63210487c8e35431d4768f851ec8a036757a182f
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / DeadArgumentElimination.cpp
1 //===-- DeadArgumentElimination.cpp - Eliminate dead arguments ------------===//
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 pass deletes dead arguments from internal functions.  Dead argument
11 // elimination removes arguments which are directly dead, as well as arguments
12 // only passed into function calls as dead arguments of other functions.  This
13 // pass also deletes dead return values in a similar way.
14 //
15 // This pass is often useful as a cleanup pass to run after aggressive
16 // interprocedural passes, which add possibly-dead arguments or return values.
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #define DEBUG_TYPE "deadargelim"
21 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
22 #include "llvm/CallingConv.h"
23 #include "llvm/Constant.h"
24 #include "llvm/DerivedTypes.h"
25 #include "llvm/Instructions.h"
26 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
27 #include "llvm/LLVMContext.h"
28 #include "llvm/Module.h"
29 #include "llvm/Pass.h"
30 #include "llvm/Support/CallSite.h"
31 #include "llvm/Support/Debug.h"
32 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
33 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
35 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
36 #include "llvm/Support/Compiler.h"
37 #include <map>
38 #include <set>
39 using namespace llvm;
40
41 STATISTIC(NumArgumentsEliminated, "Number of unread args removed");
42 STATISTIC(NumRetValsEliminated  , "Number of unused return values removed");
43
44 namespace {
45   /// DAE - The dead argument elimination pass.
46   ///
47   class VISIBILITY_HIDDEN DAE : public ModulePass {
48   public:
49
50     /// Struct that represents (part of) either a return value or a function
51     /// argument.  Used so that arguments and return values can be used
52     /// interchangably.
53     struct RetOrArg {
54       RetOrArg(const Function* F, unsigned Idx, bool IsArg) : F(F), Idx(Idx),
55                IsArg(IsArg) {}
56       const Function *F;
57       unsigned Idx;
58       bool IsArg;
59
60       /// Make RetOrArg comparable, so we can put it into a map.
61       bool operator<(const RetOrArg &O) const {
62         if (F != O.F)
63           return F < O.F;
64         else if (Idx != O.Idx)
65           return Idx < O.Idx;
66         else
67           return IsArg < O.IsArg;
68       }
69
70       /// Make RetOrArg comparable, so we can easily iterate the multimap.
71       bool operator==(const RetOrArg &O) const {
72         return F == O.F && Idx == O.Idx && IsArg == O.IsArg;
73       }
74
75       std::string getDescription() const {
76         return std::string((IsArg ? "Argument #" : "Return value #")) 
77                + utostr(Idx) + " of function " + F->getNameStr();
78       }
79     };
80
81     /// Liveness enum - During our initial pass over the program, we determine
82     /// that things are either alive or maybe alive. We don't mark anything
83     /// explicitly dead (even if we know they are), since anything not alive
84     /// with no registered uses (in Uses) will never be marked alive and will
85     /// thus become dead in the end.
86     enum Liveness { Live, MaybeLive };
87
88     /// Convenience wrapper
89     RetOrArg CreateRet(const Function *F, unsigned Idx) {
90       return RetOrArg(F, Idx, false);
91     }
92     /// Convenience wrapper
93     RetOrArg CreateArg(const Function *F, unsigned Idx) {
94       return RetOrArg(F, Idx, true);
95     }
96
97     typedef std::multimap<RetOrArg, RetOrArg> UseMap;
98     /// This maps a return value or argument to any MaybeLive return values or
99     /// arguments it uses. This allows the MaybeLive values to be marked live
100     /// when any of its users is marked live.
101     /// For example (indices are left out for clarity):
102     ///  - Uses[ret F] = ret G
103     ///    This means that F calls G, and F returns the value returned by G.
104     ///  - Uses[arg F] = ret G
105     ///    This means that some function calls G and passes its result as an
106     ///    argument to F.
107     ///  - Uses[ret F] = arg F
108     ///    This means that F returns one of its own arguments.
109     ///  - Uses[arg F] = arg G
110     ///    This means that G calls F and passes one of its own (G's) arguments
111     ///    directly to F.
112     UseMap Uses;
113
114     typedef std::set<RetOrArg> LiveSet;
115     typedef std::set<const Function*> LiveFuncSet;
116
117     /// This set contains all values that have been determined to be live.
118     LiveSet LiveValues;
119     /// This set contains all values that are cannot be changed in any way.
