[Modules] Move CallSite into the IR library where it belogs. It is
[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/ADT/DepthFirstIterator.h"
35 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
36 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
37 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
38 #include "llvm/Analysis/CallGraph.h"
39 #include "llvm/Analysis/CallGraphSCCPass.h"
40 #include "llvm/IR/CallSite.h"
41 #include "llvm/IR/Constants.h"
42 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
43 #include "llvm/IR/Instructions.h"
44 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
45 #include "llvm/IR/Module.h"
46 #include "llvm/Support/CFG.h"
47 #include "llvm/Support/Debug.h"
48 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
49 #include <set>
50 using namespace llvm;
51
52 STATISTIC(NumArgumentsPromoted , "Number of pointer arguments promoted");
53 STATISTIC(NumAggregatesPromoted, "Number of aggregate arguments promoted");
54 STATISTIC(NumByValArgsPromoted , "Number of byval arguments promoted");
55 STATISTIC(NumArgumentsDead     , "Number of dead pointer args eliminated");
56
57 namespace {
58   /// ArgPromotion - The 'by reference' to 'by value' argument promotion pass.
59   ///
60   struct ArgPromotion : public CallGraphSCCPass {
61     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
62       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
63       CallGraphSCCPass::getAnalysisUsage(AU);
64     }
65
66     virtual bool runOnSCC(CallGraphSCC &SCC);
67     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
68     explicit ArgPromotion(unsigned maxElements = 3)
69         : CallGraphSCCPass(ID), maxElements(maxElements) {
70       initializeArgPromotionPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
71     }
72
73     /// A vector used to hold the indices of a single GEP instruction
74     typedef std::vector<uint64_t> IndicesVector;
75
76   private:
77     CallGraphNode *PromoteArguments(CallGraphNode *CGN);
78     bool isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const;
79     CallGraphNode *DoPromotion(Function *F,
80                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
81                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform);
82     /// The maximum number of elements to expand, or 0 for unlimited.
83     unsigned maxElements;
84   };
85 }
86
87 char ArgPromotion::ID = 0;
88 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ArgPromotion, "argpromotion",
89                 "Promote 'by reference' arguments to scalars", false, false)
90 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
91 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(CallGraphWrapperPass)
92 INITIALIZE_PASS_END(ArgPromotion, "argpromotion",
93                 "Promote 'by reference' arguments to scalars", false, false)
94
95 Pass *llvm::createArgumentPromotionPass(unsigned maxElements) {
96   return new ArgPromotion(maxElements);
97 }
98
99 bool ArgPromotion::runOnSCC(CallGraphSCC &SCC) {
100   bool Changed = false, LocalChange;
101
102   do {  // Iterate until we stop promoting from this SCC.
103     LocalChange = false;
104     // Attempt to promote arguments from all functions in this SCC.
105     for (CallGraphSCC::iterator I = SCC.begin(), E = SCC.end(); I != E; ++I) {
106       if (CallGraphNode *CGN = PromoteArguments(*I)) {
107         LocalChange = true;
108         SCC.ReplaceNode(*I, CGN);
109       }
110     }
111     Changed |= LocalChange;               // Remember that we changed something.
112   } while (LocalChange);
113   
114   return Changed;
115 }
116
117 /// PromoteArguments - This method checks the specified function to see if there
118 /// are any promotable arguments and if it is safe to promote the function (for
119 /// example, all callers are direct).  If safe to promote some arguments, it
120 /// calls the DoPromotion method.
121 ///
122 CallGraphNode *ArgPromotion::PromoteArguments(CallGraphNode *CGN) {
123   Function *F = CGN->getFunction();
124
125   // Make sure that it is local to this module.
126   if (!F || !F->hasLocalLinkage()) return 0;
127
128   // First check: see if there are any pointer arguments!  If not, quick exit.
129   SmallVector<Argument*, 16> PointerArgs;
130   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E; ++I)
131     if (I->getType()->isPointerTy())
132       PointerArgs.push_back(I);
133   if (PointerArgs.empty()) return 0;
134
135   // Second check: make sure that all callers are direct callers.  We can't
136   // transform functions that have indirect callers.  Also see if the function
137   // is self-recursive.
