Get rid of static constructors for pass registration. Instead, every pass exposes...
[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       initializeArgPromotionPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
72     }
73
74     /// A vector used to hold the indices of a single GEP instruction
75     typedef std::vector<uint64_t> IndicesVector;
76
77   private:
78     CallGraphNode *PromoteArguments(CallGraphNode *CGN);
79     bool isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const;
80     CallGraphNode *DoPromotion(Function *F,
81                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
82                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform);
83     /// The maximum number of elements to expand, or 0 for unlimited.
84     unsigned maxElements;
85   };
86 }
87
88 char ArgPromotion::ID = 0;
89 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ArgPromotion, "argpromotion",
90                 "Promote 'by reference' arguments to scalars", false, false)
91 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
92 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(CallGraph)
93 INITIALIZE_PASS_END(ArgPromotion, "argpromotion",
94                 "Promote 'by reference' arguments to scalars", false, false)
95
96 Pass *llvm::createArgumentPromotionPass(unsigned maxElements) {
97   return new ArgPromotion(maxElements);
98 }
99
100 bool ArgPromotion::runOnSCC(CallGraphSCC &SCC) {
101   bool Changed = false, LocalChange;
102
103   do {  // Iterate until we stop promoting from this SCC.
104     LocalChange = false;
105     // Attempt to promote arguments from all functions in this SCC.
106     for (CallGraphSCC::iterator I = SCC.begin(), E = SCC.end(); I != E; ++I) {
107       if (CallGraphNode *CGN = PromoteArguments(*I)) {
108         LocalChange = true;
109         SCC.ReplaceNode(*I, CGN);
110       }
111     }
112     Changed |= LocalChange;               // Remember that we changed something.
113   } while (LocalChange);
114   
115   return Changed;
116 }
117
118 /// PromoteArguments - This method checks the specified function to see if there
119 /// are any promotable arguments and if it is safe to promote the function (for
120 /// example, all callers are direct).  If safe to promote some arguments, it
121 /// calls the DoPromotion method.
122 ///
123 CallGraphNode *ArgPromotion::PromoteArguments(CallGraphNode *CGN) {
124   Function *F = CGN->getFunction();
125
126   // Make sure that it is local to this module.
127   if (!F || !F->hasLocalLinkage()) return 0;
128
129   // First check: see if there are any pointer arguments!  If not, quick exit.
130   SmallVector<std::pair<Argument*, unsigned>, 16> PointerArgs;
131   unsigned ArgNo = 0;
132   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
133        I != E; ++I, ++ArgNo)
134     if (I->getType()->isPointerTy())
135       PointerArgs.push_back(std::pair<Argument*, unsigned>(I, ArgNo));
136   if (PointerArgs.empty()) return 0;
137
138   // Second check: make sure that all callers are direct callers.  We can't
139   // transform functions that have indirect callers.
140   if (F->hasAddressTaken())
141     return 0;
142
143   // Check to see which arguments are promotable.  If an argument is promotable,
144   // add it to ArgsToPromote.
145   SmallPtrSet<Argument*, 8> ArgsToPromote;
146   SmallPtrSet<Argument*, 8> ByValArgsToTransform;
147   for (unsigned i = 0; i != PointerArgs.size(); ++i) {
148     bool isByVal = F->paramHasAttr(PointerArgs[i].second+1, Attribute::ByVal);
149
150     // If this is a byval argument, and if the aggregate type is small, just
151     // pass the elements, which is always safe.
152     Argument *PtrArg = PointerArgs[i].first;
153     if (isByVal) {
154       const Type *AgTy = cast<PointerType>(PtrArg->getType())->getElementType();
155       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(AgTy)) {
156         if (maxElements > 0 && STy->getNumElements() > maxElements) {
157           DEBUG(dbgs() << "argpromotion disable promoting argument '"
158                 << PtrArg->getName() << "' because it would require adding more"
159                 << " than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
160         } else {
161           // If all the elements are single-value types, we can promote it.
162           bool AllSimple = true;
163           for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
164             if (!STy->getElementType(i)->isSingleValueType()) {
165               AllSimple = false;
166               break;
167             }
168
169           // Safe to transform, don't even bother trying to "promote" it.
170           // Passing the elements as a scalar will allow scalarrepl to hack on
171           // the new alloca we introduce.
172           if (AllSimple) {
173             ByValArgsToTransform.insert(PtrArg);
174             continue;
175           }
176         }
177       }
178     }
179
180     // Otherwise, see if we can promote the pointer to its value.