120     LiveFuncSet LiveFunctions;
121
122     typedef SmallVector<RetOrArg, 5> UseVector;
123
124   public:
125     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
126     DAE() : ModulePass(&ID) {}
127     bool runOnModule(Module &M);
128
129     virtual bool ShouldHackArguments() const { return false; }
130
131   private:
132     Liveness MarkIfNotLive(RetOrArg Use, UseVector &MaybeLiveUses);
133     Liveness SurveyUse(Value::use_iterator U, UseVector &MaybeLiveUses,
134                        unsigned RetValNum = 0);
135     Liveness SurveyUses(Value *V, UseVector &MaybeLiveUses);
136
137     void SurveyFunction(Function &F);
138     void MarkValue(const RetOrArg &RA, Liveness L,
139                    const UseVector &MaybeLiveUses);
140     void MarkLive(const RetOrArg &RA);
141     void MarkLive(const Function &F);
142     void PropagateLiveness(const RetOrArg &RA);
143     bool RemoveDeadStuffFromFunction(Function *F);
144     bool DeleteDeadVarargs(Function &Fn);
145   };
146 }
147
148
149 char DAE::ID = 0;
150 static RegisterPass<DAE>
151 X("deadargelim", "Dead Argument Elimination");
152
153 namespace {
154   /// DAH - DeadArgumentHacking pass - Same as dead argument elimination, but
155   /// deletes arguments to functions which are external.  This is only for use
156   /// by bugpoint.
157   struct DAH : public DAE {
158     static char ID;
159     virtual bool ShouldHackArguments() const { return true; }
160   };
161 }
162
163 char DAH::ID = 0;
164 static RegisterPass<DAH>
165 Y("deadarghaX0r", "Dead Argument Hacking (BUGPOINT USE ONLY; DO NOT USE)");
166
167 /// createDeadArgEliminationPass - This pass removes arguments from functions
168 /// which are not used by the body of the function.
169 ///
170 ModulePass *llvm::createDeadArgEliminationPass() { return new DAE(); }
171 ModulePass *llvm::createDeadArgHackingPass() { return new DAH(); }
172
173 /// DeleteDeadVarargs - If this is an function that takes a ... list, and if
174 /// llvm.vastart is never called, the varargs list is dead for the function.
175 bool DAE::DeleteDeadVarargs(Function &Fn) {
176   assert(Fn.getFunctionType()->isVarArg() && "Function isn't varargs!");
177   if (Fn.isDeclaration() || !Fn.hasLocalLinkage()) return false;
178
179   // Ensure that the function is only directly called.
180   if (Fn.hasAddressTaken())
181     return false;
182
183   // Okay, we know we can transform this function if safe.  Scan its body
184   // looking for calls to llvm.vastart.
185   for (Function::iterator BB = Fn.begin(), E = Fn.end(); BB != E; ++BB) {
186     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
187       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
188         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::vastart)
189           return false;
190       }
191     }
192   }
193
194   // If we get here, there are no calls to llvm.vastart in the function body,
195   // remove the "..." and adjust all the calls.
196
197   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
198   // the old function, but doesn't have isVarArg set.
199   const FunctionType *FTy = Fn.getFunctionType();
200   LLVMContext &Context = FTy->getContext();
201   
202   std::vector<const Type*> Params(FTy->param_begin(), FTy->param_end());
203   FunctionType *NFTy = Context.getFunctionType(FTy->getReturnType(),
204                                                 Params, false);
205   unsigned NumArgs = Params.size();
206
207   // Create the new function body and insert it into the module...
208   Function *NF = Function::Create(NFTy, Fn.getLinkage());
209   NF->copyAttributesFrom(&Fn);
210   Fn.getParent()->getFunctionList().insert(&Fn, NF);
211   NF->takeName(&Fn);
212
213   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
214   // to pass in a smaller number of arguments into the new function.
215   //
216   std::vector<Value*> Args;
217   while (!Fn.use_empty()) {
218     CallSite CS = CallSite::get(Fn.use_back());
219     Instruction *Call = CS.getInstruction();
220
221     // Pass all the same arguments.
222     Args.assign(CS.arg_begin(), CS.arg_begin()+NumArgs);
223
224     // Drop any attributes that were on the vararg arguments.
