DeadArgumentElimination: keep return value on functions that have a live argument...
[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/ADT/DenseMap.h"
23 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
24 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
25 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
26 #include "llvm/DIBuilder.h"
27 #include "llvm/DebugInfo.h"
28 #include "llvm/IR/CallingConv.h"
29 #include "llvm/IR/Constant.h"
30 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
31 #include "llvm/IR/Instructions.h"
32 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
33 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
34 #include "llvm/IR/Module.h"
35 #include "llvm/Pass.h"
36 #include "llvm/Support/CallSite.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
39 #include <map>
40 #include <set>
41 using namespace llvm;
42
43 STATISTIC(NumArgumentsEliminated, "Number of unread args removed");
44 STATISTIC(NumRetValsEliminated  , "Number of unused return values removed");
45 STATISTIC(NumArgumentsReplacedWithUndef, 
46           "Number of unread args replaced with undef");
47 namespace {
48   /// DAE - The dead argument elimination pass.
49   ///
50   class DAE : public ModulePass {
51   public:
52
53     /// Struct that represents (part of) either a return value or a function
54     /// argument.  Used so that arguments and return values can be used
55     /// interchangeably.
56     struct RetOrArg {
57       RetOrArg(const Function *F, unsigned Idx, bool IsArg) : F(F), Idx(Idx),
58                IsArg(IsArg) {}
59       const Function *F;
60       unsigned Idx;
61       bool IsArg;
62
63       /// Make RetOrArg comparable, so we can put it into a map.
64       bool operator<(const RetOrArg &O) const {
65         if (F != O.F)
66           return F < O.F;
67         else if (Idx != O.Idx)
68           return Idx < O.Idx;
69         else
70           return IsArg < O.IsArg;
71       }
72
73       /// Make RetOrArg comparable, so we can easily iterate the multimap.
74       bool operator==(const RetOrArg &O) const {
75         return F == O.F && Idx == O.Idx && IsArg == O.IsArg;
76       }
77
78       std::string getDescription() const {
79         return std::string((IsArg ? "Argument #" : "Return value #"))
80                + utostr(Idx) + " of function " + F->getName().str();
81       }
82     };
83
84     /// Liveness enum - During our initial pass over the program, we determine
85     /// that things are either alive or maybe alive. We don't mark anything
86     /// explicitly dead (even if we know they are), since anything not alive
87     /// with no registered uses (in Uses) will never be marked alive and will
88     /// thus become dead in the end.
89     enum Liveness { Live, MaybeLive };
90
91     /// Convenience wrapper
92     RetOrArg CreateRet(const Function *F, unsigned Idx) {
93       return RetOrArg(F, Idx, false);
94     }
95     /// Convenience wrapper
96     RetOrArg CreateArg(const Function *F, unsigned Idx) {
97       return RetOrArg(F, Idx, true);
98     }
99
100     typedef std::multimap<RetOrArg, RetOrArg> UseMap;
101     /// This maps a return value or argument to any MaybeLive return values or
102     /// arguments it uses. This allows the MaybeLive values to be marked live
103     /// when any of its users is marked live.
104     /// For example (indices are left out for clarity):
105     ///  - Uses[ret F] = ret G
106     ///    This means that F calls G, and F returns the value returned by G.
107     ///  - Uses[arg F] = ret G
108     ///    This means that some function calls G and passes its result as an
109     ///    argument to F.
110     ///  - Uses[ret F] = arg F
111     ///    This means that F returns one of its own arguments.
112     ///  - Uses[arg F] = arg G
113     ///    This means that G calls F and passes one of its own (G's) arguments
114     ///    directly to F.
115     UseMap Uses;
116
117     typedef std::set<RetOrArg> LiveSet;
118     typedef std::set<const Function*> LiveFuncSet;
119
120     /// This set contains all values that have been determined to be live.
121     LiveSet LiveValues;
122     /// This set contains all values that are cannot be changed in any way.
123     LiveFuncSet LiveFunctions;
124
125     typedef SmallVector<RetOrArg, 5> UseVector;
126
127     // Map each LLVM function to corresponding metadata with debug info. If
128     // the function is replaced with another one, we should patch the pointer
129     // to LLVM function in metadata.
130     // As the code generation for module is finished (and DIBuilder is
131     // finalized) we assume that subprogram descriptors won't be changed, and
132     // they are stored in map for short duration anyway.
133     typedef DenseMap<Function*, DISubprogram> FunctionDIMap;
134     FunctionDIMap FunctionDIs;
135
136   protected:
137     // DAH uses this to specify a different ID.
138     explicit DAE(char &ID) : ModulePass(ID) {}
139
140   public:
141     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
142     DAE() : ModulePass(ID) {
143       initializeDAEPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
144     }
145
146     bool runOnModule(Module &M);
147
148     virtual bool ShouldHackArguments() const { return false; }
149
150   private:
151     Liveness MarkIfNotLive(RetOrArg Use, UseVector &MaybeLiveUses);
152     Liveness SurveyUse(Value::const_use_iterator U, UseVector &MaybeLiveUses,
153                        unsigned RetValNum = 0);
154     Liveness SurveyUses(const Value *V, UseVector &MaybeLiveUses);
155
156     void CollectFunctionDIs(Module &M);
157     void SurveyFunction(const Function &F);
158     void MarkValue(const RetOrArg &RA, Liveness L,
159                    const UseVector &MaybeLiveUses);
160     void MarkLive(const RetOrArg &RA);
161     void MarkLive(const Function &F);
162     void PropagateLiveness(const RetOrArg &RA);
163     bool RemoveDeadStuffFromFunction(Function *F);
164     bool DeleteDeadVarargs(Function &Fn);
165     bool RemoveDeadArgumentsFromCallers(Function &Fn);
166   };
167 }
168
169
170 char DAE::ID = 0;
171 INITIALIZE_PASS(DAE, "deadargelim", "Dead Argument Elimination", false, false)
172
173 namespace {
174   /// DAH - DeadArgumentHacking pass - Same as dead argument elimination, but
175   /// deletes arguments to functions which are external.  This is only for use
176   /// by bugpoint.
