Push LLVMContexts through the IntegerType APIs.
[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/Compiler.h"
45 #include "llvm/Support/CFG.h"
46 #include "llvm/Support/Debug.h"
47 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
48 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
49 #include "llvm/ADT/Statistic.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 VISIBILITY_HIDDEN ArgPromotion : public CallGraphSCCPass {
62     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
63       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
64       AU.addRequired<TargetData>();
65       CallGraphSCCPass::getAnalysisUsage(AU);
66     }
67
68     virtual bool runOnSCC(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC);
69     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
70     explicit ArgPromotion(unsigned maxElements = 3)
71       : CallGraphSCCPass(&ID), maxElements(maxElements) {}
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     bool PromoteArguments(CallGraphNode *CGN);
78     bool isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const;
79     Function *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 static RegisterPass<ArgPromotion>
89 X("argpromotion", "Promote 'by reference' arguments to scalars");
90
91 Pass *llvm::createArgumentPromotionPass(unsigned maxElements) {
92   return new ArgPromotion(maxElements);
93 }
94
95 bool ArgPromotion::runOnSCC(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC) {
96   bool Changed = false, LocalChange;
97
98   do {  // Iterate until we stop promoting from this SCC.
99     LocalChange = false;
100     // Attempt to promote arguments from all functions in this SCC.
101     for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i)
102       LocalChange |= PromoteArguments(SCC[i]);
103     Changed |= LocalChange;               // Remember that we changed something.
104   } while (LocalChange);
105
106   return Changed;
107 }
108
109 /// PromoteArguments - This method checks the specified function to see if there
110 /// are any promotable arguments and if it is safe to promote the function (for
111 /// example, all callers are direct).  If safe to promote some arguments, it
112 /// calls the DoPromotion method.
113 ///
114 bool ArgPromotion::PromoteArguments(CallGraphNode *CGN) {
115   Function *F = CGN->getFunction();
116
117   // Make sure that it is local to this module.
118   if (!F || !F->hasLocalLinkage()) return false;
119
120   // First check: see if there are any pointer arguments!  If not, quick exit.
121   SmallVector<std::pair<Argument*, unsigned>, 16> PointerArgs;
122   unsigned ArgNo = 0;
123   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
124        I != E; ++I, ++ArgNo)
125     if (isa<PointerType>(I->getType()))
126       PointerArgs.push_back(std::pair<Argument*, unsigned>(I, ArgNo));
127   if (PointerArgs.empty()) return false;
128
129   // Second check: make sure that all callers are direct callers.  We can't
130   // transform functions that have indirect callers.
131   if (F->hasAddressTaken())
132     return false;
133
134   // Check to see which arguments are promotable.  If an argument is promotable,
135   // add it to ArgsToPromote.
136   SmallPtrSet<Argument*, 8> ArgsToPromote;
137   SmallPtrSet<Argument*, 8> ByValArgsToTransform;
138   for (unsigned i = 0; i != PointerArgs.size(); ++i) {
139     bool isByVal = F->paramHasAttr(PointerArgs[i].second+1, Attribute::ByVal);
140
141     // If this is a byval argument, and if the aggregate type is small, just
142     // pass the elements, which is always safe.
143     Argument *PtrArg = PointerArgs[i].first;
144     if (isByVal) {
145       const Type *AgTy = cast<PointerType>(PtrArg->getType())->getElementType();
146       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(AgTy)) {
147         if (maxElements > 0 && STy->getNumElements() > maxElements) {
148           DEBUG(errs() << "argpromotion disable promoting argument '"
149                 << PtrArg->getName() << "' because it would require adding more"
150                 << " than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
151         } else {
152           // If all the elements are single-value types, we can promote it.
153           bool AllSimple = true;
154           for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
155             if (!STy->getElementType(i)->isSingleValueType()) {
156               AllSimple = false;
157               break;
158             }
159
160           // Safe to transform, don't even bother trying to "promote" it.
161           // Passing the elements as a scalar will allow scalarrepl to hack on
162           // the new alloca we introduce.
163           if (AllSimple) {
164             ByValArgsToTransform.insert(PtrArg);
165             continue;
166           }
167         }
168       }
169     }
170
171     // Otherwise, see if we can promote the pointer to its value.
172     if (isSafeToPromoteArgument(PtrArg, isByVal))
173       ArgsToPromote.insert(PtrArg);
174   }
175
176   // No promotable pointer arguments.