225     AttrListPtr PAL = CS.getAttributes();
226     if (!PAL.isEmpty() && PAL.getSlot(PAL.getNumSlots() - 1).Index > NumArgs) {
227       SmallVector<AttributeWithIndex, 8> AttributesVec;
228       for (unsigned i = 0; PAL.getSlot(i).Index <= NumArgs; ++i)
229         AttributesVec.push_back(PAL.getSlot(i));
230       if (Attributes FnAttrs = PAL.getFnAttributes()) 
231         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, FnAttrs));
232       PAL = AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(), AttributesVec.end());
233     }
234
235     Instruction *New;
236     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
237       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
238                                Args.begin(), Args.end(), "", Call);
239       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
240       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(PAL);
241     } else {
242       New = CallInst::Create(NF, Args.begin(), Args.end(), "", Call);
243       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
244       cast<CallInst>(New)->setAttributes(PAL);
245       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
246         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
247     }
248     Args.clear();
249
250     if (!Call->use_empty())
251       Call->replaceAllUsesWith(New);
252
253     New->takeName(Call);
254
255     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
256     // F.
257     Call->eraseFromParent();
258   }
259
260   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
261   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
262   // function empty.
263   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), Fn.getBasicBlockList());
264
265   // Loop over the argument list, transfering uses of the old arguments over to
266   // the new arguments, also transfering over the names as well.  While we're at
267   // it, remove the dead arguments from the DeadArguments list.
268   //
269   for (Function::arg_iterator I = Fn.arg_begin(), E = Fn.arg_end(),
270        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I, ++I2) {
271     // Move the name and users over to the new version.
272     I->replaceAllUsesWith(I2);
273     I2->takeName(I);
274   }
275
276   // Finally, nuke the old function.
277   Fn.eraseFromParent();
278   return true;
279 }
280
281 /// Convenience function that returns the number of return values. It returns 0
282 /// for void functions and 1 for functions not returning a struct. It returns
283 /// the number of struct elements for functions returning a struct.
284 static unsigned NumRetVals(const Function *F) {
285   if (F->getReturnType() == Type::VoidTy)
286     return 0;
287   else if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(F->getReturnType()))
288     return STy->getNumElements();
289   else
290     return 1;
291 }
292
293 /// MarkIfNotLive - This checks Use for liveness in LiveValues. If Use is not
294 /// live, it adds Use to the MaybeLiveUses argument. Returns the determined
295 /// liveness of Use.
296 DAE::Liveness DAE::MarkIfNotLive(RetOrArg Use, UseVector &MaybeLiveUses) {
297   // We're live if our use or its Function is already marked as live.
298   if (LiveFunctions.count(Use.F) || LiveValues.count(Use))
299     return Live;
300
301   // We're maybe live otherwise, but remember that we must become live if
302   // Use becomes live.
303   MaybeLiveUses.push_back(Use);
304   return MaybeLive;
305 }
306
307
308 /// SurveyUse - This looks at a single use of an argument or return value
309 /// and determines if it should be alive or not. Adds this use to MaybeLiveUses
310 /// if it causes the used value to become MaybeAlive.
311 ///
312 /// RetValNum is the return value number to use when this use is used in a
313 /// return instruction. This is used in the recursion, you should always leave
314 /// it at 0.
315 DAE::Liveness DAE::SurveyUse(Value::use_iterator U, UseVector &MaybeLiveUses,
316                              unsigned RetValNum) {
317     Value *V = *U;
318     if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(V)) {
319       // The value is returned from a function. It's only live when the
320       // function's return value is live. We use RetValNum here, for the case
321       // that U is really a use of an insertvalue instruction that uses the
322       // orginal Use.
323       RetOrArg Use = CreateRet(RI->getParent()->getParent(), RetValNum);
324       // We might be live, depending on the liveness of Use.
325       return MarkIfNotLive(Use, MaybeLiveUses);
326     }
327     if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
328       if (U.getOperandNo() != InsertValueInst::getAggregateOperandIndex()
329           && IV->hasIndices())
330         // The use we are examining is inserted into an aggregate. Our liveness
331         // depends on all uses of that aggregate, but if it is used as a return
332         // value, only index at which we were inserted counts.
333         RetValNum = *IV->idx_begin();
334
335       // Note that if we are used as the aggregate operand to the insertvalue,
336       // we don't change RetValNum, but do survey all our uses.
337
338       Liveness Result = MaybeLive;
339       for (Value::use_iterator I = IV->use_begin(),
340            E = V->use_end(); I != E; ++I) {
341         Result = SurveyUse(I, MaybeLiveUses, RetValNum);
342         if (Result == Live)
343           break;
344       }
345       return Result;
346     }
347     CallSite CS = CallSite::get(V);
348     if (CS.getInstruction()) {
349       Function *F = CS.getCalledFunction();
350       if (F) {
351         // Used in a direct call.
352   
353         // Find the argument number. We know for sure that this use is an
354         // argument, since if it was the function argument this would be an
355         // indirect call and the we know can't be looking at a value of the
356         // label type (for the invoke instruction).