177   struct DAH : public DAE {
178     static char ID;
179     DAH() : DAE(ID) {}
180
181     virtual bool ShouldHackArguments() const { return true; }
182   };
183 }
184
185 char DAH::ID = 0;
186 INITIALIZE_PASS(DAH, "deadarghaX0r", 
187                 "Dead Argument Hacking (BUGPOINT USE ONLY; DO NOT USE)",
188                 false, false)
189
190 /// createDeadArgEliminationPass - This pass removes arguments from functions
191 /// which are not used by the body of the function.
192 ///
193 ModulePass *llvm::createDeadArgEliminationPass() { return new DAE(); }
194 ModulePass *llvm::createDeadArgHackingPass() { return new DAH(); }
195
196 /// CollectFunctionDIs - Map each function in the module to its debug info
197 /// descriptor.
198 void DAE::CollectFunctionDIs(Module &M) {
199   FunctionDIs.clear();
200
201   for (Module::named_metadata_iterator I = M.named_metadata_begin(),
202        E = M.named_metadata_end(); I != E; ++I) {
203     NamedMDNode &NMD = *I;
204     for (unsigned MDIndex = 0, MDNum = NMD.getNumOperands();
205          MDIndex < MDNum; ++MDIndex) {
206       MDNode *Node = NMD.getOperand(MDIndex);
207       if (!DIDescriptor(Node).isCompileUnit())
208         continue;
209       DICompileUnit CU(Node);
210       const DIArray &SPs = CU.getSubprograms();
211       for (unsigned SPIndex = 0, SPNum = SPs.getNumElements();
212            SPIndex < SPNum; ++SPIndex) {
213         DISubprogram SP(SPs.getElement(SPIndex));
214         assert((!SP || SP.isSubprogram()) &&
215           "A MDNode in subprograms of a CU should be null or a DISubprogram.");
216         if (!SP)
217           continue;
218         if (Function *F = SP.getFunction())
219           FunctionDIs[F] = SP;
220       }
221     }
222   }
223 }
224
225 /// DeleteDeadVarargs - If this is an function that takes a ... list, and if
226 /// llvm.vastart is never called, the varargs list is dead for the function.
227 bool DAE::DeleteDeadVarargs(Function &Fn) {
228   assert(Fn.getFunctionType()->isVarArg() && "Function isn't varargs!");
229   if (Fn.isDeclaration() || !Fn.hasLocalLinkage()) return false;
230
231   // Ensure that the function is only directly called.
232   if (Fn.hasAddressTaken())
233     return false;
234
235   // Okay, we know we can transform this function if safe.  Scan its body
236   // looking for calls to llvm.vastart.
237   for (Function::iterator BB = Fn.begin(), E = Fn.end(); BB != E; ++BB) {
238     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
239       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
240         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::vastart)
241           return false;
242       }
243     }
244   }
245
246   // If we get here, there are no calls to llvm.vastart in the function body,
247   // remove the "..." and adjust all the calls.
248
249   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
250   // the old function, but doesn't have isVarArg set.
251   FunctionType *FTy = Fn.getFunctionType();
252
253   std::vector<Type*> Params(FTy->param_begin(), FTy->param_end());
254   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(FTy->getReturnType(),
255                                                 Params, false);
256   unsigned NumArgs = Params.size();
257
258   // Create the new function body and insert it into the module...
259   Function *NF = Function::Create(NFTy, Fn.getLinkage());
260   NF->copyAttributesFrom(&Fn);
261   Fn.getParent()->getFunctionList().insert(&Fn, NF);
262   NF->takeName(&Fn);
263
264   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
265   // to pass in a smaller number of arguments into the new function.
266   //
267   std::vector<Value*> Args;
268   for (Value::use_iterator I = Fn.use_begin(), E = Fn.use_end(); I != E; ) {
269     CallSite CS(*I++);
270     if (!CS)
271       continue;
272     Instruction *Call = CS.getInstruction();
273
274     // Pass all the same arguments.
275     Args.assign(CS.arg_begin(), CS.arg_begin() + NumArgs);
276
277     // Drop any attributes that were on the vararg arguments.
278     AttributeSet PAL = CS.getAttributes();
279     if (!PAL.isEmpty() && PAL.getSlotIndex(PAL.getNumSlots() - 1) > NumArgs) {
280       SmallVector<AttributeSet, 8> AttributesVec;
281       for (unsigned i = 0; PAL.getSlotIndex(i) <= NumArgs; ++i)
282         AttributesVec.push_back(PAL.getSlotAttributes(i));
283       if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
284         AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(Fn.getContext(),
285                                                   PAL.getFnAttributes()));
286       PAL = AttributeSet::get(Fn.getContext(), AttributesVec);
287     }
288
289     Instruction *New;
290     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
291       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
292                                Args, "", Call);
293       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
294       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(PAL);
295     } else {
296       New = CallInst::Create(NF, Args, "", Call);
297       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
298       cast<CallInst>(New)->setAttributes(PAL);
299       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
300         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
301     }
302     New->setDebugLoc(Call->getDebugLoc());
303
304     Args.clear();
305
306     if (!Call->use_empty())
307       Call->replaceAllUsesWith(New);
308
309     New->takeName(Call);
310
311     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
312     // F.
