pull all the ConvertToScalarInfo code together into one
[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     static MemTransferInst *isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI);
134   };
135 }
136
137 char SROA::ID = 0;
138 static RegisterPass<SROA> X("scalarrepl", "Scalar Replacement of Aggregates");
139
140 // Public interface to the ScalarReplAggregates pass
141 FunctionPass *llvm::createScalarReplAggregatesPass(signed int Threshold) { 
142   return new SROA(Threshold);
143 }
144
145
146 //===----------------------------------------------------------------------===//
147 // Convert To Scalar Optimization.
148 //===----------------------------------------------------------------------===//
149
150 namespace {
151 /// ConvertToScalarInfo - This struct is used by CanConvertToScalar
152 class ConvertToScalarInfo {
153   /// AllocaSize - The size of the alloca being considered.
154   unsigned AllocaSize;
155   const TargetData &TD;
156  
157   bool IsNotTrivial;
158   const Type *VectorTy;
159   bool HadAVector;
160
161 public:
162   explicit ConvertToScalarInfo(unsigned Size, const TargetData &td)
163     : AllocaSize(Size), TD(td) {
164     IsNotTrivial = false;
165     VectorTy = 0;
166     HadAVector = false;
167   }
168   
169   AllocaInst *TryConvert(AllocaInst *AI) {
170     // If we can't convert this scalar, or if mem2reg can trivially do it, bail
171     // out.
172     if (!CanConvertToScalar(AI, 0) || !IsNotTrivial)
173       // FIXME: In the trivial case, just use mem2reg.
174       return 0;
175     
176     // If we were able to find a vector type that can handle this with
177     // insert/extract elements, and if there was at least one use that had
178     // a vector type, promote this to a vector.  We don't want to promote
179     // random stuff that doesn't use vectors (e.g. <9 x double>) because then
180     // we just get a lot of insert/extracts.  If at least one vector is
181     // involved, then we probably really do have a union of vector/array.
182     const Type *NewTy;
183     if (VectorTy && VectorTy->isVectorTy() && HadAVector) {
184       DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO VECTOR: " << *AI << "\n  TYPE = "
185                    << *VectorTy << '\n');
186       NewTy = VectorTy;  // Use the vector type.
187     } else {
188       DEBUG(dbgs() << "CONVERT TO SCALAR INTEGER: " << *AI << "\n");
189       // Create and insert the integer alloca.
190       NewTy = IntegerType::get(AI->getContext(), AllocaSize*8);
191     }
192     AllocaInst *NewAI = new AllocaInst(NewTy, 0, "", AI->getParent()->begin());
193     ConvertUsesToScalar(AI, NewAI, 0);
194     return NewAI;
195   }
196   
197 private:
198   bool CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset);
199   void MergeInType(const Type *In, uint64_t Offset);
200   void ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI, uint64_t Offset);
201   
202   Value *ConvertScalar_ExtractValue(Value *NV, const Type *ToType,
203                                     uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
204   Value *ConvertScalar_InsertValue(Value *StoredVal, Value *ExistingVal,
205                                    uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder);
206 };
207 } // end anonymous namespace.
208
209 /// MergeInType - Add the 'In' type to the accumulated type (Accum) so far at
210 /// the offset specified by Offset (which is specified in bytes).
211 ///
212 /// There are two cases we handle here:
213 ///   1) A union of vector types of the same size and potentially its elements.
214 ///      Here we turn element accesses into insert/extract element operations.
215 ///      This promotes a <4 x float> with a store of float to the third element
216 ///      into a <4 x float> that uses insert element.
217 ///   2) A fully general blob of memory, which we turn into some (potentially
218 ///      large) integer type with extract and insert operations where the loads
219 ///      and stores would mutate the memory.
220 void ConvertToScalarInfo::MergeInType(const Type *In, uint64_t Offset) {
221   // Remember if we saw a vector type.
222   HadAVector |= In->isVectorTy();
223   
224   if (VectorTy && VectorTy->isVoidTy())
225     return;
226   
227   // If this could be contributing to a vector, analyze it.
228
229   // If the In type is a vector that is the same size as the alloca, see if it
230   // matches the existing VecTy.
231   if (const VectorType *VInTy = dyn_cast<VectorType>(In)) {
232     if (VInTy->getBitWidth()/8 == AllocaSize && Offset == 0) {
233       // If we're storing/loading a vector of the right size, allow it as a
234       // vector.  If this the first vector we see, remember the type so that
235       // we know the element size.
236       if (VectorTy == 0)
237         VectorTy = VInTy;
238       return;
239     }
240   } else if (In->isFloatTy() || In->isDoubleTy() ||
241              (In->isIntegerTy() && In->getPrimitiveSizeInBits() >= 8 &&
242               isPowerOf2_32(In->getPrimitiveSizeInBits()))) {
243     // If we're accessing something that could be an element of a vector, see
244     // if the implied vector agrees with what we already have and if Offset is
245     // compatible with it.
246     unsigned EltSize = In->getPrimitiveSizeInBits()/8;
247     if (Offset % EltSize == 0 && AllocaSize % EltSize == 0 &&
248         (VectorTy == 0 || 
249          cast<VectorType>(VectorTy)->getElementType()
250                ->getPrimitiveSizeInBits()/8 == EltSize)) {
251       if (VectorTy == 0)
252         VectorTy = VectorType::get(In, AllocaSize/EltSize);
253       return;
254     }
255   }
256   
257   // Otherwise, we have a case that we can't handle with an optimized vector
258   // form.  We can still turn this into a large integer.
259   VectorTy = Type::getVoidTy(In->getContext());
260 }
261
262 /// CanConvertToScalar - V is a pointer.  If we can convert the pointee and all
263 /// its accesses to a single vector type, return true and set VecTy to
264 /// the new type.  If we could convert the alloca into a single promotable
265 /// integer, return true but set VecTy to VoidTy.  Further, if the use is not a
266 /// completely trivial use that mem2reg could promote, set IsNotTrivial.  Offset
267 /// is the current offset from the base of the alloca being analyzed.
268 ///
269 /// If we see at least one access to the value that is as a vector type, set the
270 /// SawVec flag.
271 bool ConvertToScalarInfo::CanConvertToScalar(Value *V, uint64_t Offset) {
272   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
273     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
274     
275     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
276       // Don't break volatile loads.
277       if (LI->isVolatile())
278         return false;
279       MergeInType(LI->getType(), Offset);
280       continue;
281     }
282     
283     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
284       // Storing the pointer, not into the value?
285       if (SI->getOperand(0) == V || SI->isVolatile()) return false;
286       MergeInType(SI->getOperand(0)->getType(), Offset);
287       continue;
288     }
289     
290     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
291       if (!CanConvertToScalar(BCI, Offset))
292         return false;
293       IsNotTrivial = true;
294       continue;
295     }
296
297     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
298       // If this is a GEP with a variable indices, we can't handle it.
299       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
300         return false;
301       
302       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
303       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
304       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
305                                                &Indices[0], Indices.size());
306       // See if all uses can be converted.
307       if (!CanConvertToScalar(GEP, Offset+GEPOffset))
308         return false;
309       IsNotTrivial = true;
310       continue;
311     }
312
313     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
314     // handle it.
315     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
316       // Store of constant value and constant size.
317       if (isa<ConstantInt>(MSI->getValue()) &&
318           isa<ConstantInt>(MSI->getLength())) {
319         IsNotTrivial = true;
320         continue;
321       }
322     }
323
324     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
325     // can handle it like a load or store of the scalar type.
326     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
327       if (ConstantInt *Len = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength()))
328         if (Len->getZExtValue() == AllocaSize && Offset == 0) {
329           IsNotTrivial = true;
330           continue;
331         }
332     }
333     
334     // Otherwise, we cannot handle this!
335     return false;
336   }
337   
338   return true;
339 }
340
341 /// ConvertUsesToScalar - Convert all of the users of Ptr to use the new alloca
342 /// directly.  This happens when we are converting an "integer union" to a
343 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
344 /// vector with insert/extractelement instructions.
345 ///
346 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
347 /// shifted to the right.  By the end of this, there should be no uses of Ptr.
348 void ConvertToScalarInfo::ConvertUsesToScalar(Value *Ptr, AllocaInst *NewAI,
349                                               uint64_t Offset) {
350   while (!Ptr->use_empty()) {
351     Instruction *User = cast<Instruction>(Ptr->use_back());
352
353     if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
354       ConvertUsesToScalar(CI, NewAI, Offset);
355       CI->eraseFromParent();
356       continue;
357     }
358
359     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
360       // Compute the offset that this GEP adds to the pointer.