357         unsigned ArgNo = CS.getArgumentNo(U.getOperandNo());
358
359         if (ArgNo >= F->getFunctionType()->getNumParams())
360           // The value is passed in through a vararg! Must be live.
361           return Live;
362
363         assert(CS.getArgument(ArgNo) 
364                == CS.getInstruction()->getOperand(U.getOperandNo()) 
365                && "Argument is not where we expected it");
366
367         // Value passed to a normal call. It's only live when the corresponding
368         // argument to the called function turns out live.
369         RetOrArg Use = CreateArg(F, ArgNo);
370         return MarkIfNotLive(Use, MaybeLiveUses);
371       }
372     }
373     // Used in any other way? Value must be live.
374     return Live;
375 }
376
377 /// SurveyUses - This looks at all the uses of the given value
378 /// Returns the Liveness deduced from the uses of this value.
379 ///
380 /// Adds all uses that cause the result to be MaybeLive to MaybeLiveRetUses. If
381 /// the result is Live, MaybeLiveUses might be modified but its content should
382 /// be ignored (since it might not be complete).
383 DAE::Liveness DAE::SurveyUses(Value *V, UseVector &MaybeLiveUses) {
384   // Assume it's dead (which will only hold if there are no uses at all..).
385   Liveness Result = MaybeLive;
386   // Check each use.
387   for (Value::use_iterator I = V->use_begin(),
388        E = V->use_end(); I != E; ++I) {
389     Result = SurveyUse(I, MaybeLiveUses);
390     if (Result == Live)
391       break;
392   }
393   return Result;
394 }
395
396 // SurveyFunction - This performs the initial survey of the specified function,
397 // checking out whether or not it uses any of its incoming arguments or whether
398 // any callers use the return value.  This fills in the LiveValues set and Uses
399 // map.
400 //
401 // We consider arguments of non-internal functions to be intrinsically alive as
402 // well as arguments to functions which have their "address taken".
403 //
404 void DAE::SurveyFunction(Function &F) {
405   unsigned RetCount = NumRetVals(&F);
406   // Assume all return values are dead
407   typedef SmallVector<Liveness, 5> RetVals;
408   RetVals RetValLiveness(RetCount, MaybeLive);
409
410   typedef SmallVector<UseVector, 5> RetUses;
411   // These vectors map each return value to the uses that make it MaybeLive, so
412   // we can add those to the Uses map if the return value really turns out to be
413   // MaybeLive. Initialized to a list of RetCount empty lists.
414   RetUses MaybeLiveRetUses(RetCount);
415
416   for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
417     if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator()))
418       if (RI->getNumOperands() != 0 && RI->getOperand(0)->getType()
419           != F.getFunctionType()->getReturnType()) {
420         // We don't support old style multiple return values.
421         MarkLive(F);
422         return;
423       }
424
425   if (!F.hasLocalLinkage() && (!ShouldHackArguments() || F.isIntrinsic())) {
426     MarkLive(F);
427     return;
428   }
429
430   DEBUG(errs() << "DAE - Inspecting callers for fn: " << F.getName() << "\n");
431   // Keep track of the number of live retvals, so we can skip checks once all
432   // of them turn out to be live.
433   unsigned NumLiveRetVals = 0;
434   const Type *STy = dyn_cast<StructType>(F.getReturnType());
435   // Loop all uses of the function.
436   for (Value::use_iterator I = F.use_begin(), E = F.use_end(); I != E; ++I) {
437     // If the function is PASSED IN as an argument, its address has been
438     // taken.
439     CallSite CS = CallSite::get(*I);
440     if (!CS.getInstruction() || !CS.isCallee(I)) {
441       MarkLive(F);
442       return;
443     }
444
445     // If this use is anything other than a call site, the function is alive.
446     Instruction *TheCall = CS.getInstruction();
447     if (!TheCall) {   // Not a direct call site?
448       MarkLive(F);
449       return;
450     }
451
452     // If we end up here, we are looking at a direct call to our function.
453
454     // Now, check how our return value(s) is/are used in this caller. Don't
455     // bother checking return values if all of them are live already.
456     if (NumLiveRetVals != RetCount) {
457       if (STy) {
458         // Check all uses of the return value.
459         for (Value::use_iterator I = TheCall->use_begin(),
460              E = TheCall->use_end(); I != E; ++I) {
461           ExtractValueInst *Ext = dyn_cast<ExtractValueInst>(*I);
462           if (Ext && Ext->hasIndices()) {
463             // This use uses a part of our return value, survey the uses of
464             // that part and store the results for this index only.