181     if (isSafeToPromoteArgument(PtrArg, isByVal))
182       ArgsToPromote.insert(PtrArg);
183   }
184
185   // No promotable pointer arguments.
186   if (ArgsToPromote.empty() && ByValArgsToTransform.empty()) 
187     return 0;
188
189   return DoPromotion(F, ArgsToPromote, ByValArgsToTransform);
190 }
191
192 /// IsAlwaysValidPointer - Return true if the specified pointer is always legal
193 /// to load.
194 static bool IsAlwaysValidPointer(Value *V) {
195   if (isa<AllocaInst>(V) || isa<GlobalVariable>(V)) return true;
196   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V))
197     return IsAlwaysValidPointer(GEP->getOperand(0));
198   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
199     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
200       return IsAlwaysValidPointer(CE->getOperand(0));
201
202   return false;
203 }
204
205 /// AllCalleesPassInValidPointerForArgument - Return true if we can prove that
206 /// all callees pass in a valid pointer for the specified function argument.
207 static bool AllCalleesPassInValidPointerForArgument(Argument *Arg) {
208   Function *Callee = Arg->getParent();
209
210   unsigned ArgNo = std::distance(Callee->arg_begin(),
211                                  Function::arg_iterator(Arg));
212
213   // Look at all call sites of the function.  At this pointer we know we only
214   // have direct callees.
215   for (Value::use_iterator UI = Callee->use_begin(), E = Callee->use_end();
216        UI != E; ++UI) {
217     CallSite CS(*UI);
218     assert(CS && "Should only have direct calls!");
219
220     if (!IsAlwaysValidPointer(CS.getArgument(ArgNo)))
221       return false;
222   }
223   return true;
224 }
225
226 /// Returns true if Prefix is a prefix of longer. That means, Longer has a size
227 /// that is greater than or equal to the size of prefix, and each of the
228 /// elements in Prefix is the same as the corresponding elements in Longer.
229 ///
230 /// This means it also returns true when Prefix and Longer are equal!
231 static bool IsPrefix(const ArgPromotion::IndicesVector &Prefix,
232                      const ArgPromotion::IndicesVector &Longer) {
233   if (Prefix.size() > Longer.size())
234     return false;
235   for (unsigned i = 0, e = Prefix.size(); i != e; ++i)
236     if (Prefix[i] != Longer[i])
237       return false;
238   return true;
239 }
240
241
242 /// Checks if Indices, or a prefix of Indices, is in Set.
243 static bool PrefixIn(const ArgPromotion::IndicesVector &Indices,
244                      std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Set) {
245     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
246     Low = Set.upper_bound(Indices);
247     if (Low != Set.begin())
248       Low--;
249     // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This means
250     // it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if such
251     // prefix exists.
252     //
253     // This load is safe if any prefix of its operands is safe to load.
254     return Low != Set.end() && IsPrefix(*Low, Indices);
255 }
256
257 /// Mark the given indices (ToMark) as safe in the given set of indices
258 /// (Safe). Marking safe usually means adding ToMark to Safe. However, if there
259 /// is already a prefix of Indices in Safe, Indices are implicitely marked safe
260 /// already. Furthermore, any indices that Indices is itself a prefix of, are
261 /// removed from Safe (since they are implicitely safe because of Indices now).
262 static void MarkIndicesSafe(const ArgPromotion::IndicesVector &ToMark,
263                             std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Safe) {
264   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
265   Low = Safe.upper_bound(ToMark);
266   // Guard against the case where Safe is empty
267   if (Low != Safe.begin())
268     Low--;
269   // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This
270   // means it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if
271   // such prefix exists.
272   if (Low != Safe.end()) {
273     if (IsPrefix(*Low, ToMark))
274       // If there is already a prefix of these indices (or exactly these
275       // indices) marked a safe, don't bother adding these indices
276       return;
277
278     // Increment Low, so we can use it as a "insert before" hint
279     ++Low;
280   }
281   // Insert
282   Low = Safe.insert(Low, ToMark);
283   ++Low;
284   // If there we're a prefix of longer index list(s), remove those
285   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator End = Safe.end();
286   while (Low != End && IsPrefix(ToMark, *Low)) {
287     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Remove = Low;
288     ++Low;
289     Safe.erase(Remove);
290   }
291 }
292
293 /// isSafeToPromoteArgument - As you might guess from the name of this method,
294 /// it checks to see if it is both safe and useful to promote the argument.