361       SmallVector<Value*, 8> Indices(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
362       uint64_t GEPOffset = TD.getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(),
363                                                &Indices[0], Indices.size());
364       ConvertUsesToScalar(GEP, NewAI, Offset+GEPOffset*8);
365       GEP->eraseFromParent();
366       continue;
367     }
368     
369     IRBuilder<> Builder(User->getParent(), User);
370     
371     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
372       // The load is a bit extract from NewAI shifted right by Offset bits.
373       Value *LoadedVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "tmp");
374       Value *NewLoadVal
375         = ConvertScalar_ExtractValue(LoadedVal, LI->getType(), Offset, Builder);
376       LI->replaceAllUsesWith(NewLoadVal);
377       LI->eraseFromParent();
378       continue;
379     }
380     
381     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
382       assert(SI->getOperand(0) != Ptr && "Consistency error!");
383       Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
384       Value *New = ConvertScalar_InsertValue(SI->getOperand(0), Old, Offset,
385                                              Builder);
386       Builder.CreateStore(New, NewAI);
387       SI->eraseFromParent();
388       
389       // If the load we just inserted is now dead, then the inserted store
390       // overwrote the entire thing.
391       if (Old->use_empty())
392         Old->eraseFromParent();
393       continue;
394     }
395     
396     // If this is a constant sized memset of a constant value (e.g. 0) we can
397     // transform it into a store of the expanded constant value.
398     if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(User)) {
399       assert(MSI->getRawDest() == Ptr && "Consistency error!");
400       unsigned NumBytes = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
401       if (NumBytes != 0) {
402         unsigned Val = cast<ConstantInt>(MSI->getValue())->getZExtValue();
403         
404         // Compute the value replicated the right number of times.
405         APInt APVal(NumBytes*8, Val);
406
407         // Splat the value if non-zero.
408         if (Val)
409           for (unsigned i = 1; i != NumBytes; ++i)
410             APVal |= APVal << 8;
411         
412         Instruction *Old = Builder.CreateLoad(NewAI, NewAI->getName()+".in");
413         Value *New = ConvertScalar_InsertValue(
414                                     ConstantInt::get(User->getContext(), APVal),
415                                                Old, Offset, Builder);
416         Builder.CreateStore(New, NewAI);
417         
418         // If the load we just inserted is now dead, then the memset overwrote
419         // the entire thing.
420         if (Old->use_empty())
421           Old->eraseFromParent();        
422       }
423       MSI->eraseFromParent();
424       continue;
425     }
426
427     // If this is a memcpy or memmove into or out of the whole allocation, we
428     // can handle it like a load or store of the scalar type.
429     if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(User)) {
430       assert(Offset == 0 && "must be store to start of alloca");
431       
432       // If the source and destination are both to the same alloca, then this is
433       // a noop copy-to-self, just delete it.  Otherwise, emit a load and store
434       // as appropriate.
435       AllocaInst *OrigAI = cast<AllocaInst>(Ptr->getUnderlyingObject(0));
436       
437       if (MTI->getSource()->getUnderlyingObject(0) != OrigAI) {
438         // Dest must be OrigAI, change this to be a load from the original
439         // pointer (bitcasted), then a store to our new alloca.
440         assert(MTI->getRawDest() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
441         Value *SrcPtr = MTI->getSource();
442         SrcPtr = Builder.CreateBitCast(SrcPtr, NewAI->getType());
443         
444         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(SrcPtr, "srcval");
445         SrcVal->setAlignment(MTI->getAlignment());
446         Builder.CreateStore(SrcVal, NewAI);
447       } else if (MTI->getDest()->getUnderlyingObject(0) != OrigAI) {
448         // Src must be OrigAI, change this to be a load from NewAI then a store
449         // through the original dest pointer (bitcasted).
450         assert(MTI->getRawSource() == Ptr && "Neither use is of pointer?");
451         LoadInst *SrcVal = Builder.CreateLoad(NewAI, "srcval");
452
453         Value *DstPtr = Builder.CreateBitCast(MTI->getDest(), NewAI->getType());
454         StoreInst *NewStore = Builder.CreateStore(SrcVal, DstPtr);
455         NewStore->setAlignment(MTI->getAlignment());
456       } else {
457         // Noop transfer. Src == Dst
458       }
459
460       MTI->eraseFromParent();
461       continue;
462     }
463     
464     llvm_unreachable("Unsupported operation!");
465   }
466 }
467
468 /// ConvertScalar_ExtractValue - Extract a value of type ToType from an integer
469 /// or vector value FromVal, extracting the bits from the offset specified by
470 /// Offset.  This returns the value, which is of type ToType.
471 ///
472 /// This happens when we are converting an "integer union" to a single
473 /// integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a vector with
474 /// insert/extractelement instructions.
475 ///
476 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
477 /// shifted to the right.
478 Value *ConvertToScalarInfo::
479 ConvertScalar_ExtractValue(Value *FromVal, const Type *ToType,
480                            uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
481   // If the load is of the whole new alloca, no conversion is needed.
482   if (FromVal->getType() == ToType && Offset == 0)
483     return FromVal;
484
485   // If the result alloca is a vector type, this is either an element
486   // access or a bitcast to another vector type of the same size.
487   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(FromVal->getType())) {
488     if (ToType->isVectorTy())
489       return Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
490
491     // Otherwise it must be an element access.
492     unsigned Elt = 0;
493     if (Offset) {
494       unsigned EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
495       Elt = Offset/EltSize;
496       assert(EltSize*Elt == Offset && "Invalid modulus in validity checking");
497     }
498     // Return the element extracted out of it.
499     Value *V = Builder.CreateExtractElement(FromVal, ConstantInt::get(
500                     Type::getInt32Ty(FromVal->getContext()), Elt), "tmp");
501     if (V->getType() != ToType)
502       V = Builder.CreateBitCast(V, ToType, "tmp");
503     return V;
504   }
505   
506   // If ToType is a first class aggregate, extract out each of the pieces and
507   // use insertvalue's to form the FCA.
508   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(ToType)) {
509     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
510     Value *Res = UndefValue::get(ST);
511     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
512       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, ST->getElementType(i),
513                                         Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
514                                               Builder);
515       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
516     }
517     return Res;
518   }
519   
520   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(ToType)) {
521     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
522     Value *Res = UndefValue::get(AT);
523     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
524       Value *Elt = ConvertScalar_ExtractValue(FromVal, AT->getElementType(),
525                                               Offset+i*EltSize, Builder);
526       Res = Builder.CreateInsertValue(Res, Elt, i, "tmp");
527     }
528     return Res;
529   }
530
531   // Otherwise, this must be a union that was converted to an integer value.
532   const IntegerType *NTy = cast<IntegerType>(FromVal->getType());
533
534   // If this is a big-endian system and the load is narrower than the
535   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
536   int ShAmt = 0;
537   if (TD.isBigEndian()) {
538     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
539     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
540     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
541     ShAmt = TD.getTypeStoreSizeInBits(NTy) -
542             TD.getTypeStoreSizeInBits(ToType) - Offset;
543   } else {
544     ShAmt = Offset;
545   }
546
547   // Note: we support negative bitwidths (with shl) which are not defined.
548   // We do this to support (f.e.) loads off the end of a structure where
549   // only some bits are used.
550   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < NTy->getBitWidth())
551     FromVal = Builder.CreateLShr(FromVal,
552                                  ConstantInt::get(FromVal->getType(),
553                                                            ShAmt), "tmp");
554   else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < NTy->getBitWidth())
555     FromVal = Builder.CreateShl(FromVal, 
556                                 ConstantInt::get(FromVal->getType(),
557                                                           -ShAmt), "tmp");
558
559   // Finally, unconditionally truncate the integer to the right width.
560   unsigned LIBitWidth = TD.getTypeSizeInBits(ToType);
561   if (LIBitWidth < NTy->getBitWidth())
562     FromVal =
563       Builder.CreateTrunc(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(), 
564                                                     LIBitWidth), "tmp");
565   else if (LIBitWidth > NTy->getBitWidth())
566     FromVal =
567        Builder.CreateZExt(FromVal, IntegerType::get(FromVal->getContext(), 
568                                                     LIBitWidth), "tmp");
569
570   // If the result is an integer, this is a trunc or bitcast.
571   if (ToType->isIntegerTy()) {
572     // Should be done.
