Don't use PassInfo* as a type identifier for passes. Instead, use the address of...
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / ArgumentPromotion.cpp
1 //===-- ArgumentPromotion.cpp - Promote by-reference 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 promotes "by reference" arguments to be "by value" arguments.  In
11 // practice, this means looking for internal functions that have pointer
12 // arguments.  If it can prove, through the use of alias analysis, that an
13 // argument is *only* loaded, then it can pass the value into the function
14 // instead of the address of the value.  This can cause recursive simplification
15 // of code and lead to the elimination of allocas (especially in C++ template
16 // code like the STL).
17 //
18 // This pass also handles aggregate arguments that are passed into a function,
19 // scalarizing them if the elements of the aggregate are only loaded.  Note that
20 // by default it refuses to scalarize aggregates which would require passing in
21 // more than three operands to the function, because passing thousands of
22 // operands for a large array or structure is unprofitable! This limit can be
23 // configured or disabled, however.
24 //
25 // Note that this transformation could also be done for arguments that are only
26 // stored to (returning the value instead), but does not currently.  This case
27 // would be best handled when and if LLVM begins supporting multiple return
28 // values from functions.
29 //
30 //===----------------------------------------------------------------------===//
31
32 #define DEBUG_TYPE "argpromotion"
33 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
34 #include "llvm/Constants.h"
35 #include "llvm/DerivedTypes.h"
36 #include "llvm/Module.h"
37 #include "llvm/CallGraphSCCPass.h"
38 #include "llvm/Instructions.h"
39 #include "llvm/LLVMContext.h"
40 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
41 #include "llvm/Analysis/CallGraph.h"
42 #include "llvm/Target/TargetData.h"
43 #include "llvm/Support/CallSite.h"
44 #include "llvm/Support/CFG.h"
45 #include "llvm/Support/Debug.h"
46 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
47 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
48 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
49 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
50 #include <set>
51 using namespace llvm;
52
53 STATISTIC(NumArgumentsPromoted , "Number of pointer arguments promoted");
54 STATISTIC(NumAggregatesPromoted, "Number of aggregate arguments promoted");
55 STATISTIC(NumByValArgsPromoted , "Number of byval arguments promoted");
56 STATISTIC(NumArgumentsDead     , "Number of dead pointer args eliminated");
57
58 namespace {
59   /// ArgPromotion - The 'by reference' to 'by value' argument promotion pass.
60   ///
61   struct ArgPromotion : public CallGraphSCCPass {
62     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
63       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
64       CallGraphSCCPass::getAnalysisUsage(AU);
65     }
66
67     virtual bool runOnSCC(CallGraphSCC &SCC);
68     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
69     explicit ArgPromotion(unsigned maxElements = 3)
70       : CallGraphSCCPass(ID), maxElements(maxElements) {}
71
72     /// A vector used to hold the indices of a single GEP instruction
73     typedef std::vector<uint64_t> IndicesVector;
74
75   private:
76     CallGraphNode *PromoteArguments(CallGraphNode *CGN);
77     bool isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const;
78     CallGraphNode *DoPromotion(Function *F,
79                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
80                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform);
81     /// The maximum number of elements to expand, or 0 for unlimited.
82     unsigned maxElements;
83   };
84 }
85
86 char ArgPromotion::ID = 0;
87 INITIALIZE_PASS(ArgPromotion, "argpromotion",
88                 "Promote 'by reference' arguments to scalars", false, false);
89
90 Pass *llvm::createArgumentPromotionPass(unsigned maxElements) {
91   return new ArgPromotion(maxElements);
92 }
93
94 bool ArgPromotion::runOnSCC(CallGraphSCC &SCC) {
95   bool Changed = false, LocalChange;
96
97   do {  // Iterate until we stop promoting from this SCC.
98     LocalChange = false;
99     // Attempt to promote arguments from all functions in this SCC.