138   bool isSelfRecursive = false;
139   for (Value::use_iterator UI = F->use_begin(), E = F->use_end();
140        UI != E; ++UI) {
141     CallSite CS(*UI);
142     // Must be a direct call.
143     if (CS.getInstruction() == 0 || !CS.isCallee(UI)) return 0;
144     
145     if (CS.getInstruction()->getParent()->getParent() == F)
146       isSelfRecursive = true;
147   }
148   
149   // Check to see which arguments are promotable.  If an argument is promotable,
150   // add it to ArgsToPromote.
151   SmallPtrSet<Argument*, 8> ArgsToPromote;
152   SmallPtrSet<Argument*, 8> ByValArgsToTransform;
153   for (unsigned i = 0, e = PointerArgs.size(); i != e; ++i) {
154     Argument *PtrArg = PointerArgs[i];
155     Type *AgTy = cast<PointerType>(PtrArg->getType())->getElementType();
156
157     // If this is a byval argument, and if the aggregate type is small, just
158     // pass the elements, which is always safe.  This does not apply to
159     // inalloca.
160     if (PtrArg->hasByValAttr()) {
161       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(AgTy)) {
162         if (maxElements > 0 && STy->getNumElements() > maxElements) {
163           DEBUG(dbgs() << "argpromotion disable promoting argument '"
164                 << PtrArg->getName() << "' because it would require adding more"
165                 << " than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
166           continue;
167         }
168         
169         // If all the elements are single-value types, we can promote it.
170         bool AllSimple = true;
171         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
172           if (!STy->getElementType(i)->isSingleValueType()) {
173             AllSimple = false;
174             break;
175           }
176         }
177
178         // Safe to transform, don't even bother trying to "promote" it.
179         // Passing the elements as a scalar will allow scalarrepl to hack on
180         // the new alloca we introduce.
181         if (AllSimple) {
182           ByValArgsToTransform.insert(PtrArg);
183           continue;
184         }
185       }
186     }
187
188     // If the argument is a recursive type and we're in a recursive
189     // function, we could end up infinitely peeling the function argument.
190     if (isSelfRecursive) {
191       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(AgTy)) {
192         bool RecursiveType = false;
193         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
194           if (STy->getElementType(i) == PtrArg->getType()) {
195             RecursiveType = true;
196             break;
197           }
198         }
199         if (RecursiveType)
200           continue;
201       }
202     }
203     
204     // Otherwise, see if we can promote the pointer to its value.
205     if (isSafeToPromoteArgument(PtrArg, PtrArg->hasByValOrInAllocaAttr()))
206       ArgsToPromote.insert(PtrArg);
207   }
208
209   // No promotable pointer arguments.
210   if (ArgsToPromote.empty() && ByValArgsToTransform.empty()) 
211     return 0;
212
213   return DoPromotion(F, ArgsToPromote, ByValArgsToTransform);
214 }
215
216 /// AllCallersPassInValidPointerForArgument - Return true if we can prove that
217 /// all callees pass in a valid pointer for the specified function argument.
218 static bool AllCallersPassInValidPointerForArgument(Argument *Arg) {
219   Function *Callee = Arg->getParent();
220
221   unsigned ArgNo = Arg->getArgNo();
222
223   // Look at all call sites of the function.  At this pointer we know we only
224   // have direct callees.
225   for (Value::use_iterator UI = Callee->use_begin(), E = Callee->use_end();
226        UI != E; ++UI) {
227     CallSite CS(*UI);
228     assert(CS && "Should only have direct calls!");
229
230     if (!CS.getArgument(ArgNo)->isDereferenceablePointer())
231       return false;
232   }
233   return true;
234 }
235
236 /// Returns true if Prefix is a prefix of longer. That means, Longer has a size
237 /// that is greater than or equal to the size of prefix, and each of the
238 /// elements in Prefix is the same as the corresponding elements in Longer.
239 ///
240 /// This means it also returns true when Prefix and Longer are equal!