573   } else if (ToType->isFloatingPointTy() || ToType->isVectorTy()) {
574     // Just do a bitcast, we know the sizes match up.
575     FromVal = Builder.CreateBitCast(FromVal, ToType, "tmp");
576   } else {
577     // Otherwise must be a pointer.
578     FromVal = Builder.CreateIntToPtr(FromVal, ToType, "tmp");
579   }
580   assert(FromVal->getType() == ToType && "Didn't convert right?");
581   return FromVal;
582 }
583
584 /// ConvertScalar_InsertValue - Insert the value "SV" into the existing integer
585 /// or vector value "Old" at the offset specified by Offset.
586 ///
587 /// This happens when we are converting an "integer union" to a
588 /// single integer scalar, or when we are converting a "vector union" to a
589 /// vector with insert/extractelement instructions.
590 ///
591 /// Offset is an offset from the original alloca, in bits that need to be
592 /// shifted to the right.
593 Value *ConvertToScalarInfo::
594 ConvertScalar_InsertValue(Value *SV, Value *Old,
595                           uint64_t Offset, IRBuilder<> &Builder) {
596   // Convert the stored type to the actual type, shift it left to insert
597   // then 'or' into place.
598   const Type *AllocaType = Old->getType();
599   LLVMContext &Context = Old->getContext();
600
601   if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(AllocaType)) {
602     uint64_t VecSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy);
603     uint64_t ValSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(SV->getType());
604     
605     // Changing the whole vector with memset or with an access of a different
606     // vector type?
607     if (ValSize == VecSize)
608       return Builder.CreateBitCast(SV, AllocaType, "tmp");
609
610     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(VTy->getElementType());
611
612     // Must be an element insertion.
613     unsigned Elt = Offset/EltSize;
614     
615     if (SV->getType() != VTy->getElementType())
616       SV = Builder.CreateBitCast(SV, VTy->getElementType(), "tmp");
617     
618     SV = Builder.CreateInsertElement(Old, SV, 
619                      ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(SV->getContext()), Elt),
620                                      "tmp");
621     return SV;
622   }
623   
624   // If SV is a first-class aggregate value, insert each value recursively.
625   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(SV->getType())) {
626     const StructLayout &Layout = *TD.getStructLayout(ST);
627     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumElements(); i != e; ++i) {
628       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
629       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, 
630                                       Offset+Layout.getElementOffsetInBits(i),
631                                       Builder);
632     }
633     return Old;
634   }
635   
636   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(SV->getType())) {
637     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSizeInBits(AT->getElementType());
638     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
639       Value *Elt = Builder.CreateExtractValue(SV, i, "tmp");
640       Old = ConvertScalar_InsertValue(Elt, Old, Offset+i*EltSize, Builder);
641     }
642     return Old;
643   }
644
645   // If SV is a float, convert it to the appropriate integer type.
646   // If it is a pointer, do the same.
647   unsigned SrcWidth = TD.getTypeSizeInBits(SV->getType());
648   unsigned DestWidth = TD.getTypeSizeInBits(AllocaType);
649   unsigned SrcStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(SV->getType());
650   unsigned DestStoreWidth = TD.getTypeStoreSizeInBits(AllocaType);
651   if (SV->getType()->isFloatingPointTy() || SV->getType()->isVectorTy())
652     SV = Builder.CreateBitCast(SV,
653                             IntegerType::get(SV->getContext(),SrcWidth), "tmp");
654   else if (SV->getType()->isPointerTy())
655     SV = Builder.CreatePtrToInt(SV, TD.getIntPtrType(SV->getContext()), "tmp");
656
657   // Zero extend or truncate the value if needed.
658   if (SV->getType() != AllocaType) {
659     if (SV->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
660              AllocaType->getPrimitiveSizeInBits())
661       SV = Builder.CreateZExt(SV, AllocaType, "tmp");
662     else {
663       // Truncation may be needed if storing more than the alloca can hold
664       // (undefined behavior).
665       SV = Builder.CreateTrunc(SV, AllocaType, "tmp");
666       SrcWidth = DestWidth;
667       SrcStoreWidth = DestStoreWidth;
668     }
669   }
670
671   // If this is a big-endian system and the store is narrower than the
672   // full alloca type, we need to do a shift to get the right bits.
673   int ShAmt = 0;
674   if (TD.isBigEndian()) {
675     // On big-endian machines, the lowest bit is stored at the bit offset
676     // from the pointer given by getTypeStoreSizeInBits.  This matters for
677     // integers with a bitwidth that is not a multiple of 8.
678     ShAmt = DestStoreWidth - SrcStoreWidth - Offset;
679   } else {
680     ShAmt = Offset;
681   }
682
683   // Note: we support negative bitwidths (with shr) which are not defined.
684   // We do this to support (f.e.) stores off the end of a structure where
685   // only some bits in the structure are set.
686   APInt Mask(APInt::getLowBitsSet(DestWidth, SrcWidth));
687   if (ShAmt > 0 && (unsigned)ShAmt < DestWidth) {
688     SV = Builder.CreateShl(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
689                            ShAmt), "tmp");
690     Mask <<= ShAmt;
691   } else if (ShAmt < 0 && (unsigned)-ShAmt < DestWidth) {
692     SV = Builder.CreateLShr(SV, ConstantInt::get(SV->getType(),
693                             -ShAmt), "tmp");
694     Mask = Mask.lshr(-ShAmt);
695   }
696
697   // Mask out the bits we are about to insert from the old value, and or
698   // in the new bits.
699   if (SrcWidth != DestWidth) {
700     assert(DestWidth > SrcWidth);
701     Old = Builder.CreateAnd(Old, ConstantInt::get(Context, ~Mask), "mask");
702     SV = Builder.CreateOr(Old, SV, "ins");
703   }
704   return SV;
705 }
706
707
708 //===----------------------------------------------------------------------===//
709 // SRoA Driver
710 //===----------------------------------------------------------------------===//
711
712
713 bool SROA::runOnFunction(Function &F) {
714   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
715
716   bool Changed = performPromotion(F);
717
718   // FIXME: ScalarRepl currently depends on TargetData more than it
719   // theoretically needs to. It should be refactored in order to support
720   // target-independent IR. Until this is done, just skip the actual
721   // scalar-replacement portion of this pass.
722   if (!TD) return Changed;
723
724   while (1) {
725     bool LocalChange = performScalarRepl(F);
726     if (!LocalChange) break;   // No need to repromote if no scalarrepl
727     Changed = true;
728     LocalChange = performPromotion(F);
729     if (!LocalChange) break;   // No need to re-scalarrepl if no promotion
730   }
731
732   return Changed;
733 }
734
735
736 bool SROA::performPromotion(Function &F) {
737   std::vector<AllocaInst*> Allocas;
738   DominatorTree         &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
739   DominanceFrontier &DF = getAnalysis<DominanceFrontier>();
740
741   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();  // Get the entry node for the function
742
743   bool Changed = false;
744
745   while (1) {
746     Allocas.clear();
747
748     // Find allocas that are safe to promote, by looking at all instructions in
749     // the entry node
750     for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = --BB.end(); I != E; ++I)
751       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I))       // Is it an alloca?
752         if (isAllocaPromotable(AI))
753           Allocas.push_back(AI);
754
755     if (Allocas.empty()) break;
756
757     PromoteMemToReg(Allocas, DT, DF);
758     NumPromoted += Allocas.size();
759     Changed = true;
760   }
761
762   return Changed;
763 }
764
765
766 /// ShouldAttemptScalarRepl - Decide if an alloca is a good candidate for
767 /// SROA.  It must be a struct or array type with a small number of elements.
768 static bool ShouldAttemptScalarRepl(AllocaInst *AI) {
769   const Type *T = AI->getAllocatedType();
770   // Do not promote any struct into more than 32 separate vars.
771   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T))
772     return ST->getNumElements() <= 32;
773   // Arrays are much less likely to be safe for SROA; only consider
774   // them if they are very small.
775   if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T))
776     return AT->getNumElements() <= 8;
777   return false;
778 }
779
780
781 // performScalarRepl - This algorithm is a simple worklist driven algorithm,
782 // which runs on all of the malloc/alloca instructions in the function, removing
783 // them if they are only used by getelementptr instructions.
784 //
785 bool SROA::performScalarRepl(Function &F) {
786   std::vector<AllocaInst*> WorkList;
787
788   // Scan the entry basic block, adding allocas to the worklist.
