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[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / ArgumentPromotion.cpp
1 //===-- ArgumentPromotion.cpp - Promote by-reference arguments ------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass promotes "by reference" arguments to be "by value" arguments.  In
11 // practice, this means looking for internal functions that have pointer
12 // arguments.  If it can prove, through the use of alias analysis, that an
13 // argument is *only* loaded, then it can pass the value into the function
14 // instead of the address of the value.  This can cause recursive simplification
15 // of code and lead to the elimination of allocas (especially in C++ template
16 // code like the STL).
17 //
18 // This pass also handles aggregate arguments that are passed into a function,
19 // scalarizing them if the elements of the aggregate are only loaded.  Note that
20 // by default it refuses to scalarize aggregates which would require passing in
21 // more than three operands to the function, because passing thousands of
22 // operands for a large array or structure is unprofitable! This limit can be
23 // configured or disabled, however.
24 //
25 // Note that this transformation could also be done for arguments that are only
26 // stored to (returning the value instead), but does not currently.  This case
27 // would be best handled when and if LLVM begins supporting multiple return
28 // values from functions.
29 //
30 //===----------------------------------------------------------------------===//
31
32 #define DEBUG_TYPE "argpromotion"
33 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
34 #include "llvm/Constants.h"
35 #include "llvm/DerivedTypes.h"
36 #include "llvm/Module.h"
37 #include "llvm/CallGraphSCCPass.h"
38 #include "llvm/Instructions.h"
39 #include "llvm/LLVMContext.h"
40 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
41 #include "llvm/Analysis/CallGraph.h"
42 #include "llvm/Target/TargetData.h"
43 #include "llvm/Support/CallSite.h"
44 #include "llvm/Support/CFG.h"
45 #include "llvm/Support/Debug.h"
46 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
47 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
48 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
49 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
50 #include <set>
51 using namespace llvm;
52
53 STATISTIC(NumArgumentsPromoted , "Number of pointer arguments promoted");
54 STATISTIC(NumAggregatesPromoted, "Number of aggregate arguments promoted");
55 STATISTIC(NumByValArgsPromoted , "Number of byval arguments promoted");
56 STATISTIC(NumArgumentsDead     , "Number of dead pointer args eliminated");
57
58 namespace {
59   /// ArgPromotion - The 'by reference' to 'by value' argument promotion pass.
60   ///
61   struct ArgPromotion : public CallGraphSCCPass {
62     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
63       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
64       CallGraphSCCPass::getAnalysisUsage(AU);
65     }
66
67     virtual bool runOnSCC(CallGraphSCC &SCC);
68     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
69     explicit ArgPromotion(unsigned maxElements = 3)
70       : CallGraphSCCPass(ID), maxElements(maxElements) {}
71
72     /// A vector used to hold the indices of a single GEP instruction
73     typedef std::vector<uint64_t> IndicesVector;
74
75   private:
76     CallGraphNode *PromoteArguments(CallGraphNode *CGN);
77     bool isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const;
78     CallGraphNode *DoPromotion(Function *F,
79                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
80                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform);
81     /// The maximum number of elements to expand, or 0 for unlimited.
82     unsigned maxElements;
83   };
84 }
85
86 char ArgPromotion::ID = 0;
87 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ArgPromotion, "argpromotion",
88                 "Promote 'by reference' arguments to scalars", false, false)
89 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
90 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(CallGraph)
91 INITIALIZE_PASS_END(ArgPromotion, "argpromotion",
92                 "Promote 'by reference' arguments to scalars", false, false)
93
94 Pass *llvm::createArgumentPromotionPass(unsigned maxElements) {
95   return new ArgPromotion(maxElements);
96 }
97
98 bool ArgPromotion::runOnSCC(CallGraphSCC &SCC) {
99   bool Changed = false, LocalChange;
100
101   do {  // Iterate until we stop promoting from this SCC.
102     LocalChange = false;
103     // Attempt to promote arguments from all functions in this SCC.
104     for (CallGraphSCC::iterator I = SCC.begin(), E = SCC.end(); I != E; ++I) {
105       if (CallGraphNode *CGN = PromoteArguments(*I)) {
106         LocalChange = true;
107         SCC.ReplaceNode(*I, CGN);
108       }
109     }
110     Changed |= LocalChange;               // Remember that we changed something.
111   } while (LocalChange);
112   
113   return Changed;
114 }
115
116 /// PromoteArguments - This method checks the specified function to see if there
117 /// are any promotable arguments and if it is safe to promote the function (for
118 /// example, all callers are direct).  If safe to promote some arguments, it
119 /// calls the DoPromotion method.