295 /// This method limits promotion of aggregates to only promote up to three
296 /// elements of the aggregate in order to avoid exploding the number of
297 /// arguments passed in.
298 bool ArgPromotion::isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const {
299   typedef std::set<IndicesVector> GEPIndicesSet;
300
301   // Quick exit for unused arguments
302   if (Arg->use_empty())
303     return true;
304
305   // We can only promote this argument if all of the uses are loads, or are GEP
306   // instructions (with constant indices) that are subsequently loaded.
307   //
308   // Promoting the argument causes it to be loaded in the caller
309   // unconditionally. This is only safe if we can prove that either the load
310   // would have happened in the callee anyway (ie, there is a load in the entry
311   // block) or the pointer passed in at every call site is guaranteed to be
312   // valid.
313   // In the former case, invalid loads can happen, but would have happened
314   // anyway, in the latter case, invalid loads won't happen. This prevents us
315   // from introducing an invalid load that wouldn't have happened in the
316   // original code.
317   //
318   // This set will contain all sets of indices that are loaded in the entry
319   // block, and thus are safe to unconditionally load in the caller.
320   GEPIndicesSet SafeToUnconditionallyLoad;
321
322   // This set contains all the sets of indices that we are planning to promote.
323   // This makes it possible to limit the number of arguments added.
324   GEPIndicesSet ToPromote;
325
326   // If the pointer is always valid, any load with first index 0 is valid.
327   if (isByVal || AllCalleesPassInValidPointerForArgument(Arg))
328     SafeToUnconditionallyLoad.insert(IndicesVector(1, 0));
329
330   // First, iterate the entry block and mark loads of (geps of) arguments as
331   // safe.
332   BasicBlock *EntryBlock = Arg->getParent()->begin();
333   // Declare this here so we can reuse it
334   IndicesVector Indices;
335   for (BasicBlock::iterator I = EntryBlock->begin(), E = EntryBlock->end();
336        I != E; ++I)
337     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
338       Value *V = LI->getPointerOperand();
339       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
340         V = GEP->getPointerOperand();
341         if (V == Arg) {
342           // This load actually loads (part of) Arg? Check the indices then.
343           Indices.reserve(GEP->getNumIndices());
344           for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
345                II != IE; ++II)
346             if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*II))
347               Indices.push_back(CI->getSExtValue());
348             else
349               // We found a non-constant GEP index for this argument? Bail out
350               // right away, can't promote this argument at all.
351               return false;
352
353           // Indices checked out, mark them as safe
354           MarkIndicesSafe(Indices, SafeToUnconditionallyLoad);
355           Indices.clear();
356         }
357       } else if (V == Arg) {
358         // Direct loads are equivalent to a GEP with a single 0 index.
359         MarkIndicesSafe(IndicesVector(1, 0), SafeToUnconditionallyLoad);
360       }
361     }
362
363   // Now, iterate all uses of the argument to see if there are any uses that are
364   // not (GEP+)loads, or any (GEP+)loads that are not safe to promote.
365   SmallVector<LoadInst*, 16> Loads;
366   IndicesVector Operands;
367   for (Value::use_iterator UI = Arg->use_begin(), E = Arg->use_end();
368        UI != E; ++UI) {
369     User *U = *UI;
370     Operands.clear();
371     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
372       if (LI->isVolatile()) return false;  // Don't hack volatile loads
373       Loads.push_back(LI);
374       // Direct loads are equivalent to a GEP with a zero index and then a load.
375       Operands.push_back(0);
376     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
377       if (GEP->use_empty()) {
378         // Dead GEP's cause trouble later.  Just remove them if we run into
379         // them.
380         getAnalysis<AliasAnalysis>().deleteValue(GEP);
381         GEP->eraseFromParent();
382         // TODO: This runs the above loop over and over again for dead GEPs
383         // Couldn't we just do increment the UI iterator earlier and erase the
384         // use?
385         return isSafeToPromoteArgument(Arg, isByVal);
386       }
387
388       // Ensure that all of the indices are constants.
389       for (User::op_iterator i = GEP->idx_begin(), e = GEP->idx_end();
390         i != e; ++i)
391         if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(*i))
392           Operands.push_back(C->getSExtValue());
393         else
394           return false;  // Not a constant operand GEP!