789   BasicBlock &BB = F.getEntryBlock();
790   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
791     if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(I))
792       WorkList.push_back(A);
793
794   // Process the worklist
795   bool Changed = false;
796   while (!WorkList.empty()) {
797     AllocaInst *AI = WorkList.back();
798     WorkList.pop_back();
799     
800     // Handle dead allocas trivially.  These can be formed by SROA'ing arrays
801     // with unused elements.
802     if (AI->use_empty()) {
803       AI->eraseFromParent();
804       Changed = true;
805       continue;
806     }
807
808     // If this alloca is impossible for us to promote, reject it early.
809     if (AI->isArrayAllocation() || !AI->getAllocatedType()->isSized())
810       continue;
811     
812     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
813     // a constant global.  If this is the case, we can change all users to use
814     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
815     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
816     // is only subsequently read.
817     if (MemTransferInst *TheCopy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI)) {
818       DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << *AI << '\n');
819       DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *TheCopy << '\n');
820       Constant *TheSrc = cast<Constant>(TheCopy->getSource());
821       AI->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(TheSrc, AI->getType()));
822       TheCopy->eraseFromParent();  // Don't mutate the global.
823       AI->eraseFromParent();
824       ++NumGlobals;
825       Changed = true;
826       continue;
827     }
828     
829     // Check to see if we can perform the core SROA transformation.  We cannot
830     // transform the allocation instruction if it is an array allocation
831     // (allocations OF arrays are ok though), and an allocation of a scalar
832     // value cannot be decomposed at all.
833     uint64_t AllocaSize = TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
834
835     // Do not promote [0 x %struct].
836     if (AllocaSize == 0) continue;
837     
838     // Do not promote any struct whose size is too big.
839     if (AllocaSize > SRThreshold) continue;
840     
841     // If the alloca looks like a good candidate for scalar replacement, and if
842     // all its users can be transformed, then split up the aggregate into its
843     // separate elements.
844     if (ShouldAttemptScalarRepl(AI) && isSafeAllocaToScalarRepl(AI)) {
845       DoScalarReplacement(AI, WorkList);
846       Changed = true;
847       continue;
848     }
849
850     // If we can turn this aggregate value (potentially with casts) into a
851     // simple scalar value that can be mem2reg'd into a register value.
852     // IsNotTrivial tracks whether this is something that mem2reg could have
853     // promoted itself.  If so, we don't want to transform it needlessly.  Note
854     // that we can't just check based on the type: the alloca may be of an i32
855     // but that has pointer arithmetic to set byte 3 of it or something.
856     if (AllocaInst *NewAI =
857           ConvertToScalarInfo((unsigned)AllocaSize, *TD).TryConvert(AI)) {
858       NewAI->takeName(AI);
859       AI->eraseFromParent();
860       ++NumConverted;
861       Changed = true;
862       continue;
863     }      
864     
865     // Otherwise, couldn't process this alloca.
866   }
867
868   return Changed;
869 }
870
871 /// DoScalarReplacement - This alloca satisfied the isSafeAllocaToScalarRepl
872 /// predicate, do SROA now.
873 void SROA::DoScalarReplacement(AllocaInst *AI, 
874                                std::vector<AllocaInst*> &WorkList) {
875   DEBUG(dbgs() << "Found inst to SROA: " << *AI << '\n');
876   SmallVector<AllocaInst*, 32> ElementAllocas;
877   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(AI->getAllocatedType())) {
878     ElementAllocas.reserve(ST->getNumContainedTypes());
879     for (unsigned i = 0, e = ST->getNumContainedTypes(); i != e; ++i) {
880       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ST->getContainedType(i), 0, 
881                                       AI->getAlignment(),
882                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
883       ElementAllocas.push_back(NA);
884       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
885     }
886   } else {
887     const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
888     ElementAllocas.reserve(AT->getNumElements());
889     const Type *ElTy = AT->getElementType();
890     for (unsigned i = 0, e = AT->getNumElements(); i != e; ++i) {
891       AllocaInst *NA = new AllocaInst(ElTy, 0, AI->getAlignment(),
892                                       AI->getName() + "." + Twine(i), AI);
893       ElementAllocas.push_back(NA);
894       WorkList.push_back(NA);  // Add to worklist for recursive processing
895     }
896   }
897
898   // Now that we have created the new alloca instructions, rewrite all the
899   // uses of the old alloca.
900   RewriteForScalarRepl(AI, AI, 0, ElementAllocas);
901
902   // Now erase any instructions that were made dead while rewriting the alloca.
903   DeleteDeadInstructions();
904   AI->eraseFromParent();
905
906   NumReplaced++;
907 }
908
909 /// DeleteDeadInstructions - Erase instructions on the DeadInstrs list,
910 /// recursively including all their operands that become trivially dead.
911 void SROA::DeleteDeadInstructions() {
912   while (!DeadInsts.empty()) {
913     Instruction *I = cast<Instruction>(DeadInsts.pop_back_val());
914
915     for (User::op_iterator OI = I->op_begin(), E = I->op_end(); OI != E; ++OI)
916       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(*OI)) {
917         // Zero out the operand and see if it becomes trivially dead.
918         // (But, don't add allocas to the dead instruction list -- they are
919         // already on the worklist and will be deleted separately.)
920         *OI = 0;
921         if (isInstructionTriviallyDead(U) && !isa<AllocaInst>(U))
922           DeadInsts.push_back(U);
923       }
924
925     I->eraseFromParent();
926   }
927 }
928     
929 /// isSafeForScalarRepl - Check if instruction I is a safe use with regard to
930 /// performing scalar replacement of alloca AI.  The results are flagged in
931 /// the Info parameter.  Offset indicates the position within AI that is
932 /// referenced by this instruction.
933 void SROA::isSafeForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
934                                AllocaInfo &Info) {
935   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
936     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
937
938     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
939       isSafeForScalarRepl(BC, AI, Offset, Info);
940     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
941       uint64_t GEPOffset = Offset;
942       isSafeGEP(GEPI, AI, GEPOffset, Info);
943       if (!Info.isUnsafe)
944         isSafeForScalarRepl(GEPI, AI, GEPOffset, Info);
945     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
946       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
947       if (Length)
948         isSafeMemAccess(AI, Offset, Length->getZExtValue(), 0,
949                         UI.getOperandNo() == 0, Info);
950       else
951         MarkUnsafe(Info);
952     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
953       if (!LI->isVolatile()) {
954         const Type *LIType = LI->getType();
955         isSafeMemAccess(AI, Offset, TD->getTypeAllocSize(LIType),
956                         LIType, false, Info);
957       } else
958         MarkUnsafe(Info);
959     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
960       // Store is ok if storing INTO the pointer, not storing the pointer
961       if (!SI->isVolatile() && SI->getOperand(0) != I) {
962         const Type *SIType = SI->getOperand(0)->getType();
963         isSafeMemAccess(AI, Offset, TD->getTypeAllocSize(SIType),
964                         SIType, true, Info);
965       } else
966         MarkUnsafe(Info);
967     } else {
968       DEBUG(errs() << "  Transformation preventing inst: " << *User << '\n');
969       MarkUnsafe(Info);
970     }
971     if (Info.isUnsafe) return;
972   }
973 }
974
975 /// isSafeGEP - Check if a GEP instruction can be handled for scalar
976 /// replacement.  It is safe when all the indices are constant, in-bounds
977 /// references, and when the resulting offset corresponds to an element within
978 /// the alloca type.  The results are flagged in the Info parameter.  Upon
979 /// return, Offset is adjusted as specified by the GEP indices.
980 void SROA::isSafeGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI,
981                      uint64_t &Offset, AllocaInfo &Info) {
982   gep_type_iterator GEPIt = gep_type_begin(GEPI), E = gep_type_end(GEPI);
983   if (GEPIt == E)
984     return;
985
986   // Walk through the GEP type indices, checking the types that this indexes
987   // into.
988   for (; GEPIt != E; ++GEPIt) {
989     // Ignore struct elements, no extra checking needed for these.
990     if ((*GEPIt)->isStructTy())
991       continue;
992
993     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPIt.getOperand());
994     if (!IdxVal)
995       return MarkUnsafe(Info);
996   }
997
998   // Compute the offset due to this GEP and check if the alloca has a
999   // component element at that offset.