100     for (CallGraphSCC::iterator I = SCC.begin(), E = SCC.end(); I != E; ++I) {
101       if (CallGraphNode *CGN = PromoteArguments(*I)) {
102         LocalChange = true;
103         SCC.ReplaceNode(*I, CGN);
104       }
105     }
106     Changed |= LocalChange;               // Remember that we changed something.
107   } while (LocalChange);
108   
109   return Changed;
110 }
111
112 /// PromoteArguments - This method checks the specified function to see if there
113 /// are any promotable arguments and if it is safe to promote the function (for
114 /// example, all callers are direct).  If safe to promote some arguments, it
115 /// calls the DoPromotion method.
116 ///
117 CallGraphNode *ArgPromotion::PromoteArguments(CallGraphNode *CGN) {
118   Function *F = CGN->getFunction();
119
120   // Make sure that it is local to this module.
121   if (!F || !F->hasLocalLinkage()) return 0;
122
123   // First check: see if there are any pointer arguments!  If not, quick exit.
124   SmallVector<std::pair<Argument*, unsigned>, 16> PointerArgs;
125   unsigned ArgNo = 0;
126   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
127        I != E; ++I, ++ArgNo)
128     if (I->getType()->isPointerTy())
129       PointerArgs.push_back(std::pair<Argument*, unsigned>(I, ArgNo));
130   if (PointerArgs.empty()) return 0;
131
132   // Second check: make sure that all callers are direct callers.  We can't
133   // transform functions that have indirect callers.
134   if (F->hasAddressTaken())
135     return 0;
136
137   // Check to see which arguments are promotable.  If an argument is promotable,
138   // add it to ArgsToPromote.
139   SmallPtrSet<Argument*, 8> ArgsToPromote;
140   SmallPtrSet<Argument*, 8> ByValArgsToTransform;
141   for (unsigned i = 0; i != PointerArgs.size(); ++i) {
142     bool isByVal = F->paramHasAttr(PointerArgs[i].second+1, Attribute::ByVal);
143
144     // If this is a byval argument, and if the aggregate type is small, just
145     // pass the elements, which is always safe.
146     Argument *PtrArg = PointerArgs[i].first;
147     if (isByVal) {
148       const Type *AgTy = cast<PointerType>(PtrArg->getType())->getElementType();
149       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(AgTy)) {
150         if (maxElements > 0 && STy->getNumElements() > maxElements) {
151           DEBUG(dbgs() << "argpromotion disable promoting argument '"
152                 << PtrArg->getName() << "' because it would require adding more"
153                 << " than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
154         } else {
155           // If all the elements are single-value types, we can promote it.
156           bool AllSimple = true;
157           for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
158             if (!STy->getElementType(i)->isSingleValueType()) {
159               AllSimple = false;
160               break;
161             }
162
163           // Safe to transform, don't even bother trying to "promote" it.
164           // Passing the elements as a scalar will allow scalarrepl to hack on
165           // the new alloca we introduce.
166           if (AllSimple) {
167             ByValArgsToTransform.insert(PtrArg);
168             continue;
169           }
170         }
171       }
172     }
173
174     // Otherwise, see if we can promote the pointer to its value.
175     if (isSafeToPromoteArgument(PtrArg, isByVal))
176       ArgsToPromote.insert(PtrArg);
177   }
178
179   // No promotable pointer arguments.
180   if (ArgsToPromote.empty() && ByValArgsToTransform.empty()) 
181     return 0;
182
183   return DoPromotion(F, ArgsToPromote, ByValArgsToTransform);
184 }
185
186 /// IsAlwaysValidPointer - Return true if the specified pointer is always legal
187 /// to load.
188 static bool IsAlwaysValidPointer(Value *V) {
189   if (isa<AllocaInst>(V) || isa<GlobalVariable>(V)) return true;
190   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V))
191     return IsAlwaysValidPointer(GEP->getOperand(0));
192   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
193     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
194       return IsAlwaysValidPointer(CE->getOperand(0));
195
196   return false;
197 }
198
199 /// AllCalleesPassInValidPointerForArgument - Return true if we can prove that
200 /// all callees pass in a valid pointer for the specified function argument.
201 static bool AllCalleesPassInValidPointerForArgument(Argument *Arg) {
202   Function *Callee = Arg->getParent();
203
204   unsigned ArgNo = std::distance(Callee->arg_begin(),
205                                  Function::arg_iterator(Arg));
206
207   // Look at all call sites of the function.  At this pointer we know we only
208   // have direct callees.