177   if (ArgsToPromote.empty() && ByValArgsToTransform.empty()) return false;
178
179   Function *NewF = DoPromotion(F, ArgsToPromote, ByValArgsToTransform);
180
181   // Update the call graph to know that the function has been transformed.
182   getAnalysis<CallGraph>().changeFunction(F, NewF);
183   return true;
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 = CallSite::get(*UI);
212     assert(CS.getInstruction() && "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 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     Operands.clear();
364     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
365       if (LI->isVolatile()) return false;  // Don't hack volatile loads
366       Loads.push_back(LI);
367       // Direct loads are equivalent to a GEP with a zero index and then a load.
368       Operands.push_back(0);
369     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*UI)) {
370       if (GEP->use_empty()) {
371         // Dead GEP's cause trouble later.  Just remove them if we run into
372         // them.
373         getAnalysis<AliasAnalysis>().deleteValue(GEP);
374         GEP->eraseFromParent();
375         // TODO: This runs the above loop over and over again for dead GEPS
376         // Couldn't we just do increment the UI iterator earlier and erase the
377         // use?
378         return isSafeToPromoteArgument(Arg, isByVal);
379       }
380
381       // Ensure that all of the indices are constants.
382       for (User::op_iterator i = GEP->idx_begin(), e = GEP->idx_end();
383         i != e; ++i)
384         if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(*i))
385           Operands.push_back(C->getSExtValue());
386         else
387           return false;  // Not a constant operand GEP!
388
389       // Ensure that the only users of the GEP are load instructions.
390       for (Value::use_iterator UI = GEP->use_begin(), E = GEP->use_end();
391            UI != E; ++UI)
392         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
393           if (LI->isVolatile()) return false;  // Don't hack volatile loads
394           Loads.push_back(LI);
395         } else {
396           // Other uses than load?
397           return false;
398         }
399     } else {
400       return false;  // Not a load or a GEP.
401     }
402
403     // Now, see if it is safe to promote this load / loads of this GEP. Loading
404     // is safe if Operands, or a prefix of Operands, is marked as safe.
405     if (!PrefixIn(Operands, SafeToUnconditionallyLoad))
406       return false;
407
408     // See if we are already promoting a load with these indices. If not, check
409     // to make sure that we aren't promoting too many elements.  If so, nothing
410     // to do.
411     if (ToPromote.find(Operands) == ToPromote.end()) {
412       if (maxElements > 0 && ToPromote.size() == maxElements) {
413         DEBUG(errs() << "argpromotion not promoting argument '"
414               << Arg->getName() << "' because it would require adding more "
415               << "than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
416         // We limit aggregate promotion to only promoting up to a fixed number
417         // of elements of the aggregate.
418         return false;
419       }
420       ToPromote.insert(Operands);
421     }
422   }
423
424   if (Loads.empty()) return true;  // No users, this is a dead argument.
425
426   // Okay, now we know that the argument is only used by load instructions and
427   // it is safe to unconditionally perform all of them. Use alias analysis to
428   // check to see if the pointer is guaranteed to not be modified from entry of
429   // the function to each of the load instructions.
430
431   // Because there could be several/many load instructions, remember which
432   // blocks we know to be transparent to the load.
433   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> TranspBlocks;
434
435   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
436   TargetData &TD = getAnalysis<TargetData>();
437
438   for (unsigned i = 0, e = Loads.size(); i != e; ++i) {
439     // Check to see if the load is invalidated from the start of the block to
440     // the load itself.
441     LoadInst *Load = Loads[i];
442     BasicBlock *BB = Load->getParent();
443
444     const PointerType *LoadTy =
445       cast<PointerType>(Load->getPointerOperand()->getType());
446     unsigned LoadSize = (unsigned)TD.getTypeStoreSize(LoadTy->getElementType());
447
448     if (AA.canInstructionRangeModify(BB->front(), *Load, Arg, LoadSize))
449       return false;  // Pointer is invalidated!
450
451     // Now check every path from the entry block to the load for transparency.
452     // To do this, we perform a depth first search on the inverse CFG from the
453     // loading block.
454     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
455       for (idf_ext_iterator<BasicBlock*, SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> >
456              I = idf_ext_begin(*PI, TranspBlocks),
457              E = idf_ext_end(*PI, TranspBlocks); I != E; ++I)
458         if (AA.canBasicBlockModify(**I, Arg, LoadSize))
459           return false;
460   }
461
462   // If the path from the entry of the function to each load is free of
463   // instructions that potentially invalidate the load, we can make the
464   // transformation!