1000   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1001   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
1002                                  &Indices[0], Indices.size());
1003   if (!TypeHasComponent(AI->getAllocatedType(), Offset, 0))
1004     MarkUnsafe(Info);
1005 }
1006
1007 /// isSafeMemAccess - Check if a load/store/memcpy operates on the entire AI
1008 /// alloca or has an offset and size that corresponds to a component element
1009 /// within it.  The offset checked here may have been formed from a GEP with a
1010 /// pointer bitcasted to a different type.
1011 void SROA::isSafeMemAccess(AllocaInst *AI, uint64_t Offset, uint64_t MemSize,
1012                            const Type *MemOpType, bool isStore,
1013                            AllocaInfo &Info) {
1014   // Check if this is a load/store of the entire alloca.
1015   if (Offset == 0 && MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1016     bool UsesAggregateType = (MemOpType == AI->getAllocatedType());
1017     // This is safe for MemIntrinsics (where MemOpType is 0), integer types
1018     // (which are essentially the same as the MemIntrinsics, especially with
1019     // regard to copying padding between elements), or references using the
1020     // aggregate type of the alloca.
1021     if (!MemOpType || MemOpType->isIntegerTy() || UsesAggregateType) {
1022       if (!UsesAggregateType) {
1023         if (isStore)
1024           Info.isMemCpyDst = true;
1025         else
1026           Info.isMemCpySrc = true;
1027       }
1028       return;
1029     }
1030   }
1031   // Check if the offset/size correspond to a component within the alloca type.
1032   const Type *T = AI->getAllocatedType();
1033   if (TypeHasComponent(T, Offset, MemSize))
1034     return;
1035
1036   return MarkUnsafe(Info);
1037 }
1038
1039 /// TypeHasComponent - Return true if T has a component type with the
1040 /// specified offset and size.  If Size is zero, do not check the size.
1041 bool SROA::TypeHasComponent(const Type *T, uint64_t Offset, uint64_t Size) {
1042   const Type *EltTy;
1043   uint64_t EltSize;
1044   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1045     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1046     unsigned EltIdx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1047     EltTy = ST->getContainedType(EltIdx);
1048     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1049     Offset -= Layout->getElementOffset(EltIdx);
1050   } else if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1051     EltTy = AT->getElementType();
1052     EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1053     if (Offset >= AT->getNumElements() * EltSize)
1054       return false;
1055     Offset %= EltSize;
1056   } else {
1057     return false;
1058   }
1059   if (Offset == 0 && (Size == 0 || EltSize == Size))
1060     return true;
1061   // Check if the component spans multiple elements.
1062   if (Offset + Size > EltSize)
1063     return false;
1064   return TypeHasComponent(EltTy, Offset, Size);
1065 }
1066
1067 /// RewriteForScalarRepl - Alloca AI is being split into NewElts, so rewrite
1068 /// the instruction I, which references it, to use the separate elements.
1069 /// Offset indicates the position within AI that is referenced by this
1070 /// instruction.
1071 void SROA::RewriteForScalarRepl(Instruction *I, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1072                                 SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1073   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1074     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1075
1076     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
1077       RewriteBitCast(BC, AI, Offset, NewElts);
1078     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(User)) {
1079       RewriteGEP(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1080     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(User)) {
1081       ConstantInt *Length = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1082       uint64_t MemSize = Length->getZExtValue();
1083       if (Offset == 0 &&
1084           MemSize == TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()))
1085         RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MI, I, AI, NewElts);
1086       // Otherwise the intrinsic can only touch a single element and the
1087       // address operand will be updated, so nothing else needs to be done.
1088     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1089       const Type *LIType = LI->getType();
1090       if (LIType == AI->getAllocatedType()) {
1091         // Replace:
1092         //   %res = load { i32, i32 }* %alloc
1093         // with:
1094         //   %load.0 = load i32* %alloc.0
1095         //   %insert.0 insertvalue { i32, i32 } zeroinitializer, i32 %load.0, 0
1096         //   %load.1 = load i32* %alloc.1
1097         //   %insert = insertvalue { i32, i32 } %insert.0, i32 %load.1, 1
1098         // (Also works for arrays instead of structs)
1099         Value *Insert = UndefValue::get(LIType);
1100         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1101           Value *Load = new LoadInst(NewElts[i], "load", LI);
1102           Insert = InsertValueInst::Create(Insert, Load, i, "insert", LI);
1103         }
1104         LI->replaceAllUsesWith(Insert);
1105         DeadInsts.push_back(LI);
1106       } else if (LIType->isIntegerTy() &&
1107                  TD->getTypeAllocSize(LIType) ==
1108                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1109         // If this is a load of the entire alloca to an integer, rewrite it.
1110         RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LI, AI, NewElts);
1111       }
1112     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
1113       Value *Val = SI->getOperand(0);
1114       const Type *SIType = Val->getType();
1115       if (SIType == AI->getAllocatedType()) {
1116         // Replace:
1117         //   store { i32, i32 } %val, { i32, i32 }* %alloc
1118         // with:
1119         //   %val.0 = extractvalue { i32, i32 } %val, 0
1120         //   store i32 %val.0, i32* %alloc.0
1121         //   %val.1 = extractvalue { i32, i32 } %val, 1
1122         //   store i32 %val.1, i32* %alloc.1
1123         // (Also works for arrays instead of structs)
1124         for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1125           Value *Extract = ExtractValueInst::Create(Val, i, Val->getName(), SI);
1126           new StoreInst(Extract, NewElts[i], SI);
1127         }
1128         DeadInsts.push_back(SI);
1129       } else if (SIType->isIntegerTy() &&
1130                  TD->getTypeAllocSize(SIType) ==
1131                  TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType())) {
1132         // If this is a store of the entire alloca from an integer, rewrite it.
1133         RewriteStoreUserOfWholeAlloca(SI, AI, NewElts);
1134       }
1135     }
1136   }
1137 }
1138
1139 /// RewriteBitCast - Update a bitcast reference to the alloca being replaced
1140 /// and recursively continue updating all of its uses.
1141 void SROA::RewriteBitCast(BitCastInst *BC, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1142                           SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1143   RewriteForScalarRepl(BC, AI, Offset, NewElts);
1144   if (BC->getOperand(0) != AI)
1145     return;
1146
1147   // The bitcast references the original alloca.  Replace its uses with
1148   // references to the first new element alloca.
1149   Instruction *Val = NewElts[0];
1150   if (Val->getType() != BC->getDestTy()) {
1151     Val = new BitCastInst(Val, BC->getDestTy(), "", BC);
1152     Val->takeName(BC);
1153   }
1154   BC->replaceAllUsesWith(Val);
1155   DeadInsts.push_back(BC);
1156 }
1157
1158 /// FindElementAndOffset - Return the index of the element containing Offset
1159 /// within the specified type, which must be either a struct or an array.
1160 /// Sets T to the type of the element and Offset to the offset within that
1161 /// element.  IdxTy is set to the type of the index result to be used in a
1162 /// GEP instruction.
1163 uint64_t SROA::FindElementAndOffset(const Type *&T, uint64_t &Offset,
1164                                     const Type *&IdxTy) {
1165   uint64_t Idx = 0;
1166   if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1167     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(ST);
1168     Idx = Layout->getElementContainingOffset(Offset);
1169     T = ST->getContainedType(Idx);
1170     Offset -= Layout->getElementOffset(Idx);
1171     IdxTy = Type::getInt32Ty(T->getContext());
1172     return Idx;
1173   }
1174   const ArrayType *AT = cast<ArrayType>(T);
1175   T = AT->getElementType();
1176   uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(T);
1177   Idx = Offset / EltSize;
1178   Offset -= Idx * EltSize;
1179   IdxTy = Type::getInt64Ty(T->getContext());
1180   return Idx;
1181 }
1182
1183 /// RewriteGEP - Check if this GEP instruction moves the pointer across
1184 /// elements of the alloca that are being split apart, and if so, rewrite
1185 /// the GEP to be relative to the new element.
1186 void SROA::RewriteGEP(GetElementPtrInst *GEPI, AllocaInst *AI, uint64_t Offset,
1187                       SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1188   uint64_t OldOffset = Offset;
1189   SmallVector<Value*, 8> Indices(GEPI->op_begin() + 1, GEPI->op_end());
1190   Offset += TD->getIndexedOffset(GEPI->getPointerOperandType(),
1191                                  &Indices[0], Indices.size());
1192
1193   RewriteForScalarRepl(GEPI, AI, Offset, NewElts);
1194
1195   const Type *T = AI->getAllocatedType();
1196   const Type *IdxTy;
1197   uint64_t OldIdx = FindElementAndOffset(T, OldOffset, IdxTy);
1198   if (GEPI->getOperand(0) == AI)
1199     OldIdx = ~0ULL; // Force the GEP to be rewritten.
1200
1201   T = AI->getAllocatedType();
1202   uint64_t EltOffset = Offset;
1203   uint64_t Idx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
1204
1205   // If this GEP does not move the pointer across elements of the alloca
1206   // being split, then it does not needs to be rewritten.