465             unsigned Idx = *Ext->idx_begin();
466             if (RetValLiveness[Idx] != Live) {
467               RetValLiveness[Idx] = SurveyUses(Ext, MaybeLiveRetUses[Idx]);
468               if (RetValLiveness[Idx] == Live)
469                 NumLiveRetVals++;
470             }
471           } else {
472             // Used by something else than extractvalue. Mark all return
473             // values as live.
474             for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i )
475               RetValLiveness[i] = Live;
476             NumLiveRetVals = RetCount;
477             break;
478           }
479         }
480       } else {
481         // Single return value
482         RetValLiveness[0] = SurveyUses(TheCall, MaybeLiveRetUses[0]);
483         if (RetValLiveness[0] == Live)
484           NumLiveRetVals = RetCount;
485       }
486     }
487   }
488
489   // Now we've inspected all callers, record the liveness of our return values.
490   for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
491     MarkValue(CreateRet(&F, i), RetValLiveness[i], MaybeLiveRetUses[i]);
492
493   DEBUG(errs() << "DAE - Inspecting args for fn: " << F.getName() << "\n");
494
495   // Now, check all of our arguments.
496   unsigned i = 0;
497   UseVector MaybeLiveArgUses;
498   for (Function::arg_iterator AI = F.arg_begin(),
499        E = F.arg_end(); AI != E; ++AI, ++i) {
500     // See what the effect of this use is (recording any uses that cause
501     // MaybeLive in MaybeLiveArgUses).
502     Liveness Result = SurveyUses(AI, MaybeLiveArgUses);
503     // Mark the result.
504     MarkValue(CreateArg(&F, i), Result, MaybeLiveArgUses);
505     // Clear the vector again for the next iteration.
506     MaybeLiveArgUses.clear();
507   }
508 }
509
510 /// MarkValue - This function marks the liveness of RA depending on L. If L is
511 /// MaybeLive, it also takes all uses in MaybeLiveUses and records them in Uses,
512 /// such that RA will be marked live if any use in MaybeLiveUses gets marked
513 /// live later on.
514 void DAE::MarkValue(const RetOrArg &RA, Liveness L,
515                     const UseVector &MaybeLiveUses) {
516   switch (L) {
517     case Live: MarkLive(RA); break;
518     case MaybeLive:
519     {
520       // Note any uses of this value, so this return value can be
521       // marked live whenever one of the uses becomes live.
522       for (UseVector::const_iterator UI = MaybeLiveUses.begin(),
523            UE = MaybeLiveUses.end(); UI != UE; ++UI)
524         Uses.insert(std::make_pair(*UI, RA));
525       break;
526     }
527   }
528 }
529
530 /// MarkLive - Mark the given Function as alive, meaning that it cannot be
531 /// changed in any way. Additionally,
532 /// mark any values that are used as this function's parameters or by its return
533 /// values (according to Uses) live as well.
534 void DAE::MarkLive(const Function &F) {
535   DEBUG(errs() << "DAE - Intrinsically live fn: " << F.getName() << "\n");
536     // Mark the function as live.
537     LiveFunctions.insert(&F);
538     // Mark all arguments as live.
539     for (unsigned i = 0, e = F.arg_size(); i != e; ++i)
540       PropagateLiveness(CreateArg(&F, i));
541     // Mark all return values as live.
542     for (unsigned i = 0, e = NumRetVals(&F); i != e; ++i)
543       PropagateLiveness(CreateRet(&F, i));
544 }
545
546 /// MarkLive - Mark the given return value or argument as live. Additionally,
547 /// mark any values that are used by this value (according to Uses) live as
548 /// well.
549 void DAE::MarkLive(const RetOrArg &RA) {
550   if (LiveFunctions.count(RA.F))
551     return; // Function was already marked Live.
552
553   if (!LiveValues.insert(RA).second)
554     return; // We were already marked Live.
555
556   DOUT << "DAE - Marking " << RA.getDescription() << " live\n";
557   PropagateLiveness(RA);
558 }
559
560 /// PropagateLiveness - Given that RA is a live value, propagate it's liveness
561 /// to any other values it uses (according to Uses).
562 void DAE::PropagateLiveness(const RetOrArg &RA) {
563   // We don't use upper_bound (or equal_range) here, because our recursive call
564   // to ourselves is likely to cause the upper_bound (which is the first value
565   // not belonging to RA) to become erased and the iterator invalidated.
566   UseMap::iterator Begin = Uses.lower_bound(RA);
567   UseMap::iterator E = Uses.end();
568   UseMap::iterator I;
569   for (I = Begin; I != E && I->first == RA; ++I)
570     MarkLive(I->second);
571
572   // Erase RA from the Uses map (from the lower bound to wherever we ended up
573   // after the loop).