209   for (Value::use_iterator UI = Callee->use_begin(), E = Callee->use_end();
210        UI != E; ++UI) {
211     CallSite CS(*UI);
212     assert(CS && "Should only have direct calls!");
213
214     if (!IsAlwaysValidPointer(CS.getArgument(ArgNo)))
215       return false;
216   }
217   return true;
218 }
219
220 /// Returns true if Prefix is a prefix of longer. That means, Longer has a size
221 /// that is greater than or equal to the size of prefix, and each of the
222 /// elements in Prefix is the same as the corresponding elements in Longer.
223 ///
224 /// This means it also returns true when Prefix and Longer are equal!
225 static bool IsPrefix(const ArgPromotion::IndicesVector &Prefix,
226                      const ArgPromotion::IndicesVector &Longer) {
227   if (Prefix.size() > Longer.size())
228     return false;
229   for (unsigned i = 0, e = Prefix.size(); i != e; ++i)
230     if (Prefix[i] != Longer[i])
231       return false;
232   return true;
233 }
234
235
236 /// Checks if Indices, or a prefix of Indices, is in Set.
237 static bool PrefixIn(const ArgPromotion::IndicesVector &Indices,
238                      std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Set) {
239     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
240     Low = Set.upper_bound(Indices);
241     if (Low != Set.begin())
242       Low--;
243     // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This means
244     // it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if such
245     // prefix exists.
246     //
247     // This load is safe if any prefix of its operands is safe to load.
248     return Low != Set.end() && IsPrefix(*Low, Indices);
249 }
250
251 /// Mark the given indices (ToMark) as safe in the given set of indices
252 /// (Safe). Marking safe usually means adding ToMark to Safe. However, if there
253 /// is already a prefix of Indices in Safe, Indices are implicitely marked safe
254 /// already. Furthermore, any indices that Indices is itself a prefix of, are
255 /// removed from Safe (since they are implicitely safe because of Indices now).
256 static void MarkIndicesSafe(const ArgPromotion::IndicesVector &ToMark,
257                             std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Safe) {
258   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
259   Low = Safe.upper_bound(ToMark);
260   // Guard against the case where Safe is empty
261   if (Low != Safe.begin())
262     Low--;
263   // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This
264   // means it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if
265   // such prefix exists.
266   if (Low != Safe.end()) {
267     if (IsPrefix(*Low, ToMark))
268       // If there is already a prefix of these indices (or exactly these
269       // indices) marked a safe, don't bother adding these indices
270       return;
271
272     // Increment Low, so we can use it as a "insert before" hint
273     ++Low;
274   }
275   // Insert
276   Low = Safe.insert(Low, ToMark);
277   ++Low;
278   // If there we're a prefix of longer index list(s), remove those
279   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator End = Safe.end();
280   while (Low != End && IsPrefix(ToMark, *Low)) {
281     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Remove = Low;
282     ++Low;
283     Safe.erase(Remove);
284   }
285 }
286
287 /// isSafeToPromoteArgument - As you might guess from the name of this method,
288 /// it checks to see if it is both safe and useful to promote the argument.
289 /// This method limits promotion of aggregates to only promote up to three
290 /// elements of the aggregate in order to avoid exploding the number of
291 /// arguments passed in.
292 bool ArgPromotion::isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const {
293   typedef std::set<IndicesVector> GEPIndicesSet;
294
295   // Quick exit for unused arguments
296   if (Arg->use_empty())
297     return true;
298
299   // We can only promote this argument if all of the uses are loads, or are GEP
300   // instructions (with constant indices) that are subsequently loaded.
301   //
302   // Promoting the argument causes it to be loaded in the caller
303   // unconditionally. This is only safe if we can prove that either the load
304   // would have happened in the callee anyway (ie, there is a load in the entry
305   // block) or the pointer passed in at every call site is guaranteed to be
306   // valid.
307   // In the former case, invalid loads can happen, but would have happened
308   // anyway, in the latter case, invalid loads won't happen. This prevents us
309   // from introducing an invalid load that wouldn't have happened in the
310   // original code.
311   //
312   // This set will contain all sets of indices that are loaded in the entry
313   // block, and thus are safe to unconditionally load in the caller.