465   return true;
466 }
467
468 /// DoPromotion - This method actually performs the promotion of the specified
469 /// arguments, and returns the new function.  At this point, we know that it's
470 /// safe to do so.
471 Function *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
472                                     SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
473                               SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform) {
474
475   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
476   // the old function, but has modified arguments.
477   const FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
478   std::vector<const Type*> Params;
479
480   typedef std::set<IndicesVector> ScalarizeTable;
481
482   // ScalarizedElements - If we are promoting a pointer that has elements
483   // accessed out of it, keep track of which elements are accessed so that we
484   // can add one argument for each.
485   //
486   // Arguments that are directly loaded will have a zero element value here, to
487   // handle cases where there are both a direct load and GEP accesses.
488   //
489   std::map<Argument*, ScalarizeTable> ScalarizedElements;
490
491   // OriginalLoads - Keep track of a representative load instruction from the
492   // original function so that we can tell the alias analysis implementation
493   // what the new GEP/Load instructions we are inserting look like.
494   std::map<IndicesVector, LoadInst*> OriginalLoads;
495
496   // Attributes - Keep track of the parameter attributes for the arguments
497   // that we are *not* promoting. For the ones that we do promote, the parameter
498   // attributes are lost
499   SmallVector<AttributeWithIndex, 8> AttributesVec;
500   const AttrListPtr &PAL = F->getAttributes();
501
502   // Add any return attributes.
503   if (Attributes attrs = PAL.getRetAttributes())
504     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, attrs));
505
506   // First, determine the new argument list
507   unsigned ArgIndex = 1;
508   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E;
509        ++I, ++ArgIndex) {
510     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
511       // Simple byval argument? Just add all the struct element types.
512       const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
513       const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
514       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
515         Params.push_back(STy->getElementType(i));
516       ++NumByValArgsPromoted;
517     } else if (!ArgsToPromote.count(I)) {
518       // Unchanged argument
519       Params.push_back(I->getType());
520       if (Attributes attrs = PAL.getParamAttributes(ArgIndex))
521         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Params.size(), attrs));
522     } else if (I->use_empty()) {
523       // Dead argument (which are always marked as promotable)
524       ++NumArgumentsDead;
525     } else {
526       // Okay, this is being promoted. This means that the only uses are loads
527       // or GEPs which are only used by loads
528
529       // In this table, we will track which indices are loaded from the argument
530       // (where direct loads are tracked as no indices).
531       ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
532       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
533            ++UI) {
534         Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
535         assert(isa<LoadInst>(User) || isa<GetElementPtrInst>(User));
536         IndicesVector Indices;
537         Indices.reserve(User->getNumOperands() - 1);
538         // Since loads will only have a single operand, and GEPs only a single
539         // non-index operand, this will record direct loads without any indices,
540         // and gep+loads with the GEP indices.
541         for (User::op_iterator II = User->op_begin() + 1, IE = User->op_end();
542              II != IE; ++II)
543           Indices.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
544         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
545         if (Indices.size() == 1 && Indices.front() == 0)
546           Indices.clear();
547         ArgIndices.insert(Indices);
548         LoadInst *OrigLoad;
549         if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(User))
550           OrigLoad = L;
551         else
552           // Take any load, we will use it only to update Alias Analysis
553           OrigLoad = cast<LoadInst>(User->use_back());
554         OriginalLoads[Indices] = OrigLoad;
555       }
556
557       // Add a parameter to the function for each element passed in.
558       for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
559              E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
560         // not allowed to dereference ->begin() if size() is 0
561         Params.push_back(GetElementPtrInst::getIndexedType(I->getType(),
562                                                            SI->begin(),
563                                                            SI->end()));
564         assert(Params.back());
565       }
566
567       if (ArgIndices.size() == 1 && ArgIndices.begin()->empty())
568         ++NumArgumentsPromoted;
569       else
570         ++NumAggregatesPromoted;
571     }
572   }
573
574   // Add any function attributes.
575   if (Attributes attrs = PAL.getFnAttributes())
576     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, attrs));
577
578   const Type *RetTy = FTy->getReturnType();
579
580   // Work around LLVM bug PR56: the CWriter cannot emit varargs functions which
581   // have zero fixed arguments.
582   bool ExtraArgHack = false;
583   if (Params.empty() && FTy->isVarArg()) {
584     ExtraArgHack = true;
585     Params.push_back(Type::getInt32Ty(F->getContext()));
586   }
587
588   // Construct the new function type using the new arguments.
589   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(RetTy, Params, FTy->isVarArg());
590
591   // Create the new function body and insert it into the module...