574   Uses.erase(Begin, I);
575 }
576
577 // RemoveDeadStuffFromFunction - Remove any arguments and return values from F
578 // that are not in LiveValues. Transform the function and all of the callees of
579 // the function to not have these arguments and return values.
580 //
581 bool DAE::RemoveDeadStuffFromFunction(Function *F) {
582   // Don't modify fully live functions
583   if (LiveFunctions.count(F))
584     return false;
585
586   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
587   // the old function, but has fewer arguments and a different return type.
588   const FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
589   std::vector<const Type*> Params;
590
591   // Set up to build a new list of parameter attributes.
592   SmallVector<AttributeWithIndex, 8> AttributesVec;
593   const AttrListPtr &PAL = F->getAttributes();
594
595   // The existing function return attributes.
596   Attributes RAttrs = PAL.getRetAttributes();
597   Attributes FnAttrs = PAL.getFnAttributes();
598
599   // Find out the new return value.
600
601   const Type *RetTy = FTy->getReturnType();
602   const Type *NRetTy = NULL;
603   unsigned RetCount = NumRetVals(F);
604   
605   LLVMContext &Context = RetTy->getContext();
606   
607   // -1 means unused, other numbers are the new index
608   SmallVector<int, 5> NewRetIdxs(RetCount, -1);
609   std::vector<const Type*> RetTypes;
610   if (RetTy == Type::VoidTy) {
611     NRetTy = Type::VoidTy;
612   } else {
613     const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(RetTy);
614     if (STy)
615       // Look at each of the original return values individually.
616       for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i) {
617         RetOrArg Ret = CreateRet(F, i);
618         if (LiveValues.erase(Ret)) {
619           RetTypes.push_back(STy->getElementType(i));
620           NewRetIdxs[i] = RetTypes.size() - 1;
621         } else {
622           ++NumRetValsEliminated;
623           DEBUG(errs() << "DAE - Removing return value " << i << " from "
624                 << F->getName() << "\n");
625         }
626       }
627     else
628       // We used to return a single value.
629       if (LiveValues.erase(CreateRet(F, 0))) {
630         RetTypes.push_back(RetTy);
631         NewRetIdxs[0] = 0;
632       } else {
633         DEBUG(errs() << "DAE - Removing return value from " << F->getName()
634               << "\n");
635         ++NumRetValsEliminated;
636       }
637     if (RetTypes.size() > 1)
638       // More than one return type? Return a struct with them. Also, if we used
639       // to return a struct and didn't change the number of return values,
640       // return a struct again. This prevents changing {something} into
641       // something and {} into void.
642       // Make the new struct packed if we used to return a packed struct
643       // already.
644       NRetTy = Context.getStructType(RetTypes, STy->isPacked());
645     else if (RetTypes.size() == 1)
646       // One return type? Just a simple value then, but only if we didn't use to
647       // return a struct with that simple value before.
648       NRetTy = RetTypes.front();
649     else if (RetTypes.size() == 0)
650       // No return types? Make it void, but only if we didn't use to return {}.
651       NRetTy = Type::VoidTy;
652   }
653
654   assert(NRetTy && "No new return type found?");
655
656   // Remove any incompatible attributes, but only if we removed all return
657   // values. Otherwise, ensure that we don't have any conflicting attributes
658   // here. Currently, this should not be possible, but special handling might be
659   // required when new return value attributes are added.
660   if (NRetTy == Type::VoidTy)
661     RAttrs &= ~Attribute::typeIncompatible(NRetTy);
662   else
663     assert((RAttrs & Attribute::typeIncompatible(NRetTy)) == 0 
664            && "Return attributes no longer compatible?");
665
666   if (RAttrs)
667     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, RAttrs));
668
669   // Remember which arguments are still alive.
670   SmallVector<bool, 10> ArgAlive(FTy->getNumParams(), false);
671   // Construct the new parameter list from non-dead arguments. Also construct
672   // a new set of parameter attributes to correspond. Skip the first parameter
673   // attribute, since that belongs to the return value.
674   unsigned i = 0;
675   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
676        I != E; ++I, ++i) {
677     RetOrArg Arg = CreateArg(F, i);
678     if (LiveValues.erase(Arg)) {
679       Params.push_back(I->getType());
680       ArgAlive[i] = true;
681
682       // Get the original parameter attributes (skipping the first one, that is
683       // for the return value.
