.
1459     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(User)) {
1460       User->eraseFromParent();
1461       continue;
1462     }
1463
1464     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
1465   }
1466 }
1467
1468 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
1469 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
1470 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
1471 ///
1472 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
1473 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
1474 /// insert/extractelement instructions.
1475 ///
1476 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1477 /// shifted to the right.
1478 Value *SROA::ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, const Type *ToType,
1479                                         uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
1480   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
1481   if (FromVal->getType() == ToType && Offset == 0)
1482     return FromVal;
1483
1484   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
1485   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
1486   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromVal->getType())) {
1487     if (isa<VectorType>(ToType))
1488       return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
1489
1490     // Otherwise it must be an element access.
1491     unsigned Elt = 0;
1492     if (Offset) {
1493       unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
1494       Elt = Offset/EltSize;
1495       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
1496     }
1497     // Return the element extracted out of it.
1498     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, ConstantInt::get(
1499                     Type::getInt32Ty(FromVal->getContext()), Elt), "tmp");
1500     if (V->getType() != ToType)
1501       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType, "tmp");
1502     return V;
1503   }
1504   
1505   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
1506   // use insertvalue's to form the FCA.
1507   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
1508     const StructLayout &Layout = *TD->getStructLayout(ST);
1509     Value *Res = UndefValue::get(ST);
1510     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
1511       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
1512                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
1513                                               Builder);
1514       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
1515     }
1516     return Res;
1517   }
1518   
1519   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
1520     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
1521     Value *Res = UndefValue::get(AT);
1522     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1523       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
1524                                               Offset+i*EltSize, Builder);
1525       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
1526     }
1527     return Res;
1528   }
1529
1530   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
1531   const IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
1532
1533   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
1534   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1535   int ShAmt = 0;
1536   if (TD->isBigEndian()) {
1537     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1538     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1539     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1540     ShAmt = TD->getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
1541             TD->getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
1542   } else {
1543     ShAmt = Offset;
1544   }
1545
1546   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
1547   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
1548   // only some bits are used.
1549   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
1550     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
1551                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(),
1552                                                            ShAmt), "tmp");
1553   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
1554     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal, 
1555                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(),
1556                                                           -ShAmt), "tmp");
1557
1558   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
1559   unsigned LIBitWidth = TD->getTypeSizeInBits(ToType);
1560   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
1561     FromVal =
1562       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(), 
1563                                                     LIBitWidth), "tmp");
1564   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
1565     FromVal =
1566        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(), 
1567                                                     LIBitWidth), "tmp");
1568
1569   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
1570   if (isa<IntegerType>(ToType)) {
1571     // Should be done.
1572   } else if (ToType->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(ToType)) {
1573     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
1574     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
1575   } else {
1576     // Otherwise must be a pointer.
1577     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType, "tmp");
1578   }
1579   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
1580   return FromVal;
1581 }
1582
1583 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
1584 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
1585 ///
1586 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
1587 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
1588 /// vector with insert/extractelement instructions.
1589 ///
1590 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
1591 /// shifted to the right.
1592 Value *SROA::ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
1593                                        uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
1594
1595   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
1596   // then 'or' into place.
1597   const Type *AllocaType = Old->getType();
1598   LLVMContext &Context = Old->getContext();
1599
1600   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
1601     uint64_t VecSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy);
1602     uint64_t ValSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
1603     
1604     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
1605     // vector type?
1606     if (ValSize == VecSize)
1607       return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType, "tmp");
1608
1609     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
1610
1611     // Must be an element insertion.
1612     unsigned Elt = Offset/EltSize;
1613     
1614     if (SV->getType() != VTy->getElementType())
1615       SV = Builder.CreateBitCast(SV, VTy->getElementType(), "tmp");
1616     
1617     SV = Builder.CreateInsertElement(Old, SV, 
1618                      ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(SV->getContext()), Elt),
1619                                      "tmp");
1620     return SV;
1621   }
1622   
1623   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
1624   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
1625     const StructLayout &Layout = *TD->getStructLayout(ST);
1626     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
1627       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
1628       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, 
1629                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
1630                                       Builder);
1631     }
1632     return Old;
1633   }
1634   
1635   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
1636     uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
1637     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
1638       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
1639       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, Builder);
1640     }
1641     return Old;
1642   }
1643
1644   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
1645   // If it is a pointer, do the same.