1207   if (Idx == OldIdx)
1208     return;
1209
1210   const Type *i32Ty = Type::getInt32Ty(AI->getContext());
1211   SmallVector<Value*, 8> NewArgs;
1212   NewArgs.push_back(Constant::getNullValue(i32Ty));
1213   while (EltOffset != 0) {
1214     uint64_t EltIdx = FindElementAndOffset(T, EltOffset, IdxTy);
1215     NewArgs.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, EltIdx));
1216   }
1217   Instruction *Val = NewElts[Idx];
1218   if (NewArgs.size() > 1) {
1219     Val = GetElementPtrInst::CreateInBounds(Val, NewArgs.begin(),
1220                                             NewArgs.end(), "", GEPI);
1221     Val->takeName(GEPI);
1222   }
1223   if (Val->getType() != GEPI->getType())
1224     Val = new BitCastInst(Val, GEPI->getType(), Val->getName(), GEPI);
1225   GEPI->replaceAllUsesWith(Val);
1226   DeadInsts.push_back(GEPI);
1227 }
1228
1229 /// RewriteMemIntrinUserOfAlloca - MI is a memcpy/memset/memmove from or to AI.
1230 /// Rewrite it to copy or set the elements of the scalarized memory.
1231 void SROA::RewriteMemIntrinUserOfAlloca(MemIntrinsic *MI, Instruction *Inst,
1232                                         AllocaInst *AI,
1233                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1234   // If this is a memcpy/memmove, construct the other pointer as the
1235   // appropriate type.  The "Other" pointer is the pointer that goes to memory
1236   // that doesn't have anything to do with the alloca that we are promoting. For
1237   // memset, this Value* stays null.
1238   Value *OtherPtr = 0;
1239   LLVMContext &Context = MI->getContext();
1240   unsigned MemAlignment = MI->getAlignment();
1241   if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI)) { // memmove/memcopy
1242     if (Inst == MTI->getRawDest())
1243       OtherPtr = MTI->getRawSource();
1244     else {
1245       assert(Inst == MTI->getRawSource());
1246       OtherPtr = MTI->getRawDest();
1247     }
1248   }
1249
1250   // If there is an other pointer, we want to convert it to the same pointer
1251   // type as AI has, so we can GEP through it safely.
1252   if (OtherPtr) {
1253
1254     // Remove bitcasts and all-zero GEPs from OtherPtr.  This is an
1255     // optimization, but it's also required to detect the corner case where
1256     // both pointer operands are referencing the same memory, and where
1257     // OtherPtr may be a bitcast or GEP that currently being rewritten.  (This
1258     // function is only called for mem intrinsics that access the whole
1259     // aggregate, so non-zero GEPs are not an issue here.)
1260     while (1) {
1261       if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(OtherPtr)) {
1262         OtherPtr = BC->getOperand(0);
1263         continue;
1264       }
1265       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(OtherPtr)) {
1266         // All zero GEPs are effectively bitcasts.
1267         if (GEP->hasAllZeroIndices()) {
1268           OtherPtr = GEP->getOperand(0);
1269           continue;
1270         }
1271       }
1272       break;
1273     }
1274     // Copying the alloca to itself is a no-op: just delete it.
1275     if (OtherPtr == AI || OtherPtr == NewElts[0]) {
1276       // This code will run twice for a no-op memcpy -- once for each operand.
1277       // Put only one reference to MI on the DeadInsts list.
1278       for (SmallVector<Value*, 32>::const_iterator I = DeadInsts.begin(),
1279              E = DeadInsts.end(); I != E; ++I)
1280         if (*I == MI) return;
1281       DeadInsts.push_back(MI);
1282       return;
1283     }
1284     
1285     if (ConstantExpr *BCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OtherPtr))
1286       if (BCE->getOpcode() == Instruction::BitCast)
1287         OtherPtr = BCE->getOperand(0);
1288     
1289     // If the pointer is not the right type, insert a bitcast to the right
1290     // type.
1291     if (OtherPtr->getType() != AI->getType())
1292       OtherPtr = new BitCastInst(OtherPtr, AI->getType(), OtherPtr->getName(),
1293                                  MI);
1294   }
1295   
1296   // Process each element of the aggregate.
1297   Value *TheFn = MI->getCalledValue();
1298   const Type *BytePtrTy = MI->getRawDest()->getType();
1299   bool SROADest = MI->getRawDest() == Inst;
1300   
1301   Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(MI->getContext()));
1302
1303   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1304     // If this is a memcpy/memmove, emit a GEP of the other element address.
1305     Value *OtherElt = 0;
1306     unsigned OtherEltAlign = MemAlignment;
1307     
1308     if (OtherPtr) {
1309       Value *Idx[2] = { Zero,
1310                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), i) };
1311       OtherElt = GetElementPtrInst::CreateInBounds(OtherPtr, Idx, Idx + 2,
1312                                               OtherPtr->getName()+"."+Twine(i),
1313                                                    MI);
1314       uint64_t EltOffset;
1315       const PointerType *OtherPtrTy = cast<PointerType>(OtherPtr->getType());
1316       if (const StructType *ST =
1317             dyn_cast<StructType>(OtherPtrTy->getElementType())) {
1318         EltOffset = TD->getStructLayout(ST)->getElementOffset(i);
1319       } else {
1320         const Type *EltTy =
1321           cast<SequentialType>(OtherPtr->getType())->getElementType();
1322         EltOffset = TD->getTypeAllocSize(EltTy)*i;
1323       }
1324       
1325       // The alignment of the other pointer is the guaranteed alignment of the
1326       // element, which is affected by both the known alignment of the whole
1327       // mem intrinsic and the alignment of the element.  If the alignment of
1328       // the memcpy (f.e.) is 32 but the element is at a 4-byte offset, then the
1329       // known alignment is just 4 bytes.
1330       OtherEltAlign = (unsigned)MinAlign(OtherEltAlign, EltOffset);
1331     }
1332     
1333     Value *EltPtr = NewElts[i];
1334     const Type *EltTy = cast<PointerType>(EltPtr->getType())->getElementType();
1335     
1336     // If we got down to a scalar, insert a load or store as appropriate.
1337     if (EltTy->isSingleValueType()) {
1338       if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
1339         if (SROADest) {
1340           // From Other to Alloca.
1341           Value *Elt = new LoadInst(OtherElt, "tmp", false, OtherEltAlign, MI);
1342           new StoreInst(Elt, EltPtr, MI);
1343         } else {
1344           // From Alloca to Other.
1345           Value *Elt = new LoadInst(EltPtr, "tmp", MI);
1346           new StoreInst(Elt, OtherElt, false, OtherEltAlign, MI);
1347         }
1348         continue;
1349       }
1350       assert(isa<MemSetInst>(MI));
1351       
1352       // If the stored element is zero (common case), just store a null
1353       // constant.
1354       Constant *StoreVal;
1355       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getOperand(1))) {
1356         if (CI->isZero()) {
1357           StoreVal = Constant::getNullValue(EltTy);  // 0.0, null, 0, <0,0>
1358         } else {
1359           // If EltTy is a vector type, get the element type.
1360           const Type *ValTy = EltTy->getScalarType();
1361
1362           // Construct an integer with the right value.
1363           unsigned EltSize = TD->getTypeSizeInBits(ValTy);
1364           APInt OneVal(EltSize, CI->getZExtValue());
1365           APInt TotalVal(OneVal);
1366           // Set each byte.
1367           for (unsigned i = 0; 8*i < EltSize; ++i) {
1368             TotalVal = TotalVal.shl(8);
1369             TotalVal |= OneVal;
1370           }
1371           
1372           // Convert the integer value to the appropriate type.
1373           StoreVal = ConstantInt::get(Context, TotalVal);
1374           if (ValTy->isPointerTy())
1375             StoreVal = ConstantExpr::getIntToPtr(StoreVal, ValTy);
1376           else if (ValTy->isFloatingPointTy())
1377             StoreVal = ConstantExpr::getBitCast(StoreVal, ValTy);
1378           assert(StoreVal->getType() == ValTy && "Type mismatch!");
1379           
1380           // If the requested value was a vector constant, create it.