120 ///
121 CallGraphNode *ArgPromotion::PromoteArguments(CallGraphNode *CGN) {
122   Function *F = CGN->getFunction();
123
124   // Make sure that it is local to this module.
125   if (!F || !F->hasLocalLinkage()) return 0;
126
127   // First check: see if there are any pointer arguments!  If not, quick exit.
128   SmallVector<std::pair<Argument*, unsigned>, 16> PointerArgs;
129   unsigned ArgNo = 0;
130   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
131        I != E; ++I, ++ArgNo)
132     if (I->getType()->isPointerTy())
133       PointerArgs.push_back(std::pair<Argument*, unsigned>(I, ArgNo));
134   if (PointerArgs.empty()) return 0;
135
136   // Second check: make sure that all callers are direct callers.  We can't
137   // transform functions that have indirect callers.
138   if (F->hasAddressTaken())
139     return 0;
140
141   // Check to see which arguments are promotable.  If an argument is promotable,
142   // add it to ArgsToPromote.
143   SmallPtrSet<Argument*, 8> ArgsToPromote;
144   SmallPtrSet<Argument*, 8> ByValArgsToTransform;
145   for (unsigned i = 0; i != PointerArgs.size(); ++i) {
146     bool isByVal = F->paramHasAttr(PointerArgs[i].second+1, Attribute::ByVal);
147
148     // If this is a byval argument, and if the aggregate type is small, just
149     // pass the elements, which is always safe.
150     Argument *PtrArg = PointerArgs[i].first;
151     if (isByVal) {
152       const Type *AgTy = cast<PointerType>(PtrArg->getType())->getElementType();
153       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(AgTy)) {
154         if (maxElements > 0 && STy->getNumElements() > maxElements) {
155           DEBUG(dbgs() << "argpromotion disable promoting argument '"
156                 << PtrArg->getName() << "' because it would require adding more"
157                 << " than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
158         } else {
159           // If all the elements are single-value types, we can promote it.
160           bool AllSimple = true;
161           for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
162             if (!STy->getElementType(i)->isSingleValueType()) {
163               AllSimple = false;
164               break;
165             }
166
167           // Safe to transform, don't even bother trying to "promote" it.
168           // Passing the elements as a scalar will allow scalarrepl to hack on
169           // the new alloca we introduce.
170           if (AllSimple) {
171             ByValArgsToTransform.insert(PtrArg);
172             continue;
173           }
174         }
175       }
176     }
177
178     // Otherwise, see if we can promote the pointer to its value.
179     if (isSafeToPromoteArgument(PtrArg, isByVal))
180       ArgsToPromote.insert(PtrArg);
181   }
182
183   // No promotable pointer arguments.
184   if (ArgsToPromote.empty() && ByValArgsToTransform.empty()) 
185     return 0;
186
187   return DoPromotion(F, ArgsToPromote, ByValArgsToTransform);
188 }
189
190 /// IsAlwaysValidPointer - Return true if the specified pointer is always legal
191 /// to load.
192 static bool IsAlwaysValidPointer(Value *V) {
193   if (isa<AllocaInst>(V) || isa<GlobalVariable>(V)) return true;
194   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V))
195     return IsAlwaysValidPointer(GEP->getOperand(0));
196   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
197     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
198       return IsAlwaysValidPointer(CE->getOperand(0));
199
200   return false;
201 }
202
203 /// AllCalleesPassInValidPointerForArgument - Return true if we can prove that
204 /// all callees pass in a valid pointer for the specified function argument.
205 static bool AllCalleesPassInValidPointerForArgument(Argument *Arg) {
206   Function *Callee = Arg->getParent();
207
208   unsigned ArgNo = std::distance(Callee->arg_begin(),
209                                  Function::arg_iterator(Arg));
210
211   // Look at all call sites of the function.  At this pointer we know we only
212   // have direct callees.