241 static bool IsPrefix(const ArgPromotion::IndicesVector &Prefix,
242                      const ArgPromotion::IndicesVector &Longer) {
243   if (Prefix.size() > Longer.size())
244     return false;
245   return std::equal(Prefix.begin(), Prefix.end(), Longer.begin());
246 }
247
248
249 /// Checks if Indices, or a prefix of Indices, is in Set.
250 static bool PrefixIn(const ArgPromotion::IndicesVector &Indices,
251                      std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Set) {
252     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
253     Low = Set.upper_bound(Indices);
254     if (Low != Set.begin())
255       Low--;
256     // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This means
257     // it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if such
258     // prefix exists.
259     //
260     // This load is safe if any prefix of its operands is safe to load.
261     return Low != Set.end() && IsPrefix(*Low, Indices);
262 }
263
264 /// Mark the given indices (ToMark) as safe in the given set of indices
265 /// (Safe). Marking safe usually means adding ToMark to Safe. However, if there
266 /// is already a prefix of Indices in Safe, Indices are implicitely marked safe
267 /// already. Furthermore, any indices that Indices is itself a prefix of, are
268 /// removed from Safe (since they are implicitely safe because of Indices now).
269 static void MarkIndicesSafe(const ArgPromotion::IndicesVector &ToMark,
270                             std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Safe) {
271   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
272   Low = Safe.upper_bound(ToMark);
273   // Guard against the case where Safe is empty
274   if (Low != Safe.begin())
275     Low--;
276   // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This
277   // means it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if
278   // such prefix exists.
279   if (Low != Safe.end()) {
280     if (IsPrefix(*Low, ToMark))
281       // If there is already a prefix of these indices (or exactly these
282       // indices) marked a safe, don't bother adding these indices
283       return;
284
285     // Increment Low, so we can use it as a "insert before" hint
286     ++Low;
287   }
288   // Insert
289   Low = Safe.insert(Low, ToMark);
290   ++Low;
291   // If there we're a prefix of longer index list(s), remove those
292   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator End = Safe.end();
293   while (Low != End && IsPrefix(ToMark, *Low)) {
294     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Remove = Low;
295     ++Low;
296     Safe.erase(Remove);
297   }
298 }
299
300 /// isSafeToPromoteArgument - As you might guess from the name of this method,
301 /// it checks to see if it is both safe and useful to promote the argument.
302 /// This method limits promotion of aggregates to only promote up to three
303 /// elements of the aggregate in order to avoid exploding the number of
304 /// arguments passed in.
305 bool ArgPromotion::isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg,
306                                            bool isByValOrInAlloca) const {
307   typedef std::set<IndicesVector> GEPIndicesSet;
308
309   // Quick exit for unused arguments
310   if (Arg->use_empty())
311     return true;
312
313   // We can only promote this argument if all of the uses are loads, or are GEP
314   // instructions (with constant indices) that are subsequently loaded.
315   //
316   // Promoting the argument causes it to be loaded in the caller
317   // unconditionally. This is only safe if we can prove that either the load
318   // would have happened in the callee anyway (ie, there is a load in the entry
319   // block) or the pointer passed in at every call site is guaranteed to be
320   // valid.
321   // In the former case, invalid loads can happen, but would have happened
322   // anyway, in the latter case, invalid loads won't happen. This prevents us
323   // from introducing an invalid load that wouldn't have happened in the
324   // original code.
325   //
326   // This set will contain all sets of indices that are loaded in the entry
327   // block, and thus are safe to unconditionally load in the caller.
328   //
329   // This optimization is also safe for InAlloca parameters, because it verifies
330   // that the address isn't captured.
331   GEPIndicesSet SafeToUnconditionallyLoad;
332
333   // This set contains all the sets of indices that we are planning to promote.
334   // This makes it possible to limit the number of arguments added.
335   GEPIndicesSet ToPromote;
336
337   // If the pointer is always valid, any load with first index 0 is valid.
338   if (isByValOrInAlloca || AllCallersPassInValidPointerForArgument(Arg))
339     SafeToUnconditionallyLoad.insert(IndicesVector(1, 0));
340
341   // First, iterate the entry block and mark loads of (geps of) arguments as
342   // safe.