684       if (Attributes Attrs = PAL.getParamAttributes(i + 1))
685         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Params.size(), Attrs));
686     } else {
687       ++NumArgumentsEliminated;
688       DEBUG(errs() << "DAE - Removing argument " << i << " (" << I->getName()
689             << ") from " << F->getName() << "\n");
690     }
691   }
692
693   if (FnAttrs != Attribute::None) 
694     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, FnAttrs));
695
696   // Reconstruct the AttributesList based on the vector we constructed.
697   AttrListPtr NewPAL = AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(), AttributesVec.end());
698
699   // Work around LLVM bug PR56: the CWriter cannot emit varargs functions which
700   // have zero fixed arguments.
701   //
702   // Note that we apply this hack for a vararg fuction that does not have any
703   // arguments anymore, but did have them before (so don't bother fixing
704   // functions that were already broken wrt CWriter).
705   bool ExtraArgHack = false;
706   if (Params.empty() && FTy->isVarArg() && FTy->getNumParams() != 0) {
707     ExtraArgHack = true;
708     Params.push_back(Type::Int32Ty);
709   }
710
711   // Create the new function type based on the recomputed parameters.
712   FunctionType *NFTy = Context.getFunctionType(NRetTy, Params,
713                                                 FTy->isVarArg());
714
715   // No change?
716   if (NFTy == FTy)
717     return false;
718
719   // Create the new function body and insert it into the module...
720   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage());
721   NF->copyAttributesFrom(F);
722   NF->setAttributes(NewPAL);
723   // Insert the new function before the old function, so we won't be processing
724   // it again.
725   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
726   NF->takeName(F);
727
728   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
729   // to pass in a smaller number of arguments into the new function.
730   //
731   std::vector<Value*> Args;
732   while (!F->use_empty()) {
733     CallSite CS = CallSite::get(F->use_back());
734     Instruction *Call = CS.getInstruction();
735
736     AttributesVec.clear();
737     const AttrListPtr &CallPAL = CS.getAttributes();
738
739     // The call return attributes.
740     Attributes RAttrs = CallPAL.getRetAttributes();
741     Attributes FnAttrs = CallPAL.getFnAttributes();
742     // Adjust in case the function was changed to return void.
743     RAttrs &= ~Attribute::typeIncompatible(NF->getReturnType());
744     if (RAttrs)
745       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, RAttrs));
746
747     // Declare these outside of the loops, so we can reuse them for the second
748     // loop, which loops the varargs.
749     CallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin();
750     unsigned i = 0;
751     // Loop over those operands, corresponding to the normal arguments to the
752     // original function, and add those that are still alive.
753     for (unsigned e = FTy->getNumParams(); i != e; ++I, ++i)
754       if (ArgAlive[i]) {
755         Args.push_back(*I);
756         // Get original parameter attributes, but skip return attributes.
757         if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(i + 1))
758           AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
759       }
760
761     if (ExtraArgHack)
762       Args.push_back(Context.getUndef(Type::Int32Ty));
763
764     // Push any varargs arguments on the list. Don't forget their attributes.
765     for (CallSite::arg_iterator E = CS.arg_end(); I != E; ++I, ++i) {
766       Args.push_back(*I);
767       if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(i + 1))
768         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
769     }
770
771     if (FnAttrs != Attribute::None)
772       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, FnAttrs));
773
774     // Reconstruct the AttributesList based on the vector we constructed.
775     AttrListPtr NewCallPAL = AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
776                                               AttributesVec.end());
777
778     Instruction *New;
779     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
780       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
781                                Args.begin(), Args.end(), "", Call);
782       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
783       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(NewCallPAL);
784     } else {
785       New = CallInst::Create(NF, Args.begin(), Args.end(), "", Call);
786       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
787       cast<CallInst>(New)->setAttributes(NewCallPAL);
788       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
789         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
790     }
791     Args.clear();
792
793     if (!Call->use_empty()) {
794       if (New->getType() == Call->getType()) {
795         // Return type not changed? Just replace users then.
796         Call->replaceAllUsesWith(New);
797         New->takeName(Call);
798       } else if (New->getType() == Type::VoidTy) {
799         // Our return value has uses, but they will get removed later on.
800         // Replace by null for now.
801         Call->replaceAllUsesWith(Context.getNullValue(Call->getType()));
802       } else {
803         assert(isa<StructType>(RetTy) &&
804                "Return type changed, but not into a void. The old return type"
805                " must have been a struct!");
806         Instruction *InsertPt = Call;
807         if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
808           BasicBlock::iterator IP = II->getNormalDest()->begin();
809           while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
810           InsertPt = IP;
811         }
812           
813         // We used to return a struct. Instead of doing smart stuff with all the
814         // uses of this struct, we will just rebuild it using
815         // extract/insertvalue chaining and let instcombine clean that up.