395
396       // Ensure that the only users of the GEP are load instructions.
397       for (Value::use_iterator UI = GEP->use_begin(), E = GEP->use_end();
398            UI != E; ++UI)
399         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
400           if (LI->isVolatile()) return false;  // Don't hack volatile loads
401           Loads.push_back(LI);
402         } else {
403           // Other uses than load?
404           return false;
405         }
406     } else {
407       return false;  // Not a load or a GEP.
408     }
409
410     // Now, see if it is safe to promote this load / loads of this GEP. Loading
411     // is safe if Operands, or a prefix of Operands, is marked as safe.
412     if (!PrefixIn(Operands, SafeToUnconditionallyLoad))
413       return false;
414
415     // See if we are already promoting a load with these indices. If not, check
416     // to make sure that we aren't promoting too many elements.  If so, nothing
417     // to do.
418     if (ToPromote.find(Operands) == ToPromote.end()) {
419       if (maxElements > 0 && ToPromote.size() == maxElements) {
420         DEBUG(dbgs() << "argpromotion not promoting argument '"
421               << Arg->getName() << "' because it would require adding more "
422               << "than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
423         // We limit aggregate promotion to only promoting up to a fixed number
424         // of elements of the aggregate.
425         return false;
426       }
427       ToPromote.insert(Operands);
428     }
429   }
430
431   if (Loads.empty()) return true;  // No users, this is a dead argument.
432
433   // Okay, now we know that the argument is only used by load instructions and
434   // it is safe to unconditionally perform all of them. Use alias analysis to
435   // check to see if the pointer is guaranteed to not be modified from entry of
436   // the function to each of the load instructions.
437
438   // Because there could be several/many load instructions, remember which
439   // blocks we know to be transparent to the load.
440   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> TranspBlocks;
441
442   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
443   TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
444   if (!TD) return false; // Without TargetData, assume the worst.
445
446   for (unsigned i = 0, e = Loads.size(); i != e; ++i) {
447     // Check to see if the load is invalidated from the start of the block to
448     // the load itself.
449     LoadInst *Load = Loads[i];
450     BasicBlock *BB = Load->getParent();
451
452     const PointerType *LoadTy =
453       cast<PointerType>(Load->getPointerOperand()->getType());
454     unsigned LoadSize =(unsigned)TD->getTypeStoreSize(LoadTy->getElementType());
455
456     if (AA.canInstructionRangeModify(BB->front(), *Load, Arg, LoadSize))
457       return false;  // Pointer is invalidated!
458
459     // Now check every path from the entry block to the load for transparency.
460     // To do this, we perform a depth first search on the inverse CFG from the
461     // loading block.
462     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
463       BasicBlock *P = *PI;
464       for (idf_ext_iterator<BasicBlock*, SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> >
465              I = idf_ext_begin(P, TranspBlocks),
466              E = idf_ext_end(P, TranspBlocks); I != E; ++I)
467         if (AA.canBasicBlockModify(**I, Arg, LoadSize))
468           return false;
469     }
470   }
471
472   // If the path from the entry of the function to each load is free of
473   // instructions that potentially invalidate the load, we can make the
474   // transformation!
475   return true;
476 }
477
478 /// DoPromotion - This method actually performs the promotion of the specified
479 /// arguments, and returns the new function.  At this point, we know that it's
480 /// safe to do so.
481 CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
482                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
483                               SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform) {
484
485   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
486   // the old function, but has modified arguments.
487   const FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
488   std::vector<const Type*> Params;
489
490   typedef std::set<IndicesVector> ScalarizeTable;
491
492   // ScalarizedElements - If we are promoting a pointer that has elements
493   // accessed out of it, keep track of which elements are accessed so that we
494   // can add one argument for each.
495   //
496   // Arguments that are directly loaded will have a zero element value here, to
497   // handle cases where there are both a direct load and GEP accesses.
498   //
499   std::map<Argument*, ScalarizeTable> ScalarizedElements;
500
501   // OriginalLoads - Keep track of a representative load instruction from the
502   // original function so that we can tell the alias analysis implementation
503   // what the new GEP/Load instructions we are inserting look like.
504   std::map<IndicesVector, LoadInst*> OriginalLoads;
505
506   // Attributes - Keep track of the parameter attributes for the arguments
507   // that we are *not* promoting. For the ones that we do promote, the parameter
508   // attributes are lost
509   SmallVector<AttributeWithIndex, 8> AttributesVec;
510   const AttrListPtr &PAL = F->getAttributes();
511
512   // Add any return attributes.