343   BasicBlock *EntryBlock = Arg->getParent()->begin();
344   // Declare this here so we can reuse it
345   IndicesVector Indices;
346   for (BasicBlock::iterator I = EntryBlock->begin(), E = EntryBlock->end();
347        I != E; ++I)
348     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
349       Value *V = LI->getPointerOperand();
350       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
351         V = GEP->getPointerOperand();
352         if (V == Arg) {
353           // This load actually loads (part of) Arg? Check the indices then.
354           Indices.reserve(GEP->getNumIndices());
355           for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
356                II != IE; ++II)
357             if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*II))
358               Indices.push_back(CI->getSExtValue());
359             else
360               // We found a non-constant GEP index for this argument? Bail out
361               // right away, can't promote this argument at all.
362               return false;
363
364           // Indices checked out, mark them as safe
365           MarkIndicesSafe(Indices, SafeToUnconditionallyLoad);
366           Indices.clear();
367         }
368       } else if (V == Arg) {
369         // Direct loads are equivalent to a GEP with a single 0 index.
370         MarkIndicesSafe(IndicesVector(1, 0), SafeToUnconditionallyLoad);
371       }
372     }
373
374   // Now, iterate all uses of the argument to see if there are any uses that are
375   // not (GEP+)loads, or any (GEP+)loads that are not safe to promote.
376   SmallVector<LoadInst*, 16> Loads;
377   IndicesVector Operands;
378   for (Value::use_iterator UI = Arg->use_begin(), E = Arg->use_end();
379        UI != E; ++UI) {
380     User *U = *UI;
381     Operands.clear();
382     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
383       // Don't hack volatile/atomic loads
384       if (!LI->isSimple()) return false;
385       Loads.push_back(LI);
386       // Direct loads are equivalent to a GEP with a zero index and then a load.
387       Operands.push_back(0);
388     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
389       if (GEP->use_empty()) {
390         // Dead GEP's cause trouble later.  Just remove them if we run into
391         // them.
392         getAnalysis<AliasAnalysis>().deleteValue(GEP);
393         GEP->eraseFromParent();
394         // TODO: This runs the above loop over and over again for dead GEPs
395         // Couldn't we just do increment the UI iterator earlier and erase the
396         // use?
397         return isSafeToPromoteArgument(Arg, isByValOrInAlloca);
398       }
399
400       // Ensure that all of the indices are constants.
401       for (User::op_iterator i = GEP->idx_begin(), e = GEP->idx_end();
402         i != e; ++i)
403         if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(*i))
404           Operands.push_back(C->getSExtValue());
405         else
406           return false;  // Not a constant operand GEP!
407
408       // Ensure that the only users of the GEP are load instructions.
409       for (Value::use_iterator UI = GEP->use_begin(), E = GEP->use_end();
410            UI != E; ++UI)
411         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
412           // Don't hack volatile/atomic loads
413           if (!LI->isSimple()) return false;
414           Loads.push_back(LI);
415         } else {
416           // Other uses than load?
417           return false;
418         }
419     } else {
420       return false;  // Not a load or a GEP.
421     }
422
423     // Now, see if it is safe to promote this load / loads of this GEP. Loading
424     // is safe if Operands, or a prefix of Operands, is marked as safe.
425     if (!PrefixIn(Operands, SafeToUnconditionallyLoad))
426       return false;
427
428     // See if we are already promoting a load with these indices. If not, check
429     // to make sure that we aren't promoting too many elements.  If so, nothing
430     // to do.
431     if (ToPromote.find(Operands) == ToPromote.end()) {
432       if (maxElements > 0 && ToPromote.size() == maxElements) {
433         DEBUG(dbgs() << "argpromotion not promoting argument '"
434               << Arg->getName() << "' because it would require adding more "
435               << "than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
436         // We limit aggregate promotion to only promoting up to a fixed number
437         // of elements of the aggregate.
438         return false;
439       }
440       ToPromote.insert(Operands);
441     }
442   }
443
444   if (Loads.empty()) return true;  // No users, this is a dead argument.