1381           if (EltTy != ValTy) {
1382             unsigned NumElts = cast<VectorType>(ValTy)->getNumElements();
1383             SmallVector<Constant*, 16> Elts(NumElts, StoreVal);
1384             StoreVal = ConstantVector::get(&Elts[0], NumElts);
1385           }
1386         }
1387         new StoreInst(StoreVal, EltPtr, MI);
1388         continue;
1389       }
1390       // Otherwise, if we're storing a byte variable, use a memset call for
1391       // this element.
1392     }
1393     
1394     // Cast the element pointer to BytePtrTy.
1395     if (EltPtr->getType() != BytePtrTy)
1396       EltPtr = new BitCastInst(EltPtr, BytePtrTy, EltPtr->getName(), MI);
1397     
1398     // Cast the other pointer (if we have one) to BytePtrTy. 
1399     if (OtherElt && OtherElt->getType() != BytePtrTy) {
1400       // Preserve address space of OtherElt
1401       const PointerType* OtherPTy = cast<PointerType>(OtherElt->getType());
1402       const PointerType* PTy = cast<PointerType>(BytePtrTy);
1403       if (OtherPTy->getElementType() != PTy->getElementType()) {
1404         Type *NewOtherPTy = PointerType::get(PTy->getElementType(),
1405                                              OtherPTy->getAddressSpace());
1406         OtherElt = new BitCastInst(OtherElt, NewOtherPTy,
1407                                    OtherElt->getNameStr(), MI);
1408       }
1409     }
1410     
1411     unsigned EltSize = TD->getTypeAllocSize(EltTy);
1412     
1413     // Finally, insert the meminst for this element.
1414     if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
1415       Value *Ops[] = {
1416         SROADest ? EltPtr : OtherElt,  // Dest ptr
1417         SROADest ? OtherElt : EltPtr,  // Src ptr
1418         ConstantInt::get(MI->getOperand(2)->getType(), EltSize), // Size
1419         // Align
1420         ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(MI->getContext()), OtherEltAlign),
1421         MI->getVolatileCst()
1422       };
1423       // In case we fold the address space overloaded memcpy of A to B
1424       // with memcpy of B to C, change the function to be a memcpy of A to C.
1425       const Type *Tys[] = { Ops[0]->getType(), Ops[1]->getType(),
1426                             Ops[2]->getType() };
1427       Module *M = MI->getParent()->getParent()->getParent();
1428       TheFn = Intrinsic::getDeclaration(M, MI->getIntrinsicID(), Tys, 3);
1429       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 5, "", MI);
1430     } else {
1431       assert(isa<MemSetInst>(MI));
1432       Value *Ops[] = {
1433         EltPtr, MI->getOperand(1),  // Dest, Value,
1434         ConstantInt::get(MI->getOperand(2)->getType(), EltSize), // Size
1435         Zero,  // Align
1436         ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(MI->getContext()), 0) // isVolatile
1437       };
1438       const Type *Tys[] = { Ops[0]->getType(), Ops[2]->getType() };
1439       Module *M = MI->getParent()->getParent()->getParent();
1440       TheFn = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::memset, Tys, 2);
1441       CallInst::Create(TheFn, Ops, Ops + 5, "", MI);
1442     }
1443   }
1444   DeadInsts.push_back(MI);
1445 }
1446
1447 /// RewriteStoreUserOfWholeAlloca - We found a store of an integer that
1448 /// overwrites the entire allocation.  Extract out the pieces of the stored
1449 /// integer and store them individually.
1450 void SROA::RewriteStoreUserOfWholeAlloca(StoreInst *SI, AllocaInst *AI,
1451                                          SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts){
1452   // Extract each element out of the integer according to its structure offset
1453   // and store the element value to the individual alloca.
1454   Value *SrcVal = SI->getOperand(0);
1455   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
1456   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
1457   
1458   // Handle tail padding by extending the operand
1459   if (TD->getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) != AllocaSizeBits)
1460     SrcVal = new ZExtInst(SrcVal,
1461                           IntegerType::get(SI->getContext(), AllocaSizeBits), 
1462                           "", SI);
1463
1464   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING STORE TO WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *SI
1465                << '\n');
1466
1467   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
1468   // have different ways to compute the element offset.
1469   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
1470     const StructLayout *Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
1471     
1472     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1473       // Get the number of bits to shift SrcVal to get the value.
1474       const Type *FieldTy = EltSTy->getElementType(i);
1475       uint64_t Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
1476       
1477       if (TD->isBigEndian())
1478         Shift = AllocaSizeBits-Shift-TD->getTypeAllocSizeInBits(FieldTy);
1479       
1480       Value *EltVal = SrcVal;
1481       if (Shift) {
1482         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
1483         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
1484                                             "sroa.store.elt", SI);
1485       }
1486       
1487       // Truncate down to an integer of the right size.
1488       uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
1489       
1490       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
1491       if (FieldSizeBits == 0) continue;
1492       
1493       if (FieldSizeBits != AllocaSizeBits)
1494         EltVal = new TruncInst(EltVal,
1495                              IntegerType::get(SI->getContext(), FieldSizeBits),
1496                               "", SI);
1497       Value *DestField = NewElts[i];
1498       if (EltVal->getType() == FieldTy) {
1499         // Storing to an integer field of this size, just do it.
1500       } else if (FieldTy->isFloatingPointTy() || FieldTy->isVectorTy()) {
1501         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
1502         EltVal = new BitCastInst(EltVal, FieldTy, "", SI);
1503       } else {
1504         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
1505         DestField = new BitCastInst(DestField,
1506                               PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
1507                                     "", SI);
1508       }
1509       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
1510     }
1511     
1512   } else {
1513     const ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy);
1514     const Type *ArrayEltTy = ATy->getElementType();
1515     uint64_t ElementOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
1516     uint64_t ElementSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(ArrayEltTy);
1517
1518     uint64_t Shift;
1519     
1520     if (TD->isBigEndian())
1521       Shift = AllocaSizeBits-ElementOffset;
1522     else 
1523       Shift = 0;
1524     
1525     for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1526       // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
1527       if (ElementSizeBits == 0) continue;
1528       
1529       Value *EltVal = SrcVal;
1530       if (Shift) {
1531         Value *ShiftVal = ConstantInt::get(EltVal->getType(), Shift);
1532         EltVal = BinaryOperator::CreateLShr(EltVal, ShiftVal,
1533                                             "sroa.store.elt", SI);
1534       }
1535       
1536       // Truncate down to an integer of the right size.
1537       if (ElementSizeBits != AllocaSizeBits)
1538         EltVal = new TruncInst(EltVal, 
1539                                IntegerType::get(SI->getContext(), 
1540                                                 ElementSizeBits),"",SI);
1541       Value *DestField = NewElts[i];
1542       if (EltVal->getType() == ArrayEltTy) {
1543         // Storing to an integer field of this size, just do it.
1544       } else if (ArrayEltTy->isFloatingPointTy() ||
1545                  ArrayEltTy->isVectorTy()) {
1546         // Bitcast to the right element type (for fp/vector values).
1547         EltVal = new BitCastInst(EltVal, ArrayEltTy, "", SI);
1548       } else {
1549         // Otherwise, bitcast the dest pointer (for aggregates).
1550         DestField = new BitCastInst(DestField,
1551                               PointerType::getUnqual(EltVal->getType()),
1552                                     "", SI);
1553       }
1554       new StoreInst(EltVal, DestField, SI);
1555       
1556       if (TD->isBigEndian())
1557         Shift -= ElementOffset;
1558       else 
1559         Shift += ElementOffset;
1560     }
1561   }
1562   
1563   DeadInsts.push_back(SI);
1564 }
1565
1566 /// RewriteLoadUserOfWholeAlloca - We found a load of the entire allocation to
1567 /// an integer.  Load the individual pieces to form the aggregate value.
1568 void SROA::RewriteLoadUserOfWholeAlloca(LoadInst *LI, AllocaInst *AI,
1569                                         SmallVector<AllocaInst*, 32> &NewElts) {
1570   // Extract each element out of the NewElts according to its structure offset
1571   // and form the result value.
1572   const Type *AllocaEltTy = AI->getAllocatedType();
1573   uint64_t AllocaSizeBits = TD->getTypeAllocSizeInBits(AllocaEltTy);
1574   
1575   DEBUG(dbgs() << "PROMOTING LOAD OF WHOLE ALLOCA: " << *AI << '\n' << *LI
1576                << '\n');
1577   
1578   // There are two forms here: AI could be an array or struct.  Both cases
1579   // have different ways to compute the element offset.