513   if (Attributes attrs = PAL.getRetAttributes())
514     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, attrs));
515
516   // First, determine the new argument list
517   unsigned ArgIndex = 1;
518   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E;
519        ++I, ++ArgIndex) {
520     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
521       // Simple byval argument? Just add all the struct element types.
522       const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
523       const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
524       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
525         Params.push_back(STy->getElementType(i));
526       ++NumByValArgsPromoted;
527     } else if (!ArgsToPromote.count(I)) {
528       // Unchanged argument
529       Params.push_back(I->getType());
530       if (Attributes attrs = PAL.getParamAttributes(ArgIndex))
531         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Params.size(), attrs));
532     } else if (I->use_empty()) {
533       // Dead argument (which are always marked as promotable)
534       ++NumArgumentsDead;
535     } else {
536       // Okay, this is being promoted. This means that the only uses are loads
537       // or GEPs which are only used by loads
538
539       // In this table, we will track which indices are loaded from the argument
540       // (where direct loads are tracked as no indices).
541       ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
542       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
543            ++UI) {
544         Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
545         assert(isa<LoadInst>(User) || isa<GetElementPtrInst>(User));
546         IndicesVector Indices;
547         Indices.reserve(User->getNumOperands() - 1);
548         // Since loads will only have a single operand, and GEPs only a single
549         // non-index operand, this will record direct loads without any indices,
550         // and gep+loads with the GEP indices.
551         for (User::op_iterator II = User->op_begin() + 1, IE = User->op_end();
552              II != IE; ++II)
553           Indices.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
554         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
555         if (Indices.size() == 1 && Indices.front() == 0)
556           Indices.clear();
557         ArgIndices.insert(Indices);
558         LoadInst *OrigLoad;
559         if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(User))
560           OrigLoad = L;
561         else
562           // Take any load, we will use it only to update Alias Analysis
563           OrigLoad = cast<LoadInst>(User->use_back());
564         OriginalLoads[Indices] = OrigLoad;
565       }
566
567       // Add a parameter to the function for each element passed in.
568       for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
569              E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
570         // not allowed to dereference ->begin() if size() is 0
571         Params.push_back(GetElementPtrInst::getIndexedType(I->getType(),
572                                                            SI->begin(),
573                                                            SI->end()));
574         assert(Params.back());
575       }
576
577       if (ArgIndices.size() == 1 && ArgIndices.begin()->empty())
578         ++NumArgumentsPromoted;
579       else
580         ++NumAggregatesPromoted;
581     }
582   }
583
584   // Add any function attributes.
585   if (Attributes attrs = PAL.getFnAttributes())
586     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, attrs));
587
588   const Type *RetTy = FTy->getReturnType();
589
590   // Work around LLVM bug PR56: the CWriter cannot emit varargs functions which
591   // have zero fixed arguments.
592   bool ExtraArgHack = false;
593   if (Params.empty() && FTy->isVarArg()) {
594     ExtraArgHack = true;
595     Params.push_back(Type::getInt32Ty(F->getContext()));
596   }
597
598   // Construct the new function type using the new arguments.
599   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(RetTy, Params, FTy->isVarArg());
600
601   // Create the new function body and insert it into the module.
602   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage(), F->getName());
603   NF->copyAttributesFrom(F);
604
605   
606   DEBUG(dbgs() << "ARG PROMOTION:  Promoting to:" << *NF << "\n"
607         << "From: " << *F);
608   
609   // Recompute the parameter attributes list based on the new arguments for
610   // the function.
611   NF->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
612                                      AttributesVec.end()));
613   AttributesVec.clear();
614
615   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
616   NF->takeName(F);
617
618   // Get the alias analysis information that we need to update to reflect our
619   // changes.
620   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
621
622   // Get the callgraph information that we need to update to reflect our
623   // changes.
624   CallGraph &CG = getAnalysis<CallGraph>();
625   
626   // Get a new callgraph node for NF.
627   CallGraphNode *NF_CGN = CG.getOrInsertFunction(NF);
628
629   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
630   // to pass in the loaded pointers.
631   //
632   SmallVector<Value*, 16> Args;
633   while (!F->use_empty()) {
634     CallSite CS(F->use_back());
635     assert(CS.getCalledFunction() == F);
636     Instruction *Call = CS.getInstruction();
637     const AttrListPtr &CallPAL = CS.getAttributes();
638
639     // Add any return attributes.