1646   unsigned SrcWidth = TD->getTypeSizeInBits(SV->getType());
1647   unsigned DestWidth = TD->getTypeSizeInBits(AllocaType);
1648   unsigned SrcStoreWidth = TD->getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
1649   unsigned DestStoreWidth = TD->getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
1650   if (SV->getType()->isFloatingPoint() || isa<VectorType>(SV->getType()))
1651     SV = Builder.CreateBitCast(SV,
1652                             IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth), "tmp");
1653   else if (isa<PointerType>(SV->getType()))
1654     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, TD->getIntPtrType(SV->getContext()), "tmp");
1655
1656   // Zero extend or truncate the value if needed.
1657   if (SV->getType() != AllocaType) {
1658     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1659              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
1660       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType, "tmp");
1661     else {
1662       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
1663       // (undefined behavior).
1664       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType, "tmp");
1665       SrcWidth = DestWidth;
1666       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
1667     }
1668   }
1669
1670   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
1671   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
1672   int ShAmt = 0;
1673   if (TD->isBigEndian()) {
1674     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
1675     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
1676     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
1677     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
1678   } else {
1679     ShAmt = Offset;
1680   }
1681
1682   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
1683   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
1684   // only some bits in the structure are set.
1685   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
1686   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
1687     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1688                            ShAmt), "tmp");
1689     Mask <<= ShAmt;
1690   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
1691     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
1692                             -ShAmt), "tmp");
1693     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
1694   }
1695
1696   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
1697   // in the new bits.
1698   if (SrcWidth != DestWidth) {
1699     assert(DestWidth > SrcWidth);
1700     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
1701     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
1702   }
1703   return SV;
1704 }
1705
1706
1707
1708 /// PointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
1709 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
1710 /// constant expressions because we don't can't rewrite arbitrary instructions.
1711 static bool PointsToConstantGlobal(Value *V) {
1712   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
1713     return GV->isConstant();
1714   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
1715     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast || 
1716         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
1717       return PointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
1718   return false;
1719 }
1720
1721 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
1722 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
1723 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
1724 /// track of whether it moves the pointer (with isOffset) but otherwise traverse
1725 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
1726 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant  global, we
1727 /// can optimize this.
1728 static bool isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, Instruction *&TheCopy,
1729                                            bool isOffset) {
1730   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1731     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI))
1732       // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
1733       if (!LI->isVolatile())
1734         continue;
1735     
1736     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(*UI)) {
1737       // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
1738       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(BCI, TheCopy, isOffset))
1739         return false;
1740       continue;
1741     }
1742     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*UI)) {
1743       // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer.  If it
1744       // doesn't, it does.
1745       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(GEP, TheCopy,
1746                                          isOffset || !GEP->hasAllZeroIndices()))
1747         return false;
1748       continue;
1749     }
1750     
1751     // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
1752     // handle.
1753     if (!isa<MemTransferInst>(*UI))
1754       return false;
1755
1756     // If we already have seen a copy, reject the second one.
1757     if (TheCopy) return false;
1758     
1759     // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
1760     // safely handle this.
1761     if (isOffset) return false;
1762
1763     // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
1764     if (UI.getOperandNo() != 1) return false;
1765     
1766     MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(*UI);
1767     
1768     // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
1769     if (!PointsToConstantGlobal(MI->getOperand(2)))
1770       return false;
1771     
1772     // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
1773     TheCopy = MI;
1774   }
1775   return true;
1776 }
1777
1778 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
1779 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
1780 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
1781 Instruction *SROA::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI) {
1782   Instruction *TheCopy = 0;
1783   if (::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, false))
1784     return TheCopy;
1785   return 0;
1786 }