314   GEPIndicesSet SafeToUnconditionallyLoad;
315
316   // This set contains all the sets of indices that we are planning to promote.
317   // This makes it possible to limit the number of arguments added.
318   GEPIndicesSet ToPromote;
319
320   // If the pointer is always valid, any load with first index 0 is valid.
321   if (isByVal || AllCalleesPassInValidPointerForArgument(Arg))
322     SafeToUnconditionallyLoad.insert(IndicesVector(1, 0));
323
324   // First, iterate the entry block and mark loads of (geps of) arguments as
325   // safe.
326   BasicBlock *EntryBlock = Arg->getParent()->begin();
327   // Declare this here so we can reuse it
328   IndicesVector Indices;
329   for (BasicBlock::iterator I = EntryBlock->begin(), E = EntryBlock->end();
330        I != E; ++I)
331     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
332       Value *V = LI->getPointerOperand();
333       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
334         V = GEP->getPointerOperand();
335         if (V == Arg) {
336           // This load actually loads (part of) Arg? Check the indices then.
337           Indices.reserve(GEP->getNumIndices());
338           for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
339                II != IE; ++II)
340             if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*II))
341               Indices.push_back(CI->getSExtValue());
342             else
343               // We found a non-constant GEP index for this argument? Bail out
344               // right away, can't promote this argument at all.
345               return false;
346
347           // Indices checked out, mark them as safe
348           MarkIndicesSafe(Indices, SafeToUnconditionallyLoad);
349           Indices.clear();
350         }
351       } else if (V == Arg) {
352         // Direct loads are equivalent to a GEP with a single 0 index.
353         MarkIndicesSafe(IndicesVector(1, 0), SafeToUnconditionallyLoad);
354       }
355     }
356
357   // Now, iterate all uses of the argument to see if there are any uses that are
358   // not (GEP+)loads, or any (GEP+)loads that are not safe to promote.
359   SmallVector<LoadInst*, 16> Loads;
360   IndicesVector Operands;
361   for (Value::use_iterator UI = Arg->use_begin(), E = Arg->use_end();
362        UI != E; ++UI) {
363     User *U = *UI;
364     Operands.clear();
365     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
366       if (LI->isVolatile()) return false;  // Don't hack volatile loads
367       Loads.push_back(LI);
368       // Direct loads are equivalent to a GEP with a zero index and then a load.
369       Operands.push_back(0);
370     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
371       if (GEP->use_empty()) {
372         // Dead GEP's cause trouble later.  Just remove them if we run into
373         // them.
374         getAnalysis<AliasAnalysis>().deleteValue(GEP);
375         GEP->eraseFromParent();
376         // TODO: This runs the above loop over and over again for dead GEPs
377         // Couldn't we just do increment the UI iterator earlier and erase the
378         // use?
379         return isSafeToPromoteArgument(Arg, isByVal);
380       }
381
382       // Ensure that all of the indices are constants.
383       for (User::op_iterator i = GEP->idx_begin(), e = GEP->idx_end();
384         i != e; ++i)
385         if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(*i))
386           Operands.push_back(C->getSExtValue());
387         else
388           return false;  // Not a constant operand GEP!
389
390       // Ensure that the only users of the GEP are load instructions.
391       for (Value::use_iterator UI = GEP->use_begin(), E = GEP->use_end();
392            UI != E; ++UI)
393         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
394           if (LI->isVolatile()) return false;  // Don't hack volatile loads
395           Loads.push_back(LI);
396         } else {
397           // Other uses than load?
398           return false;
399         }
400     } else {
401       return false;  // Not a load or a GEP.
402     }
403
404     // Now, see if it is safe to promote this load / loads of this GEP. Loading
405     // is safe if Operands, or a prefix of Operands, is marked as safe.
406     if (!PrefixIn(Operands, SafeToUnconditionallyLoad))
407       return false;
408
409     // See if we are already promoting a load with these indices. If not, check
410     // to make sure that we aren't promoting too many elements.  If so, nothing
411     // to do.