213   for (Value::use_iterator UI = Callee->use_begin(), E = Callee->use_end();
214        UI != E; ++UI) {
215     CallSite CS(*UI);
216     assert(CS && "Should only have direct calls!");
217
218     if (!IsAlwaysValidPointer(CS.getArgument(ArgNo)))
219       return false;
220   }
221   return true;
222 }
223
224 /// Returns true if Prefix is a prefix of longer. That means, Longer has a size
225 /// that is greater than or equal to the size of prefix, and each of the
226 /// elements in Prefix is the same as the corresponding elements in Longer.
227 ///
228 /// This means it also returns true when Prefix and Longer are equal!
229 static bool IsPrefix(const ArgPromotion::IndicesVector &Prefix,
230                      const ArgPromotion::IndicesVector &Longer) {
231   if (Prefix.size() > Longer.size())
232     return false;
233   for (unsigned i = 0, e = Prefix.size(); i != e; ++i)
234     if (Prefix[i] != Longer[i])
235       return false;
236   return true;
237 }
238
239
240 /// Checks if Indices, or a prefix of Indices, is in Set.
241 static bool PrefixIn(const ArgPromotion::IndicesVector &Indices,
242                      std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Set) {
243     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
244     Low = Set.upper_bound(Indices);
245     if (Low != Set.begin())
246       Low--;
247     // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This means
248     // it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if such
249     // prefix exists.
250     //
251     // This load is safe if any prefix of its operands is safe to load.
252     return Low != Set.end() && IsPrefix(*Low, Indices);
253 }
254
255 /// Mark the given indices (ToMark) as safe in the given set of indices
256 /// (Safe). Marking safe usually means adding ToMark to Safe. However, if there
257 /// is already a prefix of Indices in Safe, Indices are implicitely marked safe
258 /// already. Furthermore, any indices that Indices is itself a prefix of, are
259 /// removed from Safe (since they are implicitely safe because of Indices now).
260 static void MarkIndicesSafe(const ArgPromotion::IndicesVector &ToMark,
261                             std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Safe) {
262   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
263   Low = Safe.upper_bound(ToMark);
264   // Guard against the case where Safe is empty
265   if (Low != Safe.begin())
266     Low--;
267   // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This
268   // means it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if
269   // such prefix exists.
270   if (Low != Safe.end()) {
271     if (IsPrefix(*Low, ToMark))
272       // If there is already a prefix of these indices (or exactly these
273       // indices) marked a safe, don't bother adding these indices
274       return;
275
276     // Increment Low, so we can use it as a "insert before" hint
277     ++Low;
278   }
279   // Insert
280   Low = Safe.insert(Low, ToMark);
281   ++Low;
282   // If there we're a prefix of longer index list(s), remove those
283   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator End = Safe.end();
284   while (Low != End && IsPrefix(ToMark, *Low)) {
285     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Remove = Low;
286     ++Low;
287     Safe.erase(Remove);
288   }
289 }
290
291 /// isSafeToPromoteArgument - As you might guess from the name of this method,
292 /// it checks to see if it is both safe and useful to promote the argument.
293 /// This method limits promotion of aggregates to only promote up to three
294 /// elements of the aggregate in order to avoid exploding the number of
295 /// arguments passed in.
296 bool ArgPromotion::isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const {
297   typedef std::set<IndicesVector> GEPIndicesSet;
298
299   // Quick exit for unused arguments
300   if (Arg->use_empty())
301     return true;
302
303   // We can only promote this argument if all of the uses are loads, or are GEP
304   // instructions (with constant indices) that are subsequently loaded.
305   //
306   // Promoting the argument causes it to be loaded in the caller
307   // unconditionally. This is only safe if we can prove that either the load
308   // would have happened in the callee anyway (ie, there is a load in the entry
309   // block) or the pointer passed in at every call site is guaranteed to be
310   // valid.
311   // In the former case, invalid loads can happen, but would have happened
312   // anyway, in the latter case, invalid loads won't happen. This prevents us
313   // from introducing an invalid load that wouldn't have happened in the
314   // original code.
315   //
316   // This set will contain all sets of indices that are loaded in the entry
317   // block, and thus are safe to unconditionally load in the caller.
318   GEPIndicesSet SafeToUnconditionallyLoad;
319
320   // This set contains all the sets of indices that we are planning to promote.
321   // This makes it possible to limit the number of arguments added.
322   GEPIndicesSet ToPromote;
323
324   // If the pointer is always valid, any load with first index 0 is valid.