640     if (Attributes attrs = CallPAL.getRetAttributes())
641       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, attrs));
642
643     // Loop over the operands, inserting GEP and loads in the caller as
644     // appropriate.
645     CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
646     ArgIndex = 1;
647     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
648          I != E; ++I, ++AI, ++ArgIndex)
649       if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
650         Args.push_back(*AI);          // Unmodified argument
651
652         if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(ArgIndex))
653           AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
654
655       } else if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
656         // Emit a GEP and load for each element of the struct.
657         const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
658         const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
659         Value *Idxs[2] = {
660               ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), 0 };
661         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
662           Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
663           Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(*AI, Idxs, Idxs+2,
664                                                  (*AI)->getName()+"."+utostr(i),
665                                                  Call);
666           // TODO: Tell AA about the new values?
667           Args.push_back(new LoadInst(Idx, Idx->getName()+".val", Call));
668         }
669       } else if (!I->use_empty()) {
670         // Non-dead argument: insert GEPs and loads as appropriate.
671         ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
672         // Store the Value* version of the indices in here, but declare it now
673         // for reuse.
674         std::vector<Value*> Ops;
675         for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
676                E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
677           Value *V = *AI;
678           LoadInst *OrigLoad = OriginalLoads[*SI];
679           if (!SI->empty()) {
680             Ops.reserve(SI->size());
681             const Type *ElTy = V->getType();
682             for (IndicesVector::const_iterator II = SI->begin(),
683                  IE = SI->end(); II != IE; ++II) {
684               // Use i32 to index structs, and i64 for others (pointers/arrays).
685               // This satisfies GEP constraints.
686               const Type *IdxTy = (ElTy->isStructTy() ?
687                     Type::getInt32Ty(F->getContext()) : 
688                     Type::getInt64Ty(F->getContext()));
689               Ops.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, *II));
690               // Keep track of the type we're currently indexing.
691               ElTy = cast<CompositeType>(ElTy)->getTypeAtIndex(*II);
692             }
693             // And create a GEP to extract those indices.
694             V = GetElementPtrInst::Create(V, Ops.begin(), Ops.end(),
695                                           V->getName()+".idx", Call);
696             Ops.clear();
697             AA.copyValue(OrigLoad->getOperand(0), V);
698           }
699           // Since we're replacing a load make sure we take the alignment
700           // of the previous load.
701           LoadInst *newLoad = new LoadInst(V, V->getName()+".val", Call);
702           newLoad->setAlignment(OrigLoad->getAlignment());
703           Args.push_back(newLoad);
704           AA.copyValue(OrigLoad, Args.back());
705         }
706       }
707
708     if (ExtraArgHack)
709       Args.push_back(Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(F->getContext())));
710
711     // Push any varargs arguments on the list.
712     for (; AI != CS.arg_end(); ++AI, ++ArgIndex) {
713       Args.push_back(*AI);
714       if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(ArgIndex))
715         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
716     }
717
718     // Add any function attributes.
719     if (Attributes attrs = CallPAL.getFnAttributes())
720       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, attrs));
721
722     Instruction *New;
723     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
724       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
725                                Args.begin(), Args.end(), "", Call);
726       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
727       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
728                                                           AttributesVec.end()));
729     } else {
730       New = CallInst::Create(NF, Args.begin(), Args.end(), "", Call);
731       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
732       cast<CallInst>(New)->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
733                                                         AttributesVec.end()));
734       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
735         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
736     }
737     Args.clear();
738     AttributesVec.clear();
739
740     // Update the alias analysis implementation to know that we are replacing
741     // the old call with a new one.
742     AA.replaceWithNewValue(Call, New);
743
744     // Update the callgraph to know that the callsite has been transformed.
745     CallGraphNode *CalleeNode = CG[Call->getParent()->getParent()];
746     CalleeNode->replaceCallEdge(Call, New, NF_CGN);
747
748     if (!Call->use_empty()) {
749       Call->replaceAllUsesWith(New);
750       New->takeName(Call);
751     }
752
753     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
754     // F.
755     Call->eraseFromParent();
756   }
757
758   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
759   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
760   // function empty.
761   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
762
763   // Loop over the argument list, transfering uses of the old arguments over to
764   // the new arguments, also transfering over the names as well.
765   //
766   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
767        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I) {
768     if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
769       // If this is an unmodified argument, move the name and users over to the
770       // new version.