412     if (ToPromote.find(Operands) == ToPromote.end()) {
413       if (maxElements > 0 && ToPromote.size() == maxElements) {
414         DEBUG(dbgs() << "argpromotion not promoting argument '"
415               << Arg->getName() << "' because it would require adding more "
416               << "than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
417         // We limit aggregate promotion to only promoting up to a fixed number
418         // of elements of the aggregate.
419         return false;
420       }
421       ToPromote.insert(Operands);
422     }
423   }
424
425   if (Loads.empty()) return true;  // No users, this is a dead argument.
426
427   // Okay, now we know that the argument is only used by load instructions and
428   // it is safe to unconditionally perform all of them. Use alias analysis to
429   // check to see if the pointer is guaranteed to not be modified from entry of
430   // the function to each of the load instructions.
431
432   // Because there could be several/many load instructions, remember which
433   // blocks we know to be transparent to the load.
434   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> TranspBlocks;
435
436   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
437   TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
438   if (!TD) return false; // Without TargetData, assume the worst.
439
440   for (unsigned i = 0, e = Loads.size(); i != e; ++i) {
441     // Check to see if the load is invalidated from the start of the block to
442     // the load itself.
443     LoadInst *Load = Loads[i];
444     BasicBlock *BB = Load->getParent();
445
446     const PointerType *LoadTy =
447       cast<PointerType>(Load->getPointerOperand()->getType());
448     unsigned LoadSize =(unsigned)TD->getTypeStoreSize(LoadTy->getElementType());
449
450     if (AA.canInstructionRangeModify(BB->front(), *Load, Arg, LoadSize))
451       return false;  // Pointer is invalidated!
452
453     // Now check every path from the entry block to the load for transparency.
454     // To do this, we perform a depth first search on the inverse CFG from the
455     // loading block.
456     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
457       BasicBlock *P = *PI;
458       for (idf_ext_iterator<BasicBlock*, SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> >
459              I = idf_ext_begin(P, TranspBlocks),
460              E = idf_ext_end(P, TranspBlocks); I != E; ++I)
461         if (AA.canBasicBlockModify(**I, Arg, LoadSize))
462           return false;
463     }
464   }
465
466   // If the path from the entry of the function to each load is free of
467   // instructions that potentially invalidate the load, we can make the
468   // transformation!
469   return true;
470 }
471
472 /// DoPromotion - This method actually performs the promotion of the specified
473 /// arguments, and returns the new function.  At this point, we know that it's
474 /// safe to do so.
475 CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
476                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
477                               SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform) {
478
479   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
480   // the old function, but has modified arguments.
481   const FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
482   std::vector<const Type*> Params;
483
484   typedef std::set<IndicesVector> ScalarizeTable;
485
486   // ScalarizedElements - If we are promoting a pointer that has elements
487   // accessed out of it, keep track of which elements are accessed so that we
488   // can add one argument for each.
489   //
490   // Arguments that are directly loaded will have a zero element value here, to
491   // handle cases where there are both a direct load and GEP accesses.
492   //
493   std::map<Argument*, ScalarizeTable> ScalarizedElements;
494
495   // OriginalLoads - Keep track of a representative load instruction from the
496   // original function so that we can tell the alias analysis implementation
497   // what the new GEP/Load instructions we are inserting look like.
498   std::map<IndicesVector, LoadInst*> OriginalLoads;
499
500   // Attributes - Keep track of the parameter attributes for the arguments
501   // that we are *not* promoting. For the ones that we do promote, the parameter
502   // attributes are lost
503   SmallVector<AttributeWithIndex, 8> AttributesVec;
504   const AttrListPtr &PAL = F->getAttributes();
505
506   // Add any return attributes.
507   if (Attributes attrs = PAL.getRetAttributes())
508     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, attrs));
509
510   // First, determine the new argument list
511   unsigned ArgIndex = 1;
512   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E;
513        ++I, ++ArgIndex) {
514     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
515       // Simple byval argument? Just add all the struct element types.