313     Call->eraseFromParent();
314   }
315
316   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
317   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
318   // function empty.
319   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), Fn.getBasicBlockList());
320
321   // Loop over the argument list, transferring uses of the old arguments over to
322   // the new arguments, also transferring over the names as well.  While we're at
323   // it, remove the dead arguments from the DeadArguments list.
324   //
325   for (Function::arg_iterator I = Fn.arg_begin(), E = Fn.arg_end(),
326        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I, ++I2) {
327     // Move the name and users over to the new version.
328     I->replaceAllUsesWith(I2);
329     I2->takeName(I);
330   }
331
332   // Patch the pointer to LLVM function in debug info descriptor.
333   FunctionDIMap::iterator DI = FunctionDIs.find(&Fn);
334   if (DI != FunctionDIs.end())
335     DI->second.replaceFunction(NF);
336
337   // Fix up any BlockAddresses that refer to the function.
338   Fn.replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(NF, Fn.getType()));
339   // Delete the bitcast that we just created, so that NF does not
340   // appear to be address-taken.
341   NF->removeDeadConstantUsers();
342   // Finally, nuke the old function.
343   Fn.eraseFromParent();
344   return true;
345 }
346
347 /// RemoveDeadArgumentsFromCallers - Checks if the given function has any 
348 /// arguments that are unused, and changes the caller parameters to be undefined
349 /// instead.
350 bool DAE::RemoveDeadArgumentsFromCallers(Function &Fn)
351 {
352   if (Fn.isDeclaration() || Fn.mayBeOverridden())
353     return false;
354
355   // Functions with local linkage should already have been handled, except the
356   // fragile (variadic) ones which we can improve here.
357   if (Fn.hasLocalLinkage() && !Fn.getFunctionType()->isVarArg())
358     return false;
359
360   if (Fn.use_empty())
361     return false;
362
363   SmallVector<unsigned, 8> UnusedArgs;
364   for (Function::arg_iterator I = Fn.arg_begin(), E = Fn.arg_end(); 
365        I != E; ++I) {
366     Argument *Arg = I;
367
368     if (Arg->use_empty() && !Arg->hasByValAttr())
369       UnusedArgs.push_back(Arg->getArgNo());
370   }
371
372   if (UnusedArgs.empty())
373     return false;
374
375   bool Changed = false;
376
377   for (Function::use_iterator I = Fn.use_begin(), E = Fn.use_end(); 
378        I != E; ++I) {
379     CallSite CS(*I);
380     if (!CS || !CS.isCallee(I))
381       continue;
382
383     // Now go through all unused args and replace them with "undef".
384     for (unsigned I = 0, E = UnusedArgs.size(); I != E; ++I) {
385       unsigned ArgNo = UnusedArgs[I];
386
387       Value *Arg = CS.getArgument(ArgNo);
388       CS.setArgument(ArgNo, UndefValue::get(Arg->getType()));
389       ++NumArgumentsReplacedWithUndef;
390       Changed = true;
391     }
392   }
393
394   return Changed;
395 }
396
397 /// Convenience function that returns the number of return values. It returns 0
398 /// for void functions and 1 for functions not returning a struct. It returns
399 /// the number of struct elements for functions returning a struct.
400 static unsigned NumRetVals(const Function *F) {
401   if (F->getReturnType()->isVoidTy())
402     return 0;
403   else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(F->getReturnType()))
404     return STy->getNumElements();
405   else
406     return 1;
407 }
408
409 /// MarkIfNotLive - This checks Use for liveness in LiveValues. If Use is not
410 /// live, it adds Use to the MaybeLiveUses argument. Returns the determined
411 /// liveness of Use.
412 DAE::Liveness DAE::MarkIfNotLive(RetOrArg Use, UseVector &MaybeLiveUses) {
413   // We're live if our use or its Function is already marked as live.
414   if (LiveFunctions.count(Use.F) || LiveValues.count(Use))
415     return Live;
416
417   // We're maybe live otherwise, but remember that we must become live if
418   // Use becomes live.
419   MaybeLiveUses.push_back(Use);
420   return MaybeLive;
421 }
422
423
424 /// SurveyUse - This looks at a single use of an argument or return value
425 /// and determines if it should be alive or not. Adds this use to MaybeLiveUses
426 /// if it causes the used value to become MaybeLive.
427 ///
428 /// RetValNum is the return value number to use when this use is used in a
429 /// return instruction. This is used in the recursion, you should always leave
430 /// it at 0.
431 DAE::Liveness DAE::SurveyUse(Value::const_use_iterator U,
432                              UseVector &MaybeLiveUses, unsigned RetValNum) {
433     const User *V = *U;
434     if (const ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(V)) {
435       // The value is returned from a function. It's only live when the
436       // function's return value is live. We use RetValNum here, for the case
437       // that U is really a use of an insertvalue instruction that uses the
438       // original Use.
439       RetOrArg Use = CreateRet(RI->getParent()->getParent(), RetValNum);
440       // We might be live, depending on the liveness of Use.