445
446   // Okay, now we know that the argument is only used by load instructions and
447   // it is safe to unconditionally perform all of them. Use alias analysis to
448   // check to see if the pointer is guaranteed to not be modified from entry of
449   // the function to each of the load instructions.
450
451   // Because there could be several/many load instructions, remember which
452   // blocks we know to be transparent to the load.
453   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> TranspBlocks;
454
455   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
456
457   for (unsigned i = 0, e = Loads.size(); i != e; ++i) {
458     // Check to see if the load is invalidated from the start of the block to
459     // the load itself.
460     LoadInst *Load = Loads[i];
461     BasicBlock *BB = Load->getParent();
462
463     AliasAnalysis::Location Loc = AA.getLocation(Load);
464     if (AA.canInstructionRangeModify(BB->front(), *Load, Loc))
465       return false;  // Pointer is invalidated!
466
467     // Now check every path from the entry block to the load for transparency.
468     // To do this, we perform a depth first search on the inverse CFG from the
469     // loading block.
470     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
471       BasicBlock *P = *PI;
472       for (idf_ext_iterator<BasicBlock*, SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> >
473              I = idf_ext_begin(P, TranspBlocks),
474              E = idf_ext_end(P, TranspBlocks); I != E; ++I)
475         if (AA.canBasicBlockModify(**I, Loc))
476           return false;
477     }
478   }
479
480   // If the path from the entry of the function to each load is free of
481   // instructions that potentially invalidate the load, we can make the
482   // transformation!
483   return true;
484 }
485
486 /// DoPromotion - This method actually performs the promotion of the specified
487 /// arguments, and returns the new function.  At this point, we know that it's
488 /// safe to do so.
489 CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
490                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
491                               SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform) {
492
493   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
494   // the old function, but has modified arguments.
495   FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
496   std::vector<Type*> Params;
497
498   typedef std::set<IndicesVector> ScalarizeTable;
499
500   // ScalarizedElements - If we are promoting a pointer that has elements
501   // accessed out of it, keep track of which elements are accessed so that we
502   // can add one argument for each.
503   //
504   // Arguments that are directly loaded will have a zero element value here, to
505   // handle cases where there are both a direct load and GEP accesses.
506   //
507   std::map<Argument*, ScalarizeTable> ScalarizedElements;
508
509   // OriginalLoads - Keep track of a representative load instruction from the
510   // original function so that we can tell the alias analysis implementation
511   // what the new GEP/Load instructions we are inserting look like.
512   // We need to keep the original loads for each argument and the elements
513   // of the argument that are accessed.
514   std::map<std::pair<Argument*, IndicesVector>, LoadInst*> OriginalLoads;
515
516   // Attribute - Keep track of the parameter attributes for the arguments
517   // that we are *not* promoting. For the ones that we do promote, the parameter
518   // attributes are lost
519   SmallVector<AttributeSet, 8> AttributesVec;
520   const AttributeSet &PAL = F->getAttributes();
521
522   // Add any return attributes.
523   if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
524     AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(F->getContext(),
525                                               PAL.getRetAttributes()));
526
527   // First, determine the new argument list
528   unsigned ArgIndex = 1;
529   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E;
530        ++I, ++ArgIndex) {
531     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
532       // Simple byval argument? Just add all the struct element types.
533       Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
534       StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
535       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
536         Params.push_back(STy->getElementType(i));
537       ++NumByValArgsPromoted;
538     } else if (!ArgsToPromote.count(I)) {
539       // Unchanged argument
540       Params.push_back(I->getType());
541       AttributeSet attrs = PAL.getParamAttributes(ArgIndex);
542       if (attrs.hasAttributes(ArgIndex)) {
543         AttrBuilder B(attrs, ArgIndex);
544         AttributesVec.
545           push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Params.size(), B));
546       }
547     } else if (I->use_empty()) {
548       // Dead argument (which are always marked as promotable)
549       ++NumArgumentsDead;
550     } else {
551       // Okay, this is being promoted. This means that the only uses are loads
552       // or GEPs which are only used by loads
553
554       // In this table, we will track which indices are loaded from the argument
555       // (where direct loads are tracked as no indices).