516       const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
517       const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
518       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
519         Params.push_back(STy->getElementType(i));
520       ++NumByValArgsPromoted;
521     } else if (!ArgsToPromote.count(I)) {
522       // Unchanged argument
523       Params.push_back(I->getType());
524       if (Attributes attrs = PAL.getParamAttributes(ArgIndex))
525         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Params.size(), attrs));
526     } else if (I->use_empty()) {
527       // Dead argument (which are always marked as promotable)
528       ++NumArgumentsDead;
529     } else {
530       // Okay, this is being promoted. This means that the only uses are loads
531       // or GEPs which are only used by loads
532
533       // In this table, we will track which indices are loaded from the argument
534       // (where direct loads are tracked as no indices).
535       ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
536       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
537            ++UI) {
538         Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
539         assert(isa<LoadInst>(User) || isa<GetElementPtrInst>(User));
540         IndicesVector Indices;
541         Indices.reserve(User->getNumOperands() - 1);
542         // Since loads will only have a single operand, and GEPs only a single
543         // non-index operand, this will record direct loads without any indices,
544         // and gep+loads with the GEP indices.
545         for (User::op_iterator II = User->op_begin() + 1, IE = User->op_end();
546              II != IE; ++II)
547           Indices.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
548         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
549         if (Indices.size() == 1 && Indices.front() == 0)
550           Indices.clear();
551         ArgIndices.insert(Indices);
552         LoadInst *OrigLoad;
553         if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(User))
554           OrigLoad = L;
555         else
556           // Take any load, we will use it only to update Alias Analysis
557           OrigLoad = cast<LoadInst>(User->use_back());
558         OriginalLoads[Indices] = OrigLoad;
559       }
560
561       // Add a parameter to the function for each element passed in.
562       for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
563              E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
564         // not allowed to dereference ->begin() if size() is 0
565         Params.push_back(GetElementPtrInst::getIndexedType(I->getType(),
566                                                            SI->begin(),
567                                                            SI->end()));
568         assert(Params.back());
569       }
570
571       if (ArgIndices.size() == 1 && ArgIndices.begin()->empty())
572         ++NumArgumentsPromoted;
573       else
574         ++NumAggregatesPromoted;
575     }
576   }
577
578   // Add any function attributes.
579   if (Attributes attrs = PAL.getFnAttributes())
580     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, attrs));
581
582   const Type *RetTy = FTy->getReturnType();
583
584   // Work around LLVM bug PR56: the CWriter cannot emit varargs functions which
585   // have zero fixed arguments.
586   bool ExtraArgHack = false;
587   if (Params.empty() && FTy->isVarArg()) {
588     ExtraArgHack = true;
589     Params.push_back(Type::getInt32Ty(F->getContext()));
590   }
591
592   // Construct the new function type using the new arguments.
593   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(RetTy, Params, FTy->isVarArg());
594
595   // Create the new function body and insert it into the module.
596   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage(), F->getName());
597   NF->copyAttributesFrom(F);
598
599   
600   DEBUG(dbgs() << "ARG PROMOTION:  Promoting to:" << *NF << "\n"
601         << "From: " << *F);
602   
603   // Recompute the parameter attributes list based on the new arguments for
604   // the function.
605   NF->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
606                                      AttributesVec.end()));
607   AttributesVec.clear();
608
609   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
610   NF->takeName(F);
611
612   // Get the alias analysis information that we need to update to reflect our
613   // changes.
614   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
615
616   // Get the callgraph information that we need to update to reflect our
617   // changes.
618   CallGraph &CG = getAnalysis<CallGraph>();
619   
620   // Get a new callgraph node for NF.
621   CallGraphNode *NF_CGN = CG.getOrInsertFunction(NF);
622
623   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
624   // to pass in the loaded pointers.
625   //
626   SmallVector<Value*, 16> Args;
627   while (!F->use_empty()) {
628     CallSite CS(F->use_back());
629     assert(CS.getCalledFunction() == F);
630     Instruction *Call = CS.getInstruction();
631     const AttrListPtr &CallPAL = CS.getAttributes();
632
633     // Add any return attributes.
634     if (Attributes attrs = CallPAL.getRetAttributes())
635       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, attrs));
636
637     // Loop over the operands, inserting GEP and loads in the caller as
638     // appropriate.
639     CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
640     ArgIndex = 1;
641     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
642          I != E; ++I, ++AI, ++ArgIndex)
643       if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
644         Args.push_back(*AI);          // Unmodified argument
645
646         if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(ArgIndex))
647           AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
648
649       } else if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
650         // Emit a GEP and load for each element of the struct.