325   if (isByVal || AllCalleesPassInValidPointerForArgument(Arg))
326     SafeToUnconditionallyLoad.insert(IndicesVector(1, 0));
327
328   // First, iterate the entry block and mark loads of (geps of) arguments as
329   // safe.
330   BasicBlock *EntryBlock = Arg->getParent()->begin();
331   // Declare this here so we can reuse it
332   IndicesVector Indices;
333   for (BasicBlock::iterator I = EntryBlock->begin(), E = EntryBlock->end();
334        I != E; ++I)
335     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
336       Value *V = LI->getPointerOperand();
337       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
338         V = GEP->getPointerOperand();
339         if (V == Arg) {
340           // This load actually loads (part of) Arg? Check the indices then.
341           Indices.reserve(GEP->getNumIndices());
342           for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
343                II != IE; ++II)
344             if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*II))
345               Indices.push_back(CI->getSExtValue());
346             else
347               // We found a non-constant GEP index for this argument? Bail out
348               // right away, can't promote this argument at all.
349               return false;
350
351           // Indices checked out, mark them as safe
352           MarkIndicesSafe(Indices, SafeToUnconditionallyLoad);
353           Indices.clear();
354         }
355       } else if (V == Arg) {
356         // Direct loads are equivalent to a GEP with a single 0 index.
357         MarkIndicesSafe(IndicesVector(1, 0), SafeToUnconditionallyLoad);
358       }
359     }
360
361   // Now, iterate all uses of the argument to see if there are any uses that are
362   // not (GEP+)loads, or any (GEP+)loads that are not safe to promote.
363   SmallVector<LoadInst*, 16> Loads;
364   IndicesVector Operands;
365   for (Value::use_iterator UI = Arg->use_begin(), E = Arg->use_end();
366        UI != E; ++UI) {
367     User *U = *UI;
368     Operands.clear();
369     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
370       if (LI->isVolatile()) return false;  // Don't hack volatile loads
371       Loads.push_back(LI);
372       // Direct loads are equivalent to a GEP with a zero index and then a load.
373       Operands.push_back(0);
374     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
375       if (GEP->use_empty()) {
376         // Dead GEP's cause trouble later.  Just remove them if we run into
377         // them.
378         getAnalysis<AliasAnalysis>().deleteValue(GEP);
379         GEP->eraseFromParent();
380         // TODO: This runs the above loop over and over again for dead GEPs
381         // Couldn't we just do increment the UI iterator earlier and erase the
382         // use?
383         return isSafeToPromoteArgument(Arg, isByVal);
384       }
385
386       // Ensure that all of the indices are constants.
387       for (User::op_iterator i = GEP->idx_begin(), e = GEP->idx_end();
388         i != e; ++i)
389         if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(*i))
390           Operands.push_back(C->getSExtValue());
391         else
392           return false;  // Not a constant operand GEP!
393
394       // Ensure that the only users of the GEP are load instructions.
395       for (Value::use_iterator UI = GEP->use_begin(), E = GEP->use_end();
396            UI != E; ++UI)
397         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
398           if (LI->isVolatile()) return false;  // Don't hack volatile loads
399           Loads.push_back(LI);
400         } else {
401           // Other uses than load?
402           return false;
403         }
404     } else {
405       return false;  // Not a load or a GEP.
406     }
407
408     // Now, see if it is safe to promote this load / loads of this GEP. Loading
409     // is safe if Operands, or a prefix of Operands, is marked as safe.
410     if (!PrefixIn(Operands, SafeToUnconditionallyLoad))
411       return false;
412
413     // See if we are already promoting a load with these indices. If not, check
414     // to make sure that we aren't promoting too many elements.  If so, nothing
415     // to do.
416     if (ToPromote.find(Operands) == ToPromote.end()) {
417       if (maxElements > 0 && ToPromote.size() == maxElements) {
418         DEBUG(dbgs() << "argpromotion not promoting argument '"
419               << Arg->getName() << "' because it would require adding more "
420               << "than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
421         // We limit aggregate promotion to only promoting up to a fixed number
422         // of elements of the aggregate.
423         return false;
424       }
425       ToPromote.insert(Operands);
426     }
427   }
428
429   if (Loads.empty()) return true;  // No users, this is a dead argument.
430
431   // Okay, now we know that the argument is only used by load instructions and
432   // it is safe to unconditionally perform all of them. Use alias analysis to
433   // check to see if the pointer is guaranteed to not be modified from entry of
434   // the function to each of the load instructions.
435
436   // Because there could be several/many load instructions, remember which
437   // blocks we know to be transparent to the load.
438   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> TranspBlocks;
439
440   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
441   TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
442   if (!TD) return false; // Without TargetData, assume the worst.
443
444   for (unsigned i = 0, e = Loads.size(); i != e; ++i) {
445     // Check to see if the load is invalidated from the start of the block to
446     // the load itself.
447     LoadInst *Load = Loads[i];
448     BasicBlock *BB = Load->getParent();
449
450     const PointerType *LoadTy =
451       cast<PointerType>(Load->getPointerOperand()->getType());
452     unsigned LoadSize =(unsigned)TD->getTypeStoreSize(LoadTy->getElementType());
453
454     if (AA.canInstructionRangeModify(BB->front(), *Load, Arg, LoadSize))
455       return false;  // Pointer is invalidated!
456
457     // Now check every path from the entry block to the load for transparency.
458     // To do this, we perform a depth first search on the inverse CFG from the
459     // loading block.
460     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
461       BasicBlock *P = *PI;
462       for (idf_ext_iterator<BasicBlock*, SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> >
463              I = idf_ext_begin(P, TranspBlocks),
464              E = idf_ext_end(P, TranspBlocks); I != E; ++I)
465         if (AA.canBasicBlockModify(**I, Arg, LoadSize))
466           return false;
467     }
468   }
469
470   // If the path from the entry of the function to each load is free of
471   // instructions that potentially invalidate the load, we can make the
472   // transformation!
473   return true;
474 }
475
476 /// DoPromotion - This method actually performs the promotion of the specified
477 /// arguments, and returns the new function.  At this point, we know that it's
478 /// safe to do so.
479 CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
480                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
481                               SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform) {
482
483   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
484   // the old function, but has modified arguments.
485   const FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
486   std::vector<const Type*> Params;
487
488   typedef std::set<IndicesVector> ScalarizeTable;
489
490   // ScalarizedElements - If we are promoting a pointer that has elements
491   // accessed out of it, keep track of which elements are accessed so that we
492   // can add one argument for each.
493   //
494   // Arguments that are directly loaded will have a zero element value here, to
495   // handle cases where there are both a direct load and GEP accesses.
496   //
497   std::map<Argument*, ScalarizeTable> ScalarizedElements;
498
499   // OriginalLoads - Keep track of a representative load instruction from the
500   // original function so that we can tell the alias analysis implementation
501   // what the new GEP/Load instructions we are inserting look like.
502   std::map<IndicesVector, LoadInst*> OriginalLoads;
503
504   // Attributes - Keep track of the parameter attributes for the arguments
505   // that we are *not* promoting. For the ones that we do promote, the parameter
506   // attributes are lost
507   SmallVector<AttributeWithIndex, 8> AttributesVec;
508   const AttrListPtr &PAL = F->getAttributes();
509
510   // Add any return attributes.
511   if (Attributes attrs = PAL.getRetAttributes())
512     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, attrs));
513
514   // First, determine the new argument list
515   unsigned ArgIndex = 1;
516   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E;
517        ++I, ++ArgIndex) {
518     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
519       // Simple byval argument? Just add all the struct element types.
520       const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
521       const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
522       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
523         Params.push_back(STy->getElementType(i));
524       ++NumByValArgsPromoted;
525     } else if (!ArgsToPromote.count(I)) {
526       // Unchanged argument
527       Params.push_back(I->getType());
528       if (Attributes attrs = PAL.getParamAttributes(ArgIndex))
529         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Params.size(), attrs));
530     } else if (I->use_empty()) {
531       // Dead argument (which are always marked as promotable)
532       ++NumArgumentsDead;
533     } else {
534       // Okay, this is being promoted. This means that the only uses are loads
535       // or GEPs which are only used by loads
536
537       // In this table, we will track which indices are loaded from the argument
538       // (where direct loads are tracked as no indices).
539       ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
540       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
541            ++UI) {
542         Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
543         assert(isa<LoadInst>(User) || isa<GetElementPtrInst>(User));
544         IndicesVector Indices;
545         Indices.reserve(User->getNumOperands() - 1);
546         // Since loads will only have a single operand, and GEPs only a single
547         // non-index operand, this will record direct loads without any indices,
548         // and gep+loads with the GEP indices.
549         for (User::op_iterator II = User->op_begin() + 1, IE = User->op_end();
550              II != IE; ++II)
551           Indices.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
552         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
553         if (Indices.size() == 1 && Indices.front() == 0)
554           Indices.clear();
555         ArgIndices.insert(Indices);
556         LoadInst *OrigLoad;
557         if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(User))
558           OrigLoad = L;
559         else
560           // Take any load, we will use it only to update Alias Analysis
561           OrigLoad = cast<LoadInst>(User->use_back());
562         OriginalLoads[Indices] = OrigLoad;
563       }
564
565       // Add a parameter to the function for each element passed in.
566       for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
567              E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
568         // not allowed to dereference ->begin() if size() is 0
569         Params.push_back(GetElementPtrInst::getIndexedType(I->getType(),
570                                                            SI->begin(),
571                                                            SI->end()));
572         assert(Params.back());
573       }
574
575       if (ArgIndices.size() == 1 && ArgIndices.begin()->empty())
576         ++NumArgumentsPromoted;
577       else
578         ++NumAggregatesPromoted;
579     }
580   }
581
582   // Add any function attributes.
583   if (Attributes attrs = PAL.getFnAttributes())
584     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, attrs));
585
586   const Type *RetTy = FTy->getReturnType();
587
588   // Work around LLVM bug PR56: the CWriter cannot emit varargs functions which
589   // have zero fixed arguments.
590   bool ExtraArgHack = false;
591   if (Params.empty() && FTy->isVarArg()) {
592     ExtraArgHack = true;
593     Params.push_back(Type::getInt32Ty(F->getContext()));
594   }
595
596   // Construct the new function type using the new arguments.
597   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(RetTy, Params, FTy->isVarArg());
598
599   // Create the new function body and insert it into the module.
600   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage(), F->getName());
601   NF->copyAttributesFrom(F);
602
603   
604   DEBUG(dbgs() << "ARG PROMOTION:  Promoting to:" << *NF << "\n"
605         << "From: " << *F);
606   
607   // Recompute the parameter attributes list based on the new arguments for
608   // the function.
609   NF->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
610                                      AttributesVec.end()));
611   AttributesVec.clear();
612
613   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
614   NF->takeName(F);
615
616   // Get the alias analysis information that we need to update to reflect our
617   // changes.
618   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
619
620   // Get the callgraph information that we need to update to reflect our
621   // changes.
622   CallGraph &CG = getAnalysis<CallGraph>();
623   
624   // Get a new callgraph node for NF.
625   CallGraphNode *NF_CGN = CG.getOrInsertFunction(NF);
626
627   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
628   // to pass in the loaded pointers.
629   //
630   SmallVector<Value*, 16> Args;
631   while (!F->use_empty()) {
632     CallSite CS(F->use_back());
633     assert(CS.getCalledFunction() == F);
634     Instruction *Call = CS.getInstruction();
635     const AttrListPtr &CallPAL = CS.getAttributes();
636
637     // Add any return attributes.
638     if (Attributes attrs = CallPAL.getRetAttributes())
639       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, attrs));
640
641     // Loop over the operands, inserting GEP and loads in the caller as
642     // appropriate.
643     CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
644     ArgIndex = 1;
645     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
646          I != E; ++I, ++AI, ++ArgIndex)
647       if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
648         Args.push_back(*AI);          // Unmodified argument
649
650         if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(ArgIndex))
651           AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
652
653       } else if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
654         // Emit a GEP and load for each element of the struct.
655         const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
656         const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
657         Value *Idxs[2] = {
658               ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), 0 };
659         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
660           Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
661           Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(*AI, Idxs, Idxs+2,
662                                                  (*AI)->getName()+"."+utostr(i),
663                                                  Call);
664           // TODO: Tell AA about the new values?
665           Args.push_back(new LoadInst(Idx, Idx->getName()+".val", Call));
666         }
667       } else if (!I->use_empty()) {
668         // Non-dead argument: insert GEPs and loads as appropriate.
669         ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
670         // Store the Value* version of the indices in here, but declare it now
671         // for reuse.
672         std::vector<Value*> Ops;
673         for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
674                E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
675           Value *V = *AI;
676           LoadInst *OrigLoad = OriginalLoads[*SI];
677           if (!SI->empty()) {
678             Ops.reserve(SI->size());
679             const Type *ElTy = V->getType();
680             for (IndicesVector::const_iterator II = SI->begin(),
681                  IE = SI->end(); II != IE; ++II) {
682               // Use i32 to index structs, and i64 for others (pointers/arrays).
683               // This satisfies GEP constraints.
684               const Type *IdxTy = (ElTy->isStructTy() ?
685                     Type::getInt32Ty(F->getContext()) : 
686                     Type::getInt64Ty(F->getContext()));
687               Ops.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, *II));
688               // Keep track of the type we're currently indexing.
689               ElTy = cast<CompositeType>(ElTy)->getTypeAtIndex(*II);
690             }
691             // And create a GEP to extract those indices.
692             V = GetElementPtrInst::Create(V, Ops.begin(), Ops.end(),
693                                           V->getName()+".idx", Call);
694             Ops.clear();
695             AA.copyValue(OrigLoad->getOperand(0), V);
696           }
697           // Since we're replacing a load make sure we take the alignment
698           // of the previous load.
699           LoadInst *newLoad = new LoadInst(V, V->getName()+".val", Call);
700           newLoad->setAlignment(OrigLoad->getAlignment());
701           Args.push_back(newLoad);
702           AA.copyValue(OrigLoad, Args.back());
703         }
704       }
705
706     if (ExtraArgHack)
707       Args.push_back(Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(F->getContext())));
708
709     // Push any varargs arguments on the list.
710     for (; AI != CS.arg_end(); ++AI, ++ArgIndex) {
711       Args.push_back(*AI);
712       if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(ArgIndex))
713         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
714     }
715
716     // Add any function attributes.
717     if (Attributes attrs = CallPAL.getFnAttributes())
718       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, attrs));
719
720     Instruction *New;
721     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
722       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
723                                Args.begin(), Args.end(), "", Call);
724       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
725       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
726                                                           AttributesVec.end()));
727     } else {
728       New = CallInst::Create(NF, Args.begin(), Args.end(), "", Call);
729       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
730       cast<CallInst>(New)->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
731                                                         AttributesVec.end()));
732       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
733         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
734     }
735     Args.clear();
736     AttributesVec.clear();
737
738     // Update the alias analysis implementation to know that we are replacing
739     // the old call with a new one.
740     AA.replaceWithNewValue(Call, New);
741
742     // Update the callgraph to know that the callsite has been transformed.
743     CallGraphNode *CalleeNode = CG[Call->getParent()->getParent()];
744     CalleeNode->replaceCallEdge(Call, New, NF_CGN);
745
746     if (!Call->use_empty()) {
747       Call->replaceAllUsesWith(New);
748       New->takeName(Call);
749     }
750
751     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
752     // F.
753     Call->eraseFromParent();
754   }
755
756   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
757   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
758   // function empty.
759   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
760
761   // Loop over the argument list, transfering uses of the old arguments over to
762   // the new arguments, also transfering over the names as well.
763   //
764   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
765        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I) {
766     if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
767       // If this is an unmodified argument, move the name and users over to the
768       // new version.
769       I->replaceAllUsesWith(I2);
770       I2->takeName(I);
771       AA.replaceWithNewValue(I, I2);
772       ++I2;
773       continue;
774     }
775
776     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
777       // In the callee, we create an alloca, and store each of the new incoming
778       // arguments into the alloca.
779       Instruction *InsertPt = NF->begin()->begin();
780
781       // Just add all the struct element types.
782       const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
783       Value *TheAlloca = new AllocaInst(AgTy, 0, "", InsertPt);
784       const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
785       Value *Idxs[2] = {
786             ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), 0 };
787
788       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
789         Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
790         Value *Idx = 
791           GetElementPtrInst::Create(TheAlloca, Idxs, Idxs+2,
792                                     TheAlloca->getName()+"."+Twine(i), 
793                                     InsertPt);
794         I2->setName(I->getName()+"."+Twine(i));
795         new StoreInst(I2++, Idx, InsertPt);
796       }
797
798       // Anything that used the arg should now use the alloca.
799       I->replaceAllUsesWith(TheAlloca);
800       TheAlloca->takeName(I);
801       AA.replaceWithNewValue(I, TheAlloca);
802       continue;
803     }
804
805     if (I->use_empty()) {
806       AA.deleteValue(I);
807       continue;
808     }
809
810     // Otherwise, if we promoted this argument, then all users are load
811     // instructions (or GEPs with only