441       return MarkIfNotLive(Use, MaybeLiveUses);
442     }
443     if (const InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
444       if (U.getOperandNo() != InsertValueInst::getAggregateOperandIndex()
445           && IV->hasIndices())
446         // The use we are examining is inserted into an aggregate. Our liveness
447         // depends on all uses of that aggregate, but if it is used as a return
448         // value, only index at which we were inserted counts.
449         RetValNum = *IV->idx_begin();
450
451       // Note that if we are used as the aggregate operand to the insertvalue,
452       // we don't change RetValNum, but do survey all our uses.
453
454       Liveness Result = MaybeLive;
455       for (Value::const_use_iterator I = IV->use_begin(),
456            E = V->use_end(); I != E; ++I) {
457         Result = SurveyUse(I, MaybeLiveUses, RetValNum);
458         if (Result == Live)
459           break;
460       }
461       return Result;
462     }
463
464     if (ImmutableCallSite CS = V) {
465       const Function *F = CS.getCalledFunction();
466       if (F) {
467         // Used in a direct call.
468
469         // Find the argument number. We know for sure that this use is an
470         // argument, since if it was the function argument this would be an
471         // indirect call and the we know can't be looking at a value of the
472         // label type (for the invoke instruction).
473         unsigned ArgNo = CS.getArgumentNo(U);
474
475         if (ArgNo >= F->getFunctionType()->getNumParams())
476           // The value is passed in through a vararg! Must be live.
477           return Live;
478
479         assert(CS.getArgument(ArgNo)
480                == CS->getOperand(U.getOperandNo())
481                && "Argument is not where we expected it");
482
483         // Value passed to a normal call. It's only live when the corresponding
484         // argument to the called function turns out live.
485         RetOrArg Use = CreateArg(F, ArgNo);
486         return MarkIfNotLive(Use, MaybeLiveUses);
487       }
488     }
489     // Used in any other way? Value must be live.
490     return Live;
491 }
492
493 /// SurveyUses - This looks at all the uses of the given value
494 /// Returns the Liveness deduced from the uses of this value.
495 ///
496 /// Adds all uses that cause the result to be MaybeLive to MaybeLiveRetUses. If
497 /// the result is Live, MaybeLiveUses might be modified but its content should
498 /// be ignored (since it might not be complete).
499 DAE::Liveness DAE::SurveyUses(const Value *V, UseVector &MaybeLiveUses) {
500   // Assume it's dead (which will only hold if there are no uses at all..).
501   Liveness Result = MaybeLive;
502   // Check each use.
503   for (Value::const_use_iterator I = V->use_begin(),
504        E = V->use_end(); I != E; ++I) {
505     Result = SurveyUse(I, MaybeLiveUses);
506     if (Result == Live)
507       break;
508   }
509   return Result;
510 }
511
512 // SurveyFunction - This performs the initial survey of the specified function,
513 // checking out whether or not it uses any of its incoming arguments or whether
514 // any callers use the return value.  This fills in the LiveValues set and Uses
515 // map.
516 //
517 // We consider arguments of non-internal functions to be intrinsically alive as
518 // well as arguments to functions which have their "address taken".
519 //
520 void DAE::SurveyFunction(const Function &F) {
521   unsigned RetCount = NumRetVals(&F);
522   // Assume all return values are dead
523   typedef SmallVector<Liveness, 5> RetVals;
524   RetVals RetValLiveness(RetCount, MaybeLive);
525
526   typedef SmallVector<UseVector, 5> RetUses;
527   // These vectors map each return value to the uses that make it MaybeLive, so
528   // we can add those to the Uses map if the return value really turns out to be
529   // MaybeLive. Initialized to a list of RetCount empty lists.
530   RetUses MaybeLiveRetUses(RetCount);
531
532   for (Function::const_iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
533     if (const ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator()))
534       if (RI->getNumOperands() != 0 && RI->getOperand(0)->getType()
535           != F.getFunctionType()->getReturnType()) {
536         // We don't support old style multiple return values.
537         MarkLive(F);
538         return;
539       }
540
541   if (!F.hasLocalLinkage() && (!ShouldHackArguments() || F.isIntrinsic())) {
542     MarkLive(F);
543     return;
544   }
545
546   DEBUG(dbgs() << "DAE - Inspecting callers for fn: " << F.getName() << "\n");
547   // Keep track of the number of live retvals, so we can skip checks once all
548   // of them turn out to be live.
549   unsigned NumLiveRetVals = 0;
550   Type *STy = dyn_cast<StructType>(F.getReturnType());
551   // Loop all uses of the function.
552   for (Value::const_use_iterator I = F.use_begin(), E = F.use_end();
553        I != E; ++I) {
554     // If the function is PASSED IN as an argument, its address has been
555     // taken.
556     ImmutableCallSite CS(*I);
557     if (!CS || !CS.isCallee(I)) {
558       MarkLive(F);
559       return;
560     }
561
562     // If this use is anything other than a call site, the function is alive.
563     const Instruction *TheCall = CS.getInstruction();
564     if (!TheCall) {   // Not a direct call site?
565       MarkLive(F);
566       return;
567     }
568
569     // If we end up here, we are looking at a direct call to our function.
570
571     // Now, check how our return value(s) is/are used in this caller. Don't
572     // bother checking return values if all of them are live already.
573     if (NumLiveRetVals != RetCount) {
574       if (STy) {
575         // Check all uses of the return value.
