Handle more cases in the linker
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / DeadTypeElimination.cpp
1 //===- CleanupGCCOutput.cpp - Cleanup GCC Output ----------------------------=//
2 //
3 // This pass is used to cleanup the output of GCC.  GCC's output is
4 // unneccessarily gross for a couple of reasons. This pass does the following
5 // things to try to clean it up:
6 //
7 // * Eliminate names for GCC types that we know can't be needed by the user.
8 // * Eliminate names for types that are unused in the entire translation unit
9 //
10 // Note:  This code produces dead declarations, it is a good idea to run DCE
11 //        after this pass.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Transforms/CleanupGCCOutput.h"
16 #include "llvm/Analysis/FindUsedTypes.h"
17 #include "TransformInternals.h"
18 #include "llvm/Module.h"
19 #include "llvm/SymbolTable.h"
20 #include "llvm/DerivedTypes.h"
21 #include "llvm/iPHINode.h"
22 #include "llvm/iMemory.h"
23 #include "llvm/iTerminators.h"
24 #include "llvm/iOther.h"
25 #include "llvm/Support/CFG.h"
26 #include <algorithm>
27 #include <iostream>
28 using std::vector;
29 using std::string;
30 using std::cerr;
31
32 static const Type *PtrSByte = 0;    // 'sbyte*' type
33
34 // ConvertCallTo - Convert a call to a varargs function with no arg types
35 // specified to a concrete nonvarargs method.
36 //
37 static void ConvertCallTo(CallInst *CI, Method *Dest) {
38   const MethodType::ParamTypes &ParamTys =
39     Dest->getMethodType()->getParamTypes();
40   BasicBlock *BB = CI->getParent();
41
42   // Get an iterator to where we want to insert cast instructions if the
43   // argument types don't agree.
44   //
45   BasicBlock::iterator BBI = find(BB->begin(), BB->end(), CI);
46   assert(BBI != BB->end() && "CallInst not in parent block?");
47
48   assert(CI->getNumOperands()-1 == ParamTys.size()&&
49          "Method calls resolved funny somehow, incompatible number of args");
50
51   vector<Value*> Params;
52
53   // Convert all of the call arguments over... inserting cast instructions if
54   // the types are not compatible.
55   for (unsigned i = 1; i < CI->getNumOperands(); ++i) {
56     Value *V = CI->getOperand(i);
57
58     if (V->getType() != ParamTys[i-1]) { // Must insert a cast...
59       Instruction *Cast = new CastInst(V, ParamTys[i-1]);
60       BBI = BB->getInstList().insert(BBI, Cast)+1;
61       V = Cast;
62     }
63
64     Params.push_back(V);
65   }
66
67   // Replace the old call instruction with a new call instruction that calls
68   // the real method.
69   //
70   ReplaceInstWithInst(BB->getInstList(), BBI, new CallInst(Dest, Params));
71 }
72
73
74 // PatchUpMethodReferences - Go over the methods that are in the module and
75 // look for methods that have the same name.  More often than not, there will
76 // be things like:
77 //    void "foo"(...)
78 //    void "foo"(int, int)
79 // because of the way things are declared in C.  If this is the case, patch
80 // things up.
81 //
82 bool CleanupGCCOutput::PatchUpMethodReferences(Module *M) {
83   SymbolTable *ST = M->getSymbolTable();
84   if (!ST) return false;
85
86   std::map<string, vector<Method*> > Methods;
87
88   // Loop over the entries in the symbol table. If an entry is a method pointer,
89   // then add it to the Methods map.  We do a two pass algorithm here to avoid
90   // problems with iterators getting invalidated if we did a one pass scheme.
91   //
92   for (SymbolTable::iterator I = ST->begin(), E = ST->end(); I != E; ++I)
93     if (const PointerType *PT = dyn_cast<PointerType>(I->first))
94       if (isa<MethodType>(PT->getElementType())) {
95         SymbolTable::VarMap &Plane = I->second;
96         for (SymbolTable::type_iterator PI = Plane.begin(), PE = Plane.end();
97              PI != PE; ++PI) {
98           const string &Name = PI->first;
99           Method *M = cast<Method>(PI->second);
100           Methods[Name].push_back(M);          
101         }
102       }
103
104   bool Changed = false;
105
106   // Now we have a list of all methods with a particular name.  If there is more
107   // than one entry in a list, merge the methods together.