556       ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
557       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
558            ++UI) {
559         Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
560         assert(isa<LoadInst>(User) || isa<GetElementPtrInst>(User));
561         IndicesVector Indices;
562         Indices.reserve(User->getNumOperands() - 1);
563         // Since loads will only have a single operand, and GEPs only a single
564         // non-index operand, this will record direct loads without any indices,
565         // and gep+loads with the GEP indices.
566         for (User::op_iterator II = User->op_begin() + 1, IE = User->op_end();
567              II != IE; ++II)
568           Indices.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
569         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
570         if (Indices.size() == 1 && Indices.front() == 0)
571           Indices.clear();
572         ArgIndices.insert(Indices);
573         LoadInst *OrigLoad;
574         if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(User))
575           OrigLoad = L;
576         else
577           // Take any load, we will use it only to update Alias Analysis
578           OrigLoad = cast<LoadInst>(User->use_back());
579         OriginalLoads[std::make_pair(I, Indices)] = OrigLoad;
580       }
581
582       // Add a parameter to the function for each element passed in.
583       for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
584              E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
585         // not allowed to dereference ->begin() if size() is 0
586         Params.push_back(GetElementPtrInst::getIndexedType(I->getType(), *SI));
587         assert(Params.back());
588       }
589
590       if (ArgIndices.size() == 1 && ArgIndices.begin()->empty())
591         ++NumArgumentsPromoted;
592       else
593         ++NumAggregatesPromoted;
594     }
595   }
596
597   // Add any function attributes.
598   if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
599     AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(FTy->getContext(),
600                                               PAL.getFnAttributes()));
601
602   Type *RetTy = FTy->getReturnType();
603
604   // Construct the new function type using the new arguments.
605   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(RetTy, Params, FTy->isVarArg());
606
607   // Create the new function body and insert it into the module.
608   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage(), F->getName());
609   NF->copyAttributesFrom(F);
610
611   
612   DEBUG(dbgs() << "ARG PROMOTION:  Promoting to:" << *NF << "\n"
613         << "From: " << *F);
614   
615   // Recompute the parameter attributes list based on the new arguments for
616   // the function.
617   NF->setAttributes(AttributeSet::get(F->getContext(), AttributesVec));
618   AttributesVec.clear();
619
620   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
621   NF->takeName(F);
622
623   // Get the alias analysis information that we need to update to reflect our
624   // changes.
625   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
626
627   // Get the callgraph information that we need to update to reflect our
628   // changes.
629   CallGraph &CG = getAnalysis<CallGraphWrapperPass>().getCallGraph();
630
631   // Get a new callgraph node for NF.
632   CallGraphNode *NF_CGN = CG.getOrInsertFunction(NF);
633
634   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
635   // to pass in the loaded pointers.
636   //
637   SmallVector<Value*, 16> Args;
638   while (!F->use_empty()) {
639     CallSite CS(F->use_back());
640     assert(CS.getCalledFunction() == F);
641     Instruction *Call = CS.getInstruction();
642     const AttributeSet &CallPAL = CS.getAttributes();
643
644     // Add any return attributes.
645     if (CallPAL.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
646       AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(F->getContext(),
647                                                 CallPAL.getRetAttributes()));
648
649     // Loop over the operands, inserting GEP and loads in the caller as
650     // appropriate.
651     CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
652     ArgIndex = 1;
653     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
654          I != E; ++I, ++AI, ++ArgIndex)
655       if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
656         Args.push_back(*AI);          // Unmodified argument
657
658         if (CallPAL.hasAttributes(ArgIndex)) {
659           AttrBuilder B(CallPAL, ArgIndex);
660           AttributesVec.
661             push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Args.size(), B));
662         }
663       } else if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
664         // Emit a GEP and load for each element of the struct.
665         Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
666         StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
667         Value *Idxs[2] = {
668               ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), 0 };
669         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
670           Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
671           Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(*AI, Idxs,
672                                                  (*AI)->getName()+"."+utostr(i),
673                                                  Call);
674           // TODO: Tell AA about the new values?