576         for (Value::const_use_iterator I = TheCall->use_begin(),
577              E = TheCall->use_end(); I != E; ++I) {
578           const ExtractValueInst *Ext = dyn_cast<ExtractValueInst>(*I);
579           if (Ext && Ext->hasIndices()) {
580             // This use uses a part of our return value, survey the uses of
581             // that part and store the results for this index only.
582             unsigned Idx = *Ext->idx_begin();
583             if (RetValLiveness[Idx] != Live) {
584               RetValLiveness[Idx] = SurveyUses(Ext, MaybeLiveRetUses[Idx]);
585               if (RetValLiveness[Idx] == Live)
586                 NumLiveRetVals++;
587             }
588           } else {
589             // Used by something else than extractvalue. Mark all return
590             // values as live.
591             for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i )
592               RetValLiveness[i] = Live;
593             NumLiveRetVals = RetCount;
594             break;
595           }
596         }
597       } else {
598         // Single return value
599         RetValLiveness[0] = SurveyUses(TheCall, MaybeLiveRetUses[0]);
600         if (RetValLiveness[0] == Live)
601           NumLiveRetVals = RetCount;
602       }
603     }
604   }
605
606   // Now we've inspected all callers, record the liveness of our return values.
607   for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
608     MarkValue(CreateRet(&F, i), RetValLiveness[i], MaybeLiveRetUses[i]);
609
610   DEBUG(dbgs() << "DAE - Inspecting args for fn: " << F.getName() << "\n");
611
612   // Now, check all of our arguments.
613   unsigned i = 0;
614   UseVector MaybeLiveArgUses;
615   for (Function::const_arg_iterator AI = F.arg_begin(),
616        E = F.arg_end(); AI != E; ++AI, ++i) {
617     Liveness Result;
618     if (F.getFunctionType()->isVarArg()) {
619       // Variadic functions will already have a va_arg function expanded inside
620       // them, making them potentially very sensitive to ABI changes resulting
621       // from removing arguments entirely, so don't. For example AArch64 handles
622       // register and stack HFAs very differently, and this is reflected in the
623       // IR which has already been generated.
624       Result = Live;
625     } else {
626       // See what the effect of this use is (recording any uses that cause
627       // MaybeLive in MaybeLiveArgUses). 
628       Result = SurveyUses(AI, MaybeLiveArgUses);
629     }
630
631     // Mark the result.
632     MarkValue(CreateArg(&F, i), Result, MaybeLiveArgUses);
633     // Clear the vector again for the next iteration.
634     MaybeLiveArgUses.clear();
635   }
636 }
637
638 /// MarkValue - This function marks the liveness of RA depending on L. If L is
639 /// MaybeLive, it also takes all uses in MaybeLiveUses and records them in Uses,
640 /// such that RA will be marked live if any use in MaybeLiveUses gets marked
641 /// live later on.
642 void DAE::MarkValue(const RetOrArg &RA, Liveness L,
643                     const UseVector &MaybeLiveUses) {
644   switch (L) {
645     case Live: MarkLive(RA); break;
646     case MaybeLive:
647     {
648       // Note any uses of this value, so this return value can be
649       // marked live whenever one of the uses becomes live.
650       for (UseVector::const_iterator UI = MaybeLiveUses.begin(),
651            UE = MaybeLiveUses.end(); UI != UE; ++UI)
652         Uses.insert(std::make_pair(*UI, RA));
653       break;
654     }
655   }
656 }
657
658 /// MarkLive - Mark the given Function as alive, meaning that it cannot be
659 /// changed in any way. Additionally,
660 /// mark any values that are used as this function's parameters or by its return
661 /// values (according to Uses) live as well.
662 void DAE::MarkLive(const Function &F) {
663   DEBUG(dbgs() << "DAE - Intrinsically live fn: " << F.getName() << "\n");
664   // Mark the function as live.
665   LiveFunctions.insert(&F);
666   // Mark all arguments as live.
667   for (unsigned i = 0, e = F.arg_size(); i != e; ++i)
668     PropagateLiveness(CreateArg(&F, i));
669   // Mark all return values as live.
670   for (unsigned i = 0, e = NumRetVals(&F); i != e; ++i)
671     PropagateLiveness(CreateRet(&F, i));
672 }
673
674 /// MarkLive - Mark the given return value or argument as live. Additionally,
675 /// mark any values that are used by this value (according to Uses) live as
676 /// well.
677 void DAE::MarkLive(const RetOrArg &RA) {
678   if (LiveFunctions.count(RA.F))
679     return; // Function was already marked Live.
680
681   if (!LiveValues.insert(RA).second)
682     return; // We were already marked Live.
683
684   DEBUG(dbgs() << "DAE - Marking " << RA.getDescription() << " live\n");
685   PropagateLiveness(RA);
686 }
687
688 /// PropagateLiveness - Given that RA is a live value, propagate it's liveness
689 /// to any other values it uses (according to Uses).
690 void DAE::PropagateLiveness(const RetOrArg &RA) {
691   // We don't use upper_bound (or equal_range) here, because our recursive call
692   // to ourselves is likely to cause the upper_bound (which is the first value
693   // not belonging to RA) to become erased and the iterator invalidated.
694   UseMap::iterator Begin = Uses.lower_bound(RA);
695   UseMap::iterator E = Uses.end();
696   UseMap::iterator I;
697   for (I = Begin; I != E && I->first == RA; ++I)
698     MarkLive(I->second);
699
700   // Erase RA from the Uses map (from the lower bound to wherever we ended up
701   // after the loop).