108   //
109   for (std::map<string, vector<Method*> >::iterator I = Methods.begin(), 
110          E = Methods.end(); I != E; ++I) {
111     vector<Method*> &Methods = I->second;
112     Method *Implementation = 0;     // Find the implementation
113     Method *Concrete = 0;
114     for (unsigned i = 0; i < Methods.size(); ) {
115       if (!Methods[i]->isExternal()) {  // Found an implementation
116         assert(Implementation == 0 && "Multiple definitions of the same"
117                " method. Case not handled yet!");
118         Implementation = Methods[i];
119       } else {
120         // Ignore methods that are never used so they don't cause spurious
121         // warnings... here we will actually DCE the function so that it isn't
122         // used later.
123         //
124         if (Methods[i]->use_size() == 0) {
125           M->getMethodList().remove(Methods[i]);
126           delete Methods[i];
127           Methods.erase(Methods.begin()+i);
128           Changed = true;
129           continue;
130         }
131       }
132       
133       if (Methods[i] && (!Methods[i]->getMethodType()->isVarArg())) {
134         if (Concrete) {  // Found two different methods types.  Can't choose
135           Concrete = 0;
136           break;
137         }
138         Concrete = Methods[i];
139       }
140       ++i;
141     }
142
143     if (Methods.size() > 1) {         // Found a multiply defined method.
144       // We should find exactly one non-vararg method definition, which is
145       // probably the implementation.  Change all of the method definitions
146       // and uses to use it instead.
147       //
148       if (!Concrete) {
149         cerr << "Warning: Found methods types that are not compatible:\n";
150         for (unsigned i = 0; i < Methods.size(); ++i) {
151           cerr << "\t" << Methods[i]->getType()->getDescription() << " %"
152                << Methods[i]->getName() << "\n";
153         }
154         cerr << "  No linkage of methods named '" << Methods[0]->getName()
155              << "' performed!\n";
156       } else {
157         for (unsigned i = 0; i < Methods.size(); ++i)
158           if (Methods[i] != Concrete) {
159             Method *Old = Methods[i];
160             const MethodType *OldMT = Old->getMethodType();
161             const MethodType *ConcreteMT = Concrete->getMethodType();
162             bool Broken = false;
163
164             assert(Old->getReturnType() == Concrete->getReturnType() &&
165                    "Differing return types not handled yet!");
166             assert(OldMT->getParamTypes().size() <=
167                    ConcreteMT->getParamTypes().size() &&
168                    "Concrete type must have more specified parameters!");
169
170             // Check to make sure that if there are specified types, that they
171             // match...
172             //
173             for (unsigned i = 0; i < OldMT->getParamTypes().size(); ++i)
174               if (OldMT->getParamTypes()[i] != ConcreteMT->getParamTypes()[i]) {
175                 cerr << "Parameter types conflict for" << OldMT
176                      << " and " << ConcreteMT;
177                 Broken = true;
178               }
179             if (Broken) break;  // Can't process this one!
180
181
182             // Attempt to convert all of the uses of the old method to the
183             // concrete form of the method.  If there is a use of the method
184             // that we don't understand here we punt to avoid making a bad
185             // transformation.
186             //
187             // At this point, we know that the return values are the same for
188             // our two functions and that the Old method has no varargs methods
189             // specified.  In otherwords it's just <retty> (...)
190             //
191             for (unsigned i = 0; i < Old->use_size(); ) {
192               User *U = *(Old->use_begin()+i);
193               if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(U)) {
194                 // Convert casts directly
195                 assert(CI->getOperand(0) == Old);
196                 CI->setOperand(0, Concrete);
197                 Changed = true;
198               } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(U)) {
199                 // Can only fix up calls TO the argument, not args passed in.
200                 if (CI->getCalledValue() == Old) {
201                   ConvertCallTo(CI, Concrete);
202                   Changed = true;
203                 } else {
204                   cerr << "Couldn't cleanup this function call, must be an"
205                        << " argument or something!" << CI;
206                   ++i;
207                 }
208               } else {
209                 cerr << "Cannot convert use of method: " << U << "\n";
210                 ++i;
211               }
212             }
213           }
214         }
215     }
216   }
217
218   return Changed;
219 }
220
221
222 // ShouldNukSymtabEntry - Return true if this module level symbol table entry
223 // should be eliminated.
224 //
225 static inline bool ShouldNukeSymtabEntry(const std::pair<string, Value*> &E) {
226   // Nuke all names for primitive types!
227   if (cast<Type>(E.second)->isPrimitiveType()) return true;
228
229   // Nuke all pointers to primitive types as well...