816         //
817         // Start out building up our return value from undef
818         Value *RetVal = Context.getUndef(RetTy);
819         for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
820           if (NewRetIdxs[i] != -1) {
821             Value *V;
822             if (RetTypes.size() > 1)
823               // We are still returning a struct, so extract the value from our
824               // return value
825               V = ExtractValueInst::Create(New, NewRetIdxs[i], "newret",
826                                            InsertPt);
827             else
828               // We are now returning a single element, so just insert that
829               V = New;
830             // Insert the value at the old position
831             RetVal = InsertValueInst::Create(RetVal, V, i, "oldret", InsertPt);
832           }
833         // Now, replace all uses of the old call instruction with the return
834         // struct we built
835         Call->replaceAllUsesWith(RetVal);
836         New->takeName(Call);
837       }
838     }
839
840     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
841     // F.
842     Call->eraseFromParent();
843   }
844
845   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
846   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
847   // function empty.
848   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
849
850   // Loop over the argument list, transfering uses of the old arguments over to
851   // the new arguments, also transfering over the names as well.
852   i = 0;
853   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
854        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I, ++i)
855     if (ArgAlive[i]) {
856       // If this is a live argument, move the name and users over to the new
857       // version.
858       I->replaceAllUsesWith(I2);
859       I2->takeName(I);
860       ++I2;
861     } else {
862       // If this argument is dead, replace any uses of it with null constants
863       // (these are guaranteed to become unused later on).
864       I->replaceAllUsesWith(Context.getNullValue(I->getType()));
865     }
866
867   // If we change the return value of the function we must rewrite any return
868   // instructions.  Check this now.
869   if (F->getReturnType() != NF->getReturnType())
870     for (Function::iterator BB = NF->begin(), E = NF->end(); BB != E; ++BB)
871       if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
872         Value *RetVal;
873
874         if (NFTy->getReturnType() == Type::VoidTy) {
875           RetVal = 0;
876         } else {
877           assert (isa<StructType>(RetTy));
878           // The original return value was a struct, insert
879           // extractvalue/insertvalue chains to extract only the values we need
880           // to return and insert them into our new result.
881           // This does generate messy code, but we'll let it to instcombine to
882           // clean that up.
883           Value *OldRet = RI->getOperand(0);
884           // Start out building up our return value from undef
885           RetVal = Context.getUndef(NRetTy);
886           for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
887             if (NewRetIdxs[i] != -1) {
888               ExtractValueInst *EV = ExtractValueInst::Create(OldRet, i,
889                                                               "oldret", RI);
890               if (RetTypes.size() > 1) {
891                 // We're still returning a struct, so reinsert the value into
892                 // our new return value at the new index
893
894                 RetVal = InsertValueInst::Create(RetVal, EV, NewRetIdxs[i],
895                                                  "newret", RI);
896               } else {
897                 // We are now only returning a simple value, so just return the
898                 // extracted value.
899                 RetVal = EV;
900               }
901             }
902         }
903         // Replace the return instruction with one returning the new return
904         // value (possibly 0 if we became void).
905         ReturnInst::Create(RetVal, RI);
906         BB->getInstList().erase(RI);
907       }
908
909   // Now that the old function is dead, delete it.
910   F->eraseFromParent();
911
912   return true;
913 }
914
915 bool DAE::runOnModule(Module &M) {
916   bool Changed = false;
917
918   // First pass: Do a simple check to see if any functions can have their "..."
919   // removed.  We can do this if they never call va_start.  This loop cannot be
920   // fused with the next loop, because deleting a function invalidates
921   // information computed while surveying other functions.
922   DOUT << "DAE - Deleting dead varargs\n";
923   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ) {
924     Function &F = *I++;
925     if (F.getFunctionType()->isVarArg())
926       Changed |= DeleteDeadVarargs(F);
927   }
928
929   // Second phase:loop through the module, determining which arguments are live.
930   // We assume all arguments are dead unless proven otherwise (allowing us to
931   // determine that dead arguments passed into recursive functions are dead).
932   //
933   DOUT << "DAE - Determining liveness\n";
934   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I)
935     SurveyFunction(*I);
936   
937   // Now, remove all dead arguments and return values from each function in
938   // turn
939   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ) {
940     // Increment now, because the function will probably get removed (ie
941     // replaced by a new one).
942     Function *F = I++;
943     Changed |= RemoveDeadStuffFromFunction(F);
944   }
945   return Changed;
946 }