1580   const StructLayout *Layout = 0;
1581   uint64_t ArrayEltBitOffset = 0;
1582   if (const StructType *EltSTy = dyn_cast<StructType>(AllocaEltTy)) {
1583     Layout = TD->getStructLayout(EltSTy);
1584   } else {
1585     const Type *ArrayEltTy = cast<ArrayType>(AllocaEltTy)->getElementType();
1586     ArrayEltBitOffset = TD->getTypeAllocSizeInBits(ArrayEltTy);
1587   }    
1588   
1589   Value *ResultVal = 
1590     Constant::getNullValue(IntegerType::get(LI->getContext(), AllocaSizeBits));
1591   
1592   for (unsigned i = 0, e = NewElts.size(); i != e; ++i) {
1593     // Load the value from the alloca.  If the NewElt is an aggregate, cast
1594     // the pointer to an integer of the same size before doing the load.
1595     Value *SrcField = NewElts[i];
1596     const Type *FieldTy =
1597       cast<PointerType>(SrcField->getType())->getElementType();
1598     uint64_t FieldSizeBits = TD->getTypeSizeInBits(FieldTy);
1599     
1600     // Ignore zero sized fields like {}, they obviously contain no data.
1601     if (FieldSizeBits == 0) continue;
1602     
1603     const IntegerType *FieldIntTy = IntegerType::get(LI->getContext(), 
1604                                                      FieldSizeBits);
1605     if (!FieldTy->isIntegerTy() && !FieldTy->isFloatingPointTy() &&
1606         !FieldTy->isVectorTy())
1607       SrcField = new BitCastInst(SrcField,
1608                                  PointerType::getUnqual(FieldIntTy),
1609                                  "", LI);
1610     SrcField = new LoadInst(SrcField, "sroa.load.elt", LI);
1611
1612     // If SrcField is a fp or vector of the right size but that isn't an
1613     // integer type, bitcast to an integer so we can shift it.
1614     if (SrcField->getType() != FieldIntTy)
1615       SrcField = new BitCastInst(SrcField, FieldIntTy, "", LI);
1616
1617     // Zero extend the field to be the same size as the final alloca so that
1618     // we can shift and insert it.
1619     if (SrcField->getType() != ResultVal->getType())
1620       SrcField = new ZExtInst(SrcField, ResultVal->getType(), "", LI);
1621     
1622     // Determine the number of bits to shift SrcField.
1623     uint64_t Shift;
1624     if (Layout) // Struct case.
1625       Shift = Layout->getElementOffsetInBits(i);
1626     else  // Array case.
1627       Shift = i*ArrayEltBitOffset;
1628     
1629     if (TD->isBigEndian())
1630       Shift = AllocaSizeBits-Shift-FieldIntTy->getBitWidth();
1631     
1632     if (Shift) {
1633       Value *ShiftVal = ConstantInt::get(SrcField->getType(), Shift);
1634       SrcField = BinaryOperator::CreateShl(SrcField, ShiftVal, "", LI);
1635     }
1636
1637     ResultVal = BinaryOperator::CreateOr(SrcField, ResultVal, "", LI);
1638   }
1639
1640   // Handle tail padding by truncating the result
1641   if (TD->getTypeSizeInBits(LI->getType()) != AllocaSizeBits)
1642     ResultVal = new TruncInst(ResultVal, LI->getType(), "", LI);
1643
1644   LI->replaceAllUsesWith(ResultVal);
1645   DeadInsts.push_back(LI);
1646 }
1647
1648 /// HasPadding - Return true if the specified type has any structure or
1649 /// alignment padding, false otherwise.
1650 static bool HasPadding(const Type *Ty, const TargetData &TD) {
1651   if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
1652     const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(STy);
1653     unsigned PrevFieldBitOffset = 0;
1654     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1655       unsigned FieldBitOffset = SL->getElementOffsetInBits(i);
1656
1657       // Padding in sub-elements?
1658       if (HasPadding(STy->getElementType(i), TD))
1659         return true;
1660
1661       // Check to see if there is any padding between this element and the
1662       // previous one.
1663       if (i) {
1664         unsigned PrevFieldEnd =
1665         PrevFieldBitOffset+TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(i-1));
1666         if (PrevFieldEnd < FieldBitOffset)
1667           return true;
1668       }
1669
1670       PrevFieldBitOffset = FieldBitOffset;
1671     }
1672
1673     //  Check for tail padding.
1674     if (unsigned EltCount = STy->getNumElements()) {
1675       unsigned PrevFieldEnd = PrevFieldBitOffset +
1676                    TD.getTypeSizeInBits(STy->getElementType(EltCount-1));
1677       if (PrevFieldEnd < SL->getSizeInBits())
1678         return true;
1679     }
1680
1681   } else if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
1682     return HasPadding(ATy->getElementType(), TD);
1683   } else if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(Ty)) {
1684     return HasPadding(VTy->getElementType(), TD);
1685   }
1686   return TD.getTypeSizeInBits(Ty) != TD.getTypeAllocSizeInBits(Ty);
1687 }
1688
1689 /// isSafeStructAllocaToScalarRepl - Check to see if the specified allocation of
1690 /// an aggregate can be broken down into elements.  Return 0 if not, 3 if safe,
1691 /// or 1 if safe after canonicalization has been performed.
1692 bool SROA::isSafeAllocaToScalarRepl(AllocaInst *AI) {
1693   // Loop over the use list of the alloca.  We can only transform it if all of
1694   // the users are safe to transform.
1695   AllocaInfo Info;
1696   
1697   isSafeForScalarRepl(AI, AI, 0, Info);
1698   if (Info.isUnsafe) {
1699     DEBUG(dbgs() << "Cannot transform: " << *AI << '\n');
1700     return false;
1701   }
1702   
1703   // Okay, we know all the users are promotable.  If the aggregate is a memcpy
1704   // source and destination, we have to be careful.  In particular, the memcpy
1705   // could be moving around elements that live in structure padding of the LLVM
1706   // types, but may actually be used.  In these cases, we refuse to promote the
1707   // struct.
1708   if (Info.isMemCpySrc && Info.isMemCpyDst &&
1709       HasPadding(AI->getAllocatedType(), *TD))
1710     return false;
1711
1712   return true;
1713 }
1714
1715
1716
1717 /// PointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
1718 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
1719 /// constant expressions because we don't can't rewrite arbitrary instructions.
1720 static bool PointsToConstantGlobal(Value *V) {
1721   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
1722     return GV->isConstant();
1723   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
1724     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast || 
1725         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
1726       return PointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
1727   return false;
1728 }
1729
1730 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
1731 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
1732 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
1733 /// track of whether it moves the pointer (with isOffset) but otherwise traverse
1734 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
1735 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant  global, we
1736 /// can optimize this.
1737 static bool isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, MemTransferInst *&TheCopy,
1738                                            bool isOffset) {
1739   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI!=E; ++UI) {
1740     User *U = cast<Instruction>(*UI);
1741
1742     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U))
1743       // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
1744       if (!LI->isVolatile())
1745         continue;
1746     
1747     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
1748       // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
1749       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(BCI, TheCopy, isOffset))
1750         return false;
1751       continue;
1752     }
1753     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
1754       // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer.  If it
1755       // doesn't, it does.
1756       if (!isOnlyCopiedFromConstantGlobal(GEP, TheCopy,
1757                                          isOffset || !GEP->hasAllZeroIndices()))
1758         return false;
1759       continue;
1760     }
1761     
1762     // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
1763     // handle.
1764     MemTransferInst *MI = dyn_cast<MemTransferInst>(U);
1765     if (MI == 0)
1766       return false;
1767
1768     // If we already have seen a copy, reject the second one.
1769     if (TheCopy) return false;
1770     
1771     // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
1772     // safely handle this.
1773     if (isOffset) return false;
1774
1775     // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
1776     if (UI.getOperandNo() != 0) return false;
1777     
1778     // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
1779     if (!PointsToConstantGlobal(MI->getSource()))
1780       return false;
1781     
1782     // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
1783     TheCopy = MI;
1784   }
1785   return true;
1786 }
1787
1788 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
1789 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
1790 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
1791 MemTransferInst *SROA::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI) {
1792   MemTransferInst *TheCopy = 0;
1793   if (::isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, false))
1794     return TheCopy;
1795   return 0;
1796 }