230   if (const PointerType *PT = dyn_cast<PointerType>(E.second))
231     if (PT->getElementType()->isPrimitiveType()) return true;
232
233   // The only types that could contain .'s in the program are things generated
234   // by GCC itself, including "complex.float" and friends.  Nuke them too.
235   if (E.first.find('.') != string::npos) return true;
236
237   return false;
238 }
239
240 // doInitialization - For this pass, it removes global symbol table
241 // entries for primitive types.  These are never used for linking in GCC and
242 // they make the output uglier to look at, so we nuke them.
243 //
244 bool CleanupGCCOutput::doInitialization(Module *M) {
245   bool Changed = false;
246
247   if (PtrSByte == 0)
248     PtrSByte = PointerType::get(Type::SByteTy);
249
250   if (M->hasSymbolTable()) {
251     SymbolTable *ST = M->getSymbolTable();
252
253     // Go over the methods that are in the module and look for methods that have
254     // the same name.  More often than not, there will be things like:
255     // void "foo"(...)  and void "foo"(int, int) because of the way things are
256     // declared in C.  If this is the case, patch things up.
257     //
258     Changed |= PatchUpMethodReferences(M);
259
260     // Check the symbol table for superfluous type entries...
261     //
262     // Grab the 'type' plane of the module symbol...
263     SymbolTable::iterator STI = ST->find(Type::TypeTy);
264     if (STI != ST->end()) {
265       // Loop over all entries in the type plane...
266       SymbolTable::VarMap &Plane = STI->second;
267       for (SymbolTable::VarMap::iterator PI = Plane.begin(); PI != Plane.end();)
268         if (ShouldNukeSymtabEntry(*PI)) {    // Should we remove this entry?
269 #if MAP_IS_NOT_BRAINDEAD
270           PI = Plane.erase(PI);     // STD C++ Map should support this!
271 #else
272           Plane.erase(PI);          // Alas, GCC 2.95.3 doesn't  *SIGH*
273           PI = Plane.begin();
274 #endif
275           Changed = true;
276         } else {
277           ++PI;
278         }
279     }
280   }
281
282   return Changed;
283 }
284
285
286 // FixCastsAndPHIs - The LLVM GCC has a tendancy to intermix Cast instructions
287 // in with the PHI nodes.  These cast instructions are potentially there for two
288 // different reasons:
289 //
290 //   1. The cast could be for an early PHI, and be accidentally inserted before
291 //      another PHI node.  In this case, the PHI node should be moved to the end
292 //      of the PHI nodes in the basic block.  We know that it is this case if
293 //      the source for the cast is a PHI node in this basic block.
294 //
295 //   2. If not #1, the cast must be a source argument for one of the PHI nodes
296 //      in the current basic block.  If this is the case, the cast should be
297 //      lifted into the basic block for the appropriate predecessor. 
298 //
299 static inline bool FixCastsAndPHIs(BasicBlock *BB) {
300   bool Changed = false;
301
302   BasicBlock::iterator InsertPos = BB->begin();
303
304   // Find the end of the interesting instructions...
305   while (isa<PHINode>(*InsertPos) || isa<CastInst>(*InsertPos)) ++InsertPos;
306
307   // Back the InsertPos up to right after the last PHI node.
308   while (InsertPos != BB->begin() && isa<CastInst>(*(InsertPos-1))) --InsertPos;
309
310   // No PHI nodes, quick exit.
311   if (InsertPos == BB->begin()) return false;
312
313   // Loop over all casts trapped between the PHI's...
314   BasicBlock::iterator I = BB->begin();
315   while (I != InsertPos) {
316     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(*I)) { // Fix all cast instructions
317       Value *Src = CI->getOperand(0);
318
319       // Move the cast instruction to the current insert position...
320       --InsertPos;                 // New position for cast to go...
321       std::swap(*InsertPos, *I);   // Cast goes down, PHI goes up
322
323       if (isa<PHINode>(Src) &&                                // Handle case #1
324           cast<PHINode>(Src)->getParent() == BB) {
325         // We're done for case #1
326       } else {                                                // Handle case #2
327         // In case #2, we have to do a few things:
328         //   1. Remove the cast from the current basic block.
329         //   2. Identify the PHI node that the cast is for.
330         //   3. Find out which predecessor the value is for.
331         //   4. Move the cast to the end of the basic block that it SHOULD be
332         //
333
334         // Remove the cast instruction from the basic block.  The remove only
335         // invalidates iterators in the basic block that are AFTER the removed
336         // element.  Because we just moved the CastInst to the InsertPos, no
337         // iterators get invalidated.