675           Args.push_back(new LoadInst(Idx, Idx->getName()+".val", Call));
676         }
677       } else if (!I->use_empty()) {
678         // Non-dead argument: insert GEPs and loads as appropriate.
679         ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
680         // Store the Value* version of the indices in here, but declare it now
681         // for reuse.
682         std::vector<Value*> Ops;
683         for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
684                E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
685           Value *V = *AI;
686           LoadInst *OrigLoad = OriginalLoads[std::make_pair(I, *SI)];
687           if (!SI->empty()) {
688             Ops.reserve(SI->size());
689             Type *ElTy = V->getType();
690             for (IndicesVector::const_iterator II = SI->begin(),
691                  IE = SI->end(); II != IE; ++II) {
692               // Use i32 to index structs, and i64 for others (pointers/arrays).
693               // This satisfies GEP constraints.
694               Type *IdxTy = (ElTy->isStructTy() ?
695                     Type::getInt32Ty(F->getContext()) : 
696                     Type::getInt64Ty(F->getContext()));
697               Ops.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, *II));
698               // Keep track of the type we're currently indexing.
699               ElTy = cast<CompositeType>(ElTy)->getTypeAtIndex(*II);
700             }
701             // And create a GEP to extract those indices.
702             V = GetElementPtrInst::Create(V, Ops, V->getName()+".idx", Call);
703             Ops.clear();
704             AA.copyValue(OrigLoad->getOperand(0), V);
705           }
706           // Since we're replacing a load make sure we take the alignment
707           // of the previous load.
708           LoadInst *newLoad = new LoadInst(V, V->getName()+".val", Call);
709           newLoad->setAlignment(OrigLoad->getAlignment());
710           // Transfer the TBAA info too.
711           newLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa,
712                                OrigLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa));
713           Args.push_back(newLoad);
714           AA.copyValue(OrigLoad, Args.back());
715         }
716       }
717
718     // Push any varargs arguments on the list.
719     for (; AI != CS.arg_end(); ++AI, ++ArgIndex) {
720       Args.push_back(*AI);
721       if (CallPAL.hasAttributes(ArgIndex)) {
722         AttrBuilder B(CallPAL, ArgIndex);
723         AttributesVec.
724           push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Args.size(), B));
725       }
726     }
727
728     // Add any function attributes.
729     if (CallPAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
730       AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(Call->getContext(),
731                                                 CallPAL.getFnAttributes()));
732
733     Instruction *New;
734     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
735       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
736                                Args, "", Call);
737       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
738       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(AttributeSet::get(II->getContext(),
739                                                             AttributesVec));
740     } else {
741       New = CallInst::Create(NF, Args, "", Call);
742       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
743       cast<CallInst>(New)->setAttributes(AttributeSet::get(New->getContext(),
744                                                           AttributesVec));
745       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
746         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
747     }
748     Args.clear();
749     AttributesVec.clear();
750
751     // Update the alias analysis implementation to know that we are replacing
752     // the old call with a new one.
753     AA.replaceWithNewValue(Call, New);
754
755     // Update the callgraph to know that the callsite has been transformed.
756     CallGraphNode *CalleeNode = CG[Call->getParent()->getParent()];
757     CalleeNode->replaceCallEdge(Call, New, NF_CGN);
758
759     if (!Call->use_empty()) {
760       Call->replaceAllUsesWith(New);
761       New->takeName(Call);
762     }
763
764     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
765     // F.
766     Call->eraseFromParent();
767   }
768
769   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
770   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
771   // function empty.
772   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
773
774   // Loop over the argument list, transferring uses of the old arguments over to
775   // the new arguments, also transferring over the names as well.
776   //
777   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
778        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I) {
779     if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
780       // If this is an unmodified argument, move the name and users over to the
781       // new version.
782       I->replaceAllUsesWith(I2);
783       I2->takeName(I);
784       AA.replaceWithNewValue(I, I2);
785       ++I2;
786       continue;
787     }
788
789     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
790       // In the callee, we create an alloca, and store each of the new incoming
791       // arguments into the alloca.
792       Instruction *InsertPt = NF->begin()->begin();
793
794       // Just add all the struct element types.