592   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage(), F->getName());
593   NF->copyAttributesFrom(F);
594
595   // Recompute the parameter attributes list based on the new arguments for
596   // the function.
597   NF->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(), AttributesVec.end()));
598   AttributesVec.clear();
599
600   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
601   NF->takeName(F);
602
603   // Get the alias analysis information that we need to update to reflect our
604   // changes.
605   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
606
607   // Get the callgraph information that we need to update to reflect our
608   // changes.
609   CallGraph &CG = getAnalysis<CallGraph>();
610
611   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
612   // to pass in the loaded pointers.
613   //
614   SmallVector<Value*, 16> Args;
615   while (!F->use_empty()) {
616     CallSite CS = CallSite::get(F->use_back());
617     Instruction *Call = CS.getInstruction();
618     const AttrListPtr &CallPAL = CS.getAttributes();
619
620     // Add any return attributes.
621     if (Attributes attrs = CallPAL.getRetAttributes())
622       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, attrs));
623
624     // Loop over the operands, inserting GEP and loads in the caller as
625     // appropriate.
626     CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
627     ArgIndex = 1;
628     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
629          I != E; ++I, ++AI, ++ArgIndex)
630       if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
631         Args.push_back(*AI);          // Unmodified argument
632
633         if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(ArgIndex))
634           AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
635
636       } else if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
637         // Emit a GEP and load for each element of the struct.
638         const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
639         const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
640         Value *Idxs[2] = {
641               ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), 0 };
642         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
643           Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
644           Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(*AI, Idxs, Idxs+2,
645                                                  (*AI)->getName()+"."+utostr(i),
646                                                  Call);
647           // TODO: Tell AA about the new values?
648           Args.push_back(new LoadInst(Idx, Idx->getName()+".val", Call));
649         }
650       } else if (!I->use_empty()) {
651         // Non-dead argument: insert GEPs and loads as appropriate.
652         ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
653         // Store the Value* version of the indices in here, but declare it now
654         // for reuse
655         std::vector<Value*> Ops;
656         for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
657                E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
658           Value *V = *AI;
659           LoadInst *OrigLoad = OriginalLoads[*SI];
660           if (!SI->empty()) {
661             Ops.reserve(SI->size());
662             const Type *ElTy = V->getType();
663             for (IndicesVector::const_iterator II = SI->begin(),
664                  IE = SI->end(); II != IE; ++II) {
665               // Use i32 to index structs, and i64 for others (pointers/arrays).
666               // This satisfies GEP constraints.
667               const Type *IdxTy = (isa<StructType>(ElTy) ?
668                     Type::getInt32Ty(F->getContext()) : 
669                     Type::getInt64Ty(F->getContext()));
670               Ops.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, *II));
671               // Keep track of the type we're currently indexing
672               ElTy = cast<CompositeType>(ElTy)->getTypeAtIndex(*II);
673             }
674             // And create a GEP to extract those indices
675             V = GetElementPtrInst::Create(V, Ops.begin(), Ops.end(),
676                                           V->getName()+".idx", Call);
677             Ops.clear();
678             AA.copyValue(OrigLoad->getOperand(0), V);
679           }
680           Args.push_back(new LoadInst(V, V->getName()+".val", Call));
681           AA.copyValue(OrigLoad, Args.back());
682         }
683       }
684
685     if (ExtraArgHack)
686       Args.push_back(Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(F->getContext())));
687
688     // Push any varargs arguments on the list
689     for (; AI != CS.arg_end(); ++AI, ++ArgIndex) {
690       Args.push_back(*AI);
691       if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(ArgIndex))
692         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
693     }
694
695     // Add any function attributes.
696     if (Attributes attrs = CallPAL.getFnAttributes())
697       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, attrs));
698
699     Instruction *New;
700     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
701       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
702                                Args.begin(), Args.end(), "", Call);
703       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
704       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
705                                                           AttributesVec.end()));
706     } else {
707       New = CallInst::Create(NF, Args.begin(), Args.end(), "", Call);
708       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
709       cast<CallInst>(New)->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
710                                                         AttributesVec.end()));
711       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
712         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
713     }
714     Args.clear();
715     AttributesVec.clear();
716
717     // Update the alias analysis implementation to know that we are replacing
718     // the old call with a new one.
719     AA.replaceWithNewValue(Call, New);
720
721     // Update the callgraph to know that the callsite has been transformed.