338         //
339         BB->getInstList().remove(InsertPos);
340
341         // Find the PHI node.  Since this cast was generated specifically for a
342         // PHI node, there can only be a single PHI node using it.
343         //
344         assert(CI->use_size() == 1 && "Exactly one PHI node should use cast!");
345         PHINode *PN = cast<PHINode>(*CI->use_begin());
346
347         // Find out which operand of the PHI it is...
348         unsigned i;
349         for (i = 0; i < PN->getNumIncomingValues(); ++i)
350           if (PN->getIncomingValue(i) == CI)
351             break;
352         assert(i != PN->getNumIncomingValues() && "PHI doesn't use cast!");
353
354         // Get the predecessor the value is for...
355         BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
356
357         // Reinsert the cast right before the terminator in Pred.
358         Pred->getInstList().insert(Pred->end()-1, CI);
359       }
360     } else {
361       ++I;
362     }
363   }
364
365
366   return Changed;
367 }
368
369 // RefactorPredecessor - When we find out that a basic block is a repeated
370 // predecessor in a PHI node, we have to refactor the method until there is at
371 // most a single instance of a basic block in any predecessor list.
372 //
373 static inline void RefactorPredecessor(BasicBlock *BB, BasicBlock *Pred) {
374   Method *M = BB->getParent();
375   assert(find(pred_begin(BB), pred_end(BB), Pred) != pred_end(BB) &&
376          "Pred is not a predecessor of BB!");
377
378   // Create a new basic block, adding it to the end of the method.
379   BasicBlock *NewBB = new BasicBlock("", M);
380
381   // Add an unconditional branch to BB to the new block.
382   NewBB->getInstList().push_back(new BranchInst(BB));
383
384   // Get the terminator that causes a branch to BB from Pred.
385   TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
386
387   // Find the first use of BB in the terminator...
388   User::op_iterator OI = find(TI->op_begin(), TI->op_end(), BB);
389   assert(OI != TI->op_end() && "Pred does not branch to BB!!!");
390
391   // Change the use of BB to point to the new stub basic block
392   *OI = NewBB;
393
394   // Now we need to loop through all of the PHI nodes in BB and convert their
395   // first incoming value for Pred to reference the new basic block instead.
396   //
397   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); 
398        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(*I); ++I) {
399     int BBIdx = PN->getBasicBlockIndex(Pred);
400     assert(BBIdx != -1 && "PHI node doesn't have an entry for Pred!");
401
402     // The value that used to look like it came from Pred now comes from NewBB
403     PN->setIncomingBlock((unsigned)BBIdx, NewBB);
404   }
405 }
406
407
408 // CheckIncomingValueFor - Make sure that the specified PHI node has an entry
409 // for the provided basic block.  If it doesn't, add one and return true.
410 //
411 static inline void CheckIncomingValueFor(PHINode *PN, BasicBlock *BB) {
412   if (PN->getBasicBlockIndex(BB) != -1) return;  // Already has value
413
414   Value      *NewVal = 0;
415   const Type *Ty = PN->getType();
416
417   if (const PointerType *PT = dyn_cast<PointerType>(Ty))
418     NewVal = ConstantPointerNull::get(PT);
419   else if (Ty == Type::BoolTy)
420     NewVal = ConstantBool::True;
421   else if (Ty == Type::FloatTy || Ty == Type::DoubleTy)
422     NewVal = ConstantFP::get(Ty, 42);
423   else if (Ty->isIntegral())
424     NewVal = ConstantInt::get(Ty, 42);
425
426   assert(NewVal && "Unknown PHI node type!");
427   PN->addIncoming(NewVal, BB);
428
429
430 // fixLocalProblems - Loop through the method and fix problems with the PHI
431 // nodes in the current method.  The two problems that are handled are:
432 //
433 //  1. PHI nodes with multiple entries for the same predecessor.  GCC sometimes
434 //     generates code that looks like this:
435 //
436 //  bb7:  br bool %cond1004, label %bb8, label %bb8
437 //  bb8: %reg119 = phi uint [ 0, %bb7 ], [ 1, %bb7 ]
438 //     
439 //     which is completely illegal LLVM code.  To compensate for this, we insert
440 //     an extra basic block, and convert the code to look like this:
441 //
442 //  bb7: br bool %cond1004, label %bbX, label %bb8
443 //  bbX: br label bb8
444 //  bb8: %reg119 = phi uint [ 0, %bbX ], [ 1, %bb7 ]
445 //
446 //
447 //  2. PHI nodes with fewer arguments than predecessors.
448 //     These can be generated by GCC if a variable is uninitalized over a path
449 //     in the CFG.  We fix this by adding an entry for the missing predecessors
450 //     that is initialized to either 42 for a numeric/FP value, or null if it's
451 //     a pointer value. This problem can be generated by code that looks like
452 //     this:
453 //         int foo(int y) {
454 //           int X;
455 //           if (y) X = 1;
456 //           return X;
457 //         }
458 //
459 static bool fixLocalProblems(Method *M) {
460   bool Changed = false;
461   // Don't use iterators because invalidation gets messy...
462   for (unsigned MI = 0; MI < M->size(); ++MI) {
463     BasicBlock *BB = M->getBasicBlocks()[MI];
464
465     Changed |= FixCastsAndPHIs(BB);
466
467     if (isa<PHINode>(BB->front())) {
468       const vector<BasicBlock*> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
469
470       // Handle Problem #1.  Sort the list of predecessors so that it is easy to
471       // decide whether or not duplicate predecessors exist.
472       vector<BasicBlock*> SortedPreds(Preds);
473       sort(SortedPreds.begin(), SortedPreds.end());
474
475       // Loop over the predecessors, looking for adjacent BB's that are equal.
476       BasicBlock *LastOne = 0;
477       for (unsigned i = 0; i < Preds.size(); ++i) {
478         if (SortedPreds[i] == LastOne) {   // Found a duplicate.
479           RefactorPredecessor(BB, SortedPreds[i]);
480           Changed = true;
481         }
482         LastOne = SortedPreds[i];
483       }
484
485       // Loop over all of the PHI nodes in the current BB.  These PHI nodes are
486       // guaranteed to be at the beginning of the basic block.
487       //
488       for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); 
489            PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(*I); ++I) {
490         
491         // Handle problem #2.
492         if (PN->getNumIncomingValues() != Preds.size()) {
493           assert(PN->getNumIncomingValues() <= Preds.size() &&
494                  "Can't handle extra arguments to PHI nodes!");
495           for (unsigned i = 0; i < Preds.size(); ++i)
496             CheckIncomingValueFor(PN, Preds[i]);
497           Changed = true;
498         }
499       }
500     }
501   }
502   return Changed;
503 }
504
505
506
507
508 // doPerMethodWork - This method simplifies the specified method hopefully.
509 //
510 bool CleanupGCCOutput::runOnMethod(Method *M) {
511   return fixLocalProblems(M);
512 }
513
514 bool CleanupGCCOutput::doFinalization(Module *M) {
515   bool Changed = false;
516   
517
518   if (M->hasSymbolTable()) {
519     SymbolTable *ST = M->getSymbolTable();
520     const std::set<const Type *> &UsedTypes =
521       getAnalysis<FindUsedTypes>().getTypes();
522
523     // Check the symbol table for superfluous type entries that aren't used in
524     // the program
525     //
526     // Grab the 'type' plane of the module symbol...
527     SymbolTable::iterator STI = ST->find(Type::TypeTy);
528     if (STI != ST->end()) {
529       // Loop over all entries in the type plane...
530       SymbolTable::VarMap &Plane = STI->second;
531       for (SymbolTable::VarMap::iterator PI = Plane.begin(); PI != Plane.end();)
532         if (!UsedTypes.count(cast<Type>(PI->second))) {
533 #if MAP_IS_NOT_BRAINDEAD
534           PI = Plane.erase(PI);     // STD C++ Map should support this!
535 #else
536           Plane.erase(PI);          // Alas, GCC 2.95.3 doesn't  *SIGH*
537           PI = Plane.begin();       // N^2 algorithms are fun.  :(
538 #endif
539           Changed = true;
540         } else {
541           ++PI;
542         }
543     }
544   }
545   return Changed;
546 }
547
548 // getAnalysisUsageInfo - This function needs the results of the
549 // FindUsedTypes and FindUnsafePointerTypes analysis passes...
550 //
551 void CleanupGCCOutput::getAnalysisUsageInfo(Pass::AnalysisSet &Required,
552                                             Pass::AnalysisSet &Destroyed,
553                                             Pass::AnalysisSet &Provided) {
554   // FIXME: Invalidates the CFG
555   Required.push_back(FindUsedTypes::ID);
556 }