702   Uses.erase(Begin, I);
703 }
704
705 // RemoveDeadStuffFromFunction - Remove any arguments and return values from F
706 // that are not in LiveValues. Transform the function and all of the callees of
707 // the function to not have these arguments and return values.
708 //
709 bool DAE::RemoveDeadStuffFromFunction(Function *F) {
710   // Don't modify fully live functions
711   if (LiveFunctions.count(F))
712     return false;
713
714   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
715   // the old function, but has fewer arguments and a different return type.
716   FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
717   std::vector<Type*> Params;
718
719   // Keep track of if we have a live 'returned' argument
720   bool HasLiveReturnedArg = false;
721
722   // Set up to build a new list of parameter attributes.
723   SmallVector<AttributeSet, 8> AttributesVec;
724   const AttributeSet &PAL = F->getAttributes();
725
726   // Remember which arguments are still alive.
727   SmallVector<bool, 10> ArgAlive(FTy->getNumParams(), false);
728   // Construct the new parameter list from non-dead arguments. Also construct
729   // a new set of parameter attributes to correspond. Skip the first parameter
730   // attribute, since that belongs to the return value.
731   unsigned i = 0;
732   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
733        I != E; ++I, ++i) {
734     RetOrArg Arg = CreateArg(F, i);
735     if (LiveValues.erase(Arg)) {
736       Params.push_back(I->getType());
737       ArgAlive[i] = true;
738
739       // Get the original parameter attributes (skipping the first one, that is
740       // for the return value.
741       if (PAL.hasAttributes(i + 1)) {
742         AttrBuilder B(PAL, i + 1);
743         if (B.contains(Attribute::Returned))
744           HasLiveReturnedArg = true;
745         AttributesVec.
746           push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Params.size(), B));
747       }
748     } else {
749       ++NumArgumentsEliminated;
750       DEBUG(dbgs() << "DAE - Removing argument " << i << " (" << I->getName()
751             << ") from " << F->getName() << "\n");
752     }
753   }
754
755   // Find out the new return value.
756   Type *RetTy = FTy->getReturnType();
757   Type *NRetTy = NULL;
758   unsigned RetCount = NumRetVals(F);
759
760   // -1 means unused, other numbers are the new index
761   SmallVector<int, 5> NewRetIdxs(RetCount, -1);
762   std::vector<Type*> RetTypes;
763
764   // If there is a function with a live 'returned' argument but a dead return
765   // value, then there are two possible actions:
766   // 1) Eliminate the return value and take off the 'returned' attribute on the
767   //    argument.
768   // 2) Retain the 'returned' attribute and treat the return value (but not the
769   //    entire function) as live so that it is not eliminated.
770   // 
771   // It's not clear in the general case which option is more profitable because,
772   // even in the absence of explicit uses of the return value, code generation
773   // is free to use the 'returned' attribute to do things like eliding
774   // save/restores of registers across calls. Whether or not this happens is
775   // target and ABI-specific as well as depending on the amount of register
776   // pressure, so there's no good way for an IR-level pass to figure this out.
777   //
778   // Fortunately, the only places where 'returned' is currently generated by
779   // the FE are places where 'returned' is basically free and almost always a
780   // performance win, so the second option can just be used always for now.
781   //
782   // This should be revisited if 'returned' is ever applied more liberally.
783   if (RetTy->isVoidTy() || HasLiveReturnedArg) {
784     NRetTy = RetTy;
785   } else {
786     StructType *STy = dyn_cast<StructType>(RetTy);
787     if (STy)
788       // Look at each of the original return values individually.
789       for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i) {
790         RetOrArg Ret = CreateRet(F, i);
791         if (LiveValues.erase(Ret)) {
792           RetTypes.push_back(STy->getElementType(i));
793           NewRetIdxs[i] = RetTypes.size() - 1;
794         } else {
795           ++NumRetValsEliminated;
796           DEBUG(dbgs() << "DAE - Removing return value " << i << " from "
797                 << F->getName() << "\n");
798         }
799       }
800     else
801       // We used to return a single value.
802       if (LiveValues.erase(CreateRet(F, 0))) {
803         RetTypes.push_back(RetTy);
804         NewRetIdxs[0] = 0;
805       } else {
806         DEBUG(dbgs() << "DAE - Removing return value from " << F->getName()
807               << "\n");
808         ++NumRetValsEliminated;
809       }
810     if (RetTypes.size() > 1)
811       // More than one return type? Return a struct with them. Also, if we used
812       // to return a struct and didn't change the number of return values,
813       // return a struct again. This prevents changing {something} into
814       // something and {} into void.
815       // Make the new struct packed if we used to return a packed struct
816       // already.
817       NRetTy = StructType::get(STy->getContext(), RetTypes, STy->isPacked());
818     else if (RetTypes.size() == 1)
819       // One return type? Just a simple value then, but only if we didn't use to
820       // return a struct with that simple value before.
821       NRetTy = RetTypes.front();
822     else if (RetTypes.size() == 0)
823       // No return types? Make it void, but only if we didn't use to return {}.
824       NRetTy = Type::getVoidTy(F->getContext());
825   }
826
827   assert(NRetTy && "No new return type found?");
828
829   // The existing function return attributes.
830   AttributeSet RAttrs = PAL.getRetAttributes();
831
832   // Remove any incompatible attributes, but only if we removed all return
833   // values. Otherwise, ensure that we don't have any conflicting attributes
834   // here. Currently, this should not be possible, but special handling might be
835   // required when new return value attributes are added.