795       Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
796       Value *TheAlloca = new AllocaInst(AgTy, 0, "", InsertPt);
797       StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
798       Value *Idxs[2] = {
799             ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), 0 };
800
801       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
802         Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
803         Value *Idx = 
804           GetElementPtrInst::Create(TheAlloca, Idxs,
805                                     TheAlloca->getName()+"."+Twine(i), 
806                                     InsertPt);
807         I2->setName(I->getName()+"."+Twine(i));
808         new StoreInst(I2++, Idx, InsertPt);
809       }
810
811       // Anything that used the arg should now use the alloca.
812       I->replaceAllUsesWith(TheAlloca);
813       TheAlloca->takeName(I);
814       AA.replaceWithNewValue(I, TheAlloca);
815
816       // If the alloca is used in a call, we must clear the tail flag since
817       // the callee now uses an alloca from the caller.
818       for (Value::use_iterator UI = TheAlloca->use_begin(),
819              E = TheAlloca->use_end(); UI != E; ++UI) {
820         CallInst *Call = dyn_cast<CallInst>(*UI);
821         if (!Call)
822           continue;
823         Call->setTailCall(false);
824       }
825       continue;
826     }
827
828     if (I->use_empty()) {
829       AA.deleteValue(I);
830       continue;
831     }
832
833     // Otherwise, if we promoted this argument, then all users are load
834     // instructions (or GEPs with only load users), and all loads should be
835     // using the new argument that we added.
836     ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
837
838     while (!I->use_empty()) {
839       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->use_back())) {
840         assert(ArgIndices.begin()->empty() &&
841                "Load element should sort to front!");
842         I2->setName(I->getName()+".val");
843         LI->replaceAllUsesWith(I2);
844         AA.replaceWithNewValue(LI, I2);
845         LI->eraseFromParent();
846         DEBUG(dbgs() << "*** Promoted load of argument '" << I->getName()
847               << "' in function '" << F->getName() << "'\n");
848       } else {
849         GetElementPtrInst *GEP = cast<GetElementPtrInst>(I->use_back());
850         IndicesVector Operands;
851         Operands.reserve(GEP->getNumIndices());
852         for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
853              II != IE; ++II)
854           Operands.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
855
856         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
857         if (Operands.size() == 1 && Operands.front() == 0)
858           Operands.clear();
859
860         Function::arg_iterator TheArg = I2;
861         for (ScalarizeTable::iterator It = ArgIndices.begin();
862              *It != Operands; ++It, ++TheArg) {
863           assert(It != ArgIndices.end() && "GEP not handled??");
864         }
865
866         std::string NewName = I->getName();
867         for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i) {
868             NewName += "." + utostr(Operands[i]);
869         }
870         NewName += ".val";
871         TheArg->setName(NewName);
872
873         DEBUG(dbgs() << "*** Promoted agg argument '" << TheArg->getName()
874               << "' of function '" << NF->getName() << "'\n");
875
876         // All of the uses must be load instructions.  Replace them all with
877         // the argument specified by ArgNo.
878         while (!GEP->use_empty()) {
879           LoadInst *L = cast<LoadInst>(GEP->use_back());
880           L->replaceAllUsesWith(TheArg);
881           AA.replaceWithNewValue(L, TheArg);
882           L->eraseFromParent();
883         }
884         AA.deleteValue(GEP);
885         GEP->eraseFromParent();
886       }
887     }
888
889     // Increment I2 past all of the arguments added for this promoted pointer.
890     std::advance(I2, ArgIndices.size());
891   }
892
893   // Tell the alias analysis that the old function is about to disappear.
894   AA.replaceWithNewValue(F, NF);
895
896   
897   NF_CGN->stealCalledFunctionsFrom(CG[F]);
898   
899   // Now that the old function is dead, delete it.  If there is a dangling
900   // reference to the CallgraphNode, just leave the dead function around for
901   // someone else to nuke.
902   CallGraphNode *CGN = CG[F];
903   if (CGN->getNumReferences() == 0)
904     delete CG.removeFunctionFromModule(CGN);
905   else
906     F->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
907   
908   return NF_CGN;
909 }