651         const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
652         const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
653         Value *Idxs[2] = {
654               ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), 0 };
655         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
656           Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
657           Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(*AI, Idxs, Idxs+2,
658                                                  (*AI)->getName()+"."+utostr(i),
659                                                  Call);
660           // TODO: Tell AA about the new values?
661           Args.push_back(new LoadInst(Idx, Idx->getName()+".val", Call));
662         }
663       } else if (!I->use_empty()) {
664         // Non-dead argument: insert GEPs and loads as appropriate.
665         ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
666         // Store the Value* version of the indices in here, but declare it now
667         // for reuse.
668         std::vector<Value*> Ops;
669         for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
670                E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
671           Value *V = *AI;
672           LoadInst *OrigLoad = OriginalLoads[*SI];
673           if (!SI->empty()) {
674             Ops.reserve(SI->size());
675             const Type *ElTy = V->getType();
676             for (IndicesVector::const_iterator II = SI->begin(),
677                  IE = SI->end(); II != IE; ++II) {
678               // Use i32 to index structs, and i64 for others (pointers/arrays).
679               // This satisfies GEP constraints.
680               const Type *IdxTy = (ElTy->isStructTy() ?
681                     Type::getInt32Ty(F->getContext()) : 
682                     Type::getInt64Ty(F->getContext()));
683               Ops.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, *II));
684               // Keep track of the type we're currently indexing.
685               ElTy = cast<CompositeType>(ElTy)->getTypeAtIndex(*II);
686             }
687             // And create a GEP to extract those indices.
688             V = GetElementPtrInst::Create(V, Ops.begin(), Ops.end(),
689                                           V->getName()+".idx", Call);
690             Ops.clear();
691             AA.copyValue(OrigLoad->getOperand(0), V);
692           }
693           // Since we're replacing a load make sure we take the alignment
694           // of the previous load.
695           LoadInst *newLoad = new LoadInst(V, V->getName()+".val", Call);
696           newLoad->setAlignment(OrigLoad->getAlignment());
697           Args.push_back(newLoad);
698           AA.copyValue(OrigLoad, Args.back());
699         }
700       }
701
702     if (ExtraArgHack)
703       Args.push_back(Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(F->getContext())));
704
705     // Push any varargs arguments on the list.
706     for (; AI != CS.arg_end(); ++AI, ++ArgIndex) {
707       Args.push_back(*AI);
708       if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(ArgIndex))
709         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
710     }
711
712     // Add any function attributes.
713     if (Attributes attrs = CallPAL.getFnAttributes())
714       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, attrs));
715
716     Instruction *New;
717     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
718       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
719                                Args.begin(), Args.end(), "", Call);
720       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
721       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
722                                                           AttributesVec.end()));
723     } else {
724       New = CallInst::Create(NF, Args.begin(), Args.end(), "", Call);
725       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
726       cast<CallInst>(New)->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
727                                                         AttributesVec.end()));
728       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
729         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
730     }
731     Args.clear();
732     AttributesVec.clear();
733
734     // Update the alias analysis implementation to know that we are replacing
735     // the old call with a new one.
736     AA.replaceWithNewValue(Call, New);
737
738     // Update the callgraph to know that the callsite has been transformed.
739     CallGraphNode *CalleeNode = CG[Call->getParent()->getParent()];
740     CalleeNode->replaceCallEdge(Call, New, NF_CGN);
741
742     if (!Call->use_empty()) {
743       Call->replaceAllUsesWith(New);
744       New->takeName(Call);
745     }
746
747     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
748     // F.
749     Call->eraseFromParent();
750   }
751
752   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
753   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
754   // function empty.
755   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
756
757   // Loop over the argument list, transfering uses of the old arguments over to
758   // the new arguments, also transfering over the names as well.
759   //
760   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
761        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I) {
762     if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
763       // If this is an unmodified argument, move the name and users over to the
764       // new version.
765       I->replaceAllUsesWith(I2);
766       I2->takeName(I);
767       AA.replaceWithNewValue(I, I2);
768       ++I2;
769       continue;
770     }
771
772     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
773       // In the callee, we create an alloca, and store each of the new incoming
774       // arguments into the alloca.