836   if (NRetTy->isVoidTy())
837     RAttrs =
838       AttributeSet::get(NRetTy->getContext(), AttributeSet::ReturnIndex,
839                         AttrBuilder(RAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
840          removeAttributes(AttributeFuncs::
841                           typeIncompatible(NRetTy, AttributeSet::ReturnIndex),
842                           AttributeSet::ReturnIndex));
843   else
844     assert(!AttrBuilder(RAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
845              hasAttributes(AttributeFuncs::
846                            typeIncompatible(NRetTy, AttributeSet::ReturnIndex),
847                            AttributeSet::ReturnIndex) &&
848            "Return attributes no longer compatible?");
849
850   if (RAttrs.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
851     AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(NRetTy->getContext(), RAttrs));
852
853   if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
854     AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(F->getContext(),
855                                               PAL.getFnAttributes()));
856
857   // Reconstruct the AttributesList based on the vector we constructed.
858   AttributeSet NewPAL = AttributeSet::get(F->getContext(), AttributesVec);
859
860   // Create the new function type based on the recomputed parameters.
861   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(NRetTy, Params, FTy->isVarArg());
862
863   // No change?
864   if (NFTy == FTy)
865     return false;
866
867   // Create the new function body and insert it into the module...
868   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage());
869   NF->copyAttributesFrom(F);
870   NF->setAttributes(NewPAL);
871   // Insert the new function before the old function, so we won't be processing
872   // it again.
873   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
874   NF->takeName(F);
875
876   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
877   // to pass in a smaller number of arguments into the new function.
878   //
879   std::vector<Value*> Args;
880   while (!F->use_empty()) {
881     CallSite CS(F->use_back());
882     Instruction *Call = CS.getInstruction();
883
884     AttributesVec.clear();
885     const AttributeSet &CallPAL = CS.getAttributes();
886
887     // The call return attributes.
888     AttributeSet RAttrs = CallPAL.getRetAttributes();
889
890     // Adjust in case the function was changed to return void.
891     RAttrs =
892       AttributeSet::get(NF->getContext(), AttributeSet::ReturnIndex,
893                         AttrBuilder(RAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
894         removeAttributes(AttributeFuncs::
895                          typeIncompatible(NF->getReturnType(),
896                                           AttributeSet::ReturnIndex),
897                          AttributeSet::ReturnIndex));
898     if (RAttrs.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
899       AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(NF->getContext(), RAttrs));
900
901     // Declare these outside of the loops, so we can reuse them for the second
902     // loop, which loops the varargs.
903     CallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin();
904     unsigned i = 0;
905     // Loop over those operands, corresponding to the normal arguments to the
906     // original function, and add those that are still alive.
907     for (unsigned e = FTy->getNumParams(); i != e; ++I, ++i)
908       if (ArgAlive[i]) {
909         Args.push_back(*I);
910         // Get original parameter attributes, but skip return attributes.
911         if (CallPAL.hasAttributes(i + 1)) {
912           AttrBuilder B(CallPAL, i + 1);
913           // If the return type has changed, then get rid of 'returned' on the
914           // call site. The alternative is to make all 'returned' attributes on
915           // call sites keep the return value alive just like 'returned'
916           // attributes on function declaration but it's less clearly a win
917           // and this is not an expected case anyway
918           if (NRetTy != RetTy && B.contains(Attribute::Returned))
919             B.removeAttribute(Attribute::Returned);
920           AttributesVec.
921             push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Args.size(), B));
922         }
923       }
924
925     // Push any varargs arguments on the list. Don't forget their attributes.
926     for (CallSite::arg_iterator E = CS.arg_end(); I != E; ++I, ++i) {
927       Args.push_back(*I);
928       if (CallPAL.hasAttributes(i + 1)) {
929         AttrBuilder B(CallPAL, i + 1);
930         AttributesVec.
931           push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Args.size(), B));
932       }
933     }
934
935     if (CallPAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
936       AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(Call->getContext(),
937                                                 CallPAL.getFnAttributes()));
938
939     // Reconstruct the AttributesList based on the vector we constructed.
940     AttributeSet NewCallPAL = AttributeSet::get(F->getContext(), AttributesVec);
941
942     Instruction *New;
943     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
944       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
945                                Args, "", Call);
946       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
947       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(NewCallPAL);
948     } else {
949       New = CallInst::Create(NF, Args, "", Call);
950       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
951       cast<CallInst>(New)->setAttributes(NewCallPAL);
952       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
953         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
954     }
955     New->setDebugLoc(Call->getDebugLoc());
956
957     Args.clear();
958
959     if (!Call->use_empty()) {
960       if (New->getType() == Call->getType()) {
961         // Return type not changed? Just replace users then.
962         Call->replaceAllUsesWith(New);
963         New->takeName(Call);
964       } else if (New->getType()->isVoidTy()) {
965         // Our return value has uses, but they will get removed later on.
966         // Replace by null for now.
967         if (!Call->getType()->isX86_MMXTy())
968           Call->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(Call->getType()));
969       } else {
970         assert(RetTy->isStructTy() &&
971                "Return type changed, but not into a void. The old return type"
972                " must have been a struct!");
973         Instruction *InsertPt = Call;
974         if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
975           BasicBlock::iterator IP = II->getNormalDest()->begin();
976           while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
977           InsertPt = IP;
978         }
979
980         // We used to return a struct. Instead of doing smart stuff with all the
981         // uses of this struct, we will just rebuild it using
982         // extract/insertvalue chaining and let instcombine clean that up.