722     CG[Call->getParent()->getParent()]->replaceCallSite(Call, New);
723
724     if (!Call->use_empty()) {
725       Call->replaceAllUsesWith(New);
726       New->takeName(Call);
727     }
728
729     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
730     // F.
731     Call->eraseFromParent();
732   }
733
734   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
735   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
736   // function empty.
737   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
738
739   // Loop over the argument list, transfering uses of the old arguments over to
740   // the new arguments, also transfering over the names as well.
741   //
742   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
743        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I) {
744     if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
745       // If this is an unmodified argument, move the name and users over to the
746       // new version.
747       I->replaceAllUsesWith(I2);
748       I2->takeName(I);
749       AA.replaceWithNewValue(I, I2);
750       ++I2;
751       continue;
752     }
753
754     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
755       // In the callee, we create an alloca, and store each of the new incoming
756       // arguments into the alloca.
757       Instruction *InsertPt = NF->begin()->begin();
758
759       // Just add all the struct element types.
760       const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
761       Value *TheAlloca = new AllocaInst(AgTy, 0, "", InsertPt);
762       const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
763       Value *Idxs[2] = {
764             ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), 0 };
765
766       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
767         Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
768         Value *Idx = 
769           GetElementPtrInst::Create(TheAlloca, Idxs, Idxs+2,
770                                     TheAlloca->getName()+"."+Twine(i), 
771                                     InsertPt);
772         I2->setName(I->getName()+"."+Twine(i));
773         new StoreInst(I2++, Idx, InsertPt);
774       }
775
776       // Anything that used the arg should now use the alloca.
777       I->replaceAllUsesWith(TheAlloca);
778       TheAlloca->takeName(I);
779       AA.replaceWithNewValue(I, TheAlloca);
780       continue;
781     }
782
783     if (I->use_empty()) {
784       AA.deleteValue(I);
785       continue;
786     }
787
788     // Otherwise, if we promoted this argument, then all users are load
789     // instructions (or GEPs with only load users), and all loads should be
790     // using the new argument that we added.
791     ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
792
793     while (!I->use_empty()) {
794       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->use_back())) {
795         assert(ArgIndices.begin()->empty() &&
796                "Load element should sort to front!");
797         I2->setName(I->getName()+".val");
798         LI->replaceAllUsesWith(I2);
799         AA.replaceWithNewValue(LI, I2);
800         LI->eraseFromParent();
801         DEBUG(errs() << "*** Promoted load of argument '" << I->getName()
802               << "' in function '" << F->getName() << "'\n");
803       } else {
804         GetElementPtrInst *GEP = cast<GetElementPtrInst>(I->use_back());
805         IndicesVector Operands;
806         Operands.reserve(GEP->getNumIndices());
807         for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
808              II != IE; ++II)
809           Operands.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
810
811         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
812         if (Operands.size() == 1 && Operands.front() == 0)
813           Operands.clear();
814
815         Function::arg_iterator TheArg = I2;
816         for (ScalarizeTable::iterator It = ArgIndices.begin();
817              *It != Operands; ++It, ++TheArg) {
818           assert(It != ArgIndices.end() && "GEP not handled??");
819         }
820
821         std::string NewName = I->getName();
822         for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i) {
823             NewName += "." + utostr(Operands[i]);
824         }
825         NewName += ".val";
826         TheArg->setName(NewName);
827
828         DEBUG(errs() << "*** Promoted agg argument '" << TheArg->getName()
829               << "' of function '" << NF->getName() << "'\n");
830
831         // All of the uses must be load instructions.  Replace them all with
832         // the argument specified by ArgNo.
833         while (!GEP->use_empty()) {
834           LoadInst *L = cast<LoadInst>(GEP->use_back());
835           L->replaceAllUsesWith(TheArg);
836           AA.replaceWithNewValue(L, TheArg);
837           L->eraseFromParent();
838         }
839         AA.deleteValue(GEP);
840         GEP->eraseFromParent();
841       }
842     }
843
844     // Increment I2 past all of the arguments added for this promoted pointer.
845     for (unsigned i = 0, e = ArgIndices.size(); i != e; ++i)
846       ++I2;
847   }
848
849   // Notify the alias analysis implementation that we inserted a new argument.
850   if (ExtraArgHack)
851     AA.copyValue(Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(F->getContext())), 
852                  NF->arg_begin());
853
854
855   // Tell the alias analysis that the old function is about to disappear.
856   AA.replaceWithNewValue(F, NF);
857
858   // Now that the old function is dead, delete it.
859   F->eraseFromParent();
860   return NF;
861 }