771       I->replaceAllUsesWith(I2);
772       I2->takeName(I);
773       AA.replaceWithNewValue(I, I2);
774       ++I2;
775       continue;
776     }
777
778     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
779       // In the callee, we create an alloca, and store each of the new incoming
780       // arguments into the alloca.
781       Instruction *InsertPt = NF->begin()->begin();
782
783       // Just add all the struct element types.
784       const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
785       Value *TheAlloca = new AllocaInst(AgTy, 0, "", InsertPt);
786       const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
787       Value *Idxs[2] = {
788             ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), 0 };
789
790       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
791         Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
792         Value *Idx = 
793           GetElementPtrInst::Create(TheAlloca, Idxs, Idxs+2,
794                                     TheAlloca->getName()+"."+Twine(i), 
795                                     InsertPt);
796         I2->setName(I->getName()+"."+Twine(i));
797         new StoreInst(I2++, Idx, InsertPt);
798       }
799
800       // Anything that used the arg should now use the alloca.
801       I->replaceAllUsesWith(TheAlloca);
802       TheAlloca->takeName(I);
803       AA.replaceWithNewValue(I, TheAlloca);
804       continue;
805     }
806
807     if (I->use_empty()) {
808       AA.deleteValue(I);
809       continue;
810     }
811
812     // Otherwise, if we promoted this argument, then all users are load
813     // instructions (or GEPs with only load users), and all loads should be
814     // using the new argument that we added.
815     ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
816
817     while (!I->use_empty()) {
818       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->use_back())) {
819         assert(ArgIndices.begin()->empty() &&
820                "Load element should sort to front!");
821         I2->setName(I->getName()+".val");
822         LI->replaceAllUsesWith(I2);
823         AA.replaceWithNewValue(LI, I2);
824         LI->eraseFromParent();
825         DEBUG(dbgs() << "*** Promoted load of argument '" << I->getName()
826               << "' in function '" << F->getName() << "'\n");
827       } else {
828         GetElementPtrInst *GEP = cast<GetElementPtrInst>(I->use_back());
829         IndicesVector Operands;
830         Operands.reserve(GEP->getNumIndices());
831         for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
832              II != IE; ++II)
833           Operands.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
834
835         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
836         if (Operands.size() == 1 && Operands.front() == 0)
837           Operands.clear();
838
839         Function::arg_iterator TheArg = I2;
840         for (ScalarizeTable::iterator It = ArgIndices.begin();
841              *It != Operands; ++It, ++TheArg) {
842           assert(It != ArgIndices.end() && "GEP not handled??");
843         }
844
845         std::string NewName = I->getName();
846         for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i) {
847             NewName += "." + utostr(Operands[i]);
848         }
849         NewName += ".val";
850         TheArg->setName(NewName);
851
852         DEBUG(dbgs() << "*** Promoted agg argument '" << TheArg->getName()
853               << "' of function '" << NF->getName() << "'\n");
854
855         // All of the uses must be load instructions.  Replace them all with
856         // the argument specified by ArgNo.
857         while (!GEP->use_empty()) {
858           LoadInst *L = cast<LoadInst>(GEP->use_back());
859           L->replaceAllUsesWith(TheArg);
860           AA.replaceWithNewValue(L, TheArg);
861           L->eraseFromParent();
862         }
863         AA.deleteValue(GEP);
864         GEP->eraseFromParent();
865       }
866     }
867
868     // Increment I2 past all of the arguments added for this promoted pointer.
869     for (unsigned i = 0, e = ArgIndices.size(); i != e; ++i)
870       ++I2;
871   }
872
873   // Notify the alias analysis implementation that we inserted a new argument.
874   if (ExtraArgHack)
875     AA.copyValue(Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(F->getContext())), 
876                  NF->arg_begin());
877
878
879   // Tell the alias analysis that the old function is about to disappear.
880   AA.replaceWithNewValue(F, NF);
881
882   
883   NF_CGN->stealCalledFunctionsFrom(CG[F]);
884   
885   // Now that the old function is dead, delete it.  If there is a dangling
886   // reference to the CallgraphNode, just leave the dead function around for
887   // someone else to nuke.
888   CallGraphNode *CGN = CG[F];
889   if (CGN->getNumReferences() == 0)
890     delete CG.removeFunctionFromModule(CGN);
891   else
892     F->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
893   
894   return NF_CGN;
895 }