983         //
984         // Start out building up our return value from undef
985         Value *RetVal = UndefValue::get(RetTy);
986         for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
987           if (NewRetIdxs[i] != -1) {
988             Value *V;
989             if (RetTypes.size() > 1)
990               // We are still returning a struct, so extract the value from our
991               // return value
992               V = ExtractValueInst::Create(New, NewRetIdxs[i], "newret",
993                                            InsertPt);
994             else
995               // We are now returning a single element, so just insert that
996               V = New;
997             // Insert the value at the old position
998             RetVal = InsertValueInst::Create(RetVal, V, i, "oldret", InsertPt);
999           }
1000         // Now, replace all uses of the old call instruction with the return
1001         // struct we built
1002         Call->replaceAllUsesWith(RetVal);
1003         New->takeName(Call);
1004       }
1005     }
1006
1007     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
1008     // F.
1009     Call->eraseFromParent();
1010   }
1011
1012   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
1013   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
1014   // function empty.
1015   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
1016
1017   // Loop over the argument list, transferring uses of the old arguments over to
1018   // the new arguments, also transferring over the names as well.
1019   i = 0;
1020   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
1021        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I, ++i)
1022     if (ArgAlive[i]) {
1023       // If this is a live argument, move the name and users over to the new
1024       // version.
1025       I->replaceAllUsesWith(I2);
1026       I2->takeName(I);
1027       ++I2;
1028     } else {
1029       // If this argument is dead, replace any uses of it with null constants
1030       // (these are guaranteed to become unused later on).
1031       if (!I->getType()->isX86_MMXTy())
1032         I->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(I->getType()));
1033     }
1034
1035   // If we change the return value of the function we must rewrite any return
1036   // instructions.  Check this now.
1037   if (F->getReturnType() != NF->getReturnType())
1038     for (Function::iterator BB = NF->begin(), E = NF->end(); BB != E; ++BB)
1039       if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
1040         Value *RetVal;
1041
1042         if (NFTy->getReturnType()->isVoidTy()) {
1043           RetVal = 0;
1044         } else {
1045           assert (RetTy->isStructTy());
1046           // The original return value was a struct, insert
1047           // extractvalue/insertvalue chains to extract only the values we need
1048           // to return and insert them into our new result.
1049           // This does generate messy code, but we'll let it to instcombine to
1050           // clean that up.
1051           Value *OldRet = RI->getOperand(0);
1052           // Start out building up our return value from undef
1053           RetVal = UndefValue::get(NRetTy);
1054           for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
1055             if (NewRetIdxs[i] != -1) {
1056               ExtractValueInst *EV = ExtractValueInst::Create(OldRet, i,
1057                                                               "oldret", RI);
1058               if (RetTypes.size() > 1) {
1059                 // We're still returning a struct, so reinsert the value into
1060                 // our new return value at the new index
1061
1062                 RetVal = InsertValueInst::Create(RetVal, EV, NewRetIdxs[i],
1063                                                  "newret", RI);
1064               } else {
1065                 // We are now only returning a simple value, so just return the
1066                 // extracted value.
1067                 RetVal = EV;
1068               }
1069             }
1070         }
1071         // Replace the return instruction with one returning the new return
1072         // value (possibly 0 if we became void).
1073         ReturnInst::Create(F->getContext(), RetVal, RI);
1074         BB->getInstList().erase(RI);
1075       }
1076
1077   // Patch the pointer to LLVM function in debug info descriptor.
1078   FunctionDIMap::iterator DI = FunctionDIs.find(F);
1079   if (DI != FunctionDIs.end())
1080     DI->second.replaceFunction(NF);
1081
1082   // Now that the old function is dead, delete it.
1083   F->eraseFromParent();
1084
1085   return true;
1086 }
1087
1088 bool DAE::runOnModule(Module &M) {
1089   bool Changed = false;
1090
1091   // Collect debug info descriptors for functions.
1092   CollectFunctionDIs(M);
1093
1094   // First pass: Do a simple check to see if any functions can have their "..."
1095   // removed.  We can do this if they never call va_start.  This loop cannot be
1096   // fused with the next loop, because deleting a function invalidates
1097   // information computed while surveying other functions.
1098   DEBUG(dbgs() << "DAE - Deleting dead varargs\n");
1099   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ) {
1100     Function &F = *I++;
1101     if (F.getFunctionType()->isVarArg())
1102       Changed |= DeleteDeadVarargs(F);
1103   }
1104
1105   // Second phase:loop through the module, determining which arguments are live.
1106   // We assume all arguments are dead unless proven otherwise (allowing us to
1107   // determine that dead arguments passed into recursive functions are dead).
1108   //
1109   DEBUG(dbgs() << "DAE - Determining liveness\n");
1110   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I)
1111     SurveyFunction(*I);
1112
1113   // Now, remove all dead arguments and return values from each function in
1114   // turn.
1115   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ) {
1116     // Increment now, because the function will probably get removed (ie.
1117     // replaced by a new one).
1118     Function *F = I++;
1119     Changed |= RemoveDeadStuffFromFunction(F);
1120   }
1121
1122   // Finally, look for any unused parameters in functions with non-local
1123   // linkage and replace the passed in parameters with undef.
1124   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I) {
1125     Function& F = *I;
1126
1127     Changed |= RemoveDeadArgumentsFromCallers(F);
1128   }
1129
1130   return Changed;
1131 }