775       Instruction *InsertPt = NF->begin()->begin();
776
777       // Just add all the struct element types.
778       const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
779       Value *TheAlloca = new AllocaInst(AgTy, 0, "", InsertPt);
780       const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
781       Value *Idxs[2] = {
782             ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), 0 };
783
784       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
785         Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
786         Value *Idx = 
787           GetElementPtrInst::Create(TheAlloca, Idxs, Idxs+2,
788                                     TheAlloca->getName()+"."+Twine(i), 
789                                     InsertPt);
790         I2->setName(I->getName()+"."+Twine(i));
791         new StoreInst(I2++, Idx, InsertPt);
792       }
793
794       // Anything that used the arg should now use the alloca.
795       I->replaceAllUsesWith(TheAlloca);
796       TheAlloca->takeName(I);
797       AA.replaceWithNewValue(I, TheAlloca);
798       continue;
799     }
800
801     if (I->use_empty()) {
802       AA.deleteValue(I);
803       continue;
804     }
805
806     // Otherwise, if we promoted this argument, then all users are load
807     // instructions (or GEPs with only load users), and all loads should be
808     // using the new argument that we added.
809     ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
810
811     while (!I->use_empty()) {
812       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->use_back())) {
813         assert(ArgIndices.begin()->empty() &&
814                "Load element should sort to front!");
815         I2->setName(I->getName()+".val");
816         LI->replaceAllUsesWith(I2);
817         AA.replaceWithNewValue(LI, I2);
818         LI->eraseFromParent();
819         DEBUG(dbgs() << "*** Promoted load of argument '" << I->getName()
820               << "' in function '" << F->getName() << "'\n");
821       } else {
822         GetElementPtrInst *GEP = cast<GetElementPtrInst>(I->use_back());
823         IndicesVector Operands;
824         Operands.reserve(GEP->getNumIndices());
825         for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
826              II != IE; ++II)
827           Operands.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
828
829         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
830         if (Operands.size() == 1 && Operands.front() == 0)
831           Operands.clear();
832
833         Function::arg_iterator TheArg = I2;
834         for (ScalarizeTable::iterator It = ArgIndices.begin();
835              *It != Operands; ++It, ++TheArg) {
836           assert(It != ArgIndices.end() && "GEP not handled??");
837         }
838
839         std::string NewName = I->getName();
840         for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i) {
841             NewName += "." + utostr(Operands[i]);
842         }
843         NewName += ".val";
844         TheArg->setName(NewName);
845
846         DEBUG(dbgs() << "*** Promoted agg argument '" << TheArg->getName()
847               << "' of function '" << NF->getName() << "'\n");
848
849         // All of the uses must be load instructions.  Replace them all with
850         // the argument specified by ArgNo.
851         while (!GEP->use_empty()) {
852           LoadInst *L = cast<LoadInst>(GEP->use_back());
853           L->replaceAllUsesWith(TheArg);
854           AA.replaceWithNewValue(L, TheArg);
855           L->eraseFromParent();
856         }
857         AA.deleteValue(GEP);
858         GEP->eraseFromParent();
859       }
860     }
861
862     // Increment I2 past all of the arguments added for this promoted pointer.
863     for (unsigned i = 0, e = ArgIndices.size(); i != e; ++i)
864       ++I2;
865   }
866
867   // Notify the alias analysis implementation that we inserted a new argument.
868   if (ExtraArgHack)
869     AA.copyValue(Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(F->getContext())), 
870                  NF->arg_begin());
871
872
873   // Tell the alias analysis that the old function is about to disappear.
874   AA.replaceWithNewValue(F, NF);
875
876   
877   NF_CGN->stealCalledFunctionsFrom(CG[F]);
878   
879   // Now that the old function is dead, delete it.  If there is a dangling
880   // reference to the CallgraphNode, just leave the dead function around for
881   // someone else to nuke.
882   CallGraphNode *CGN = CG[F];
883   if (CGN->getNumReferences() == 0)
884     delete CG.removeFunctionFromModule(CGN);
885   else
886     F->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
887   
888   return NF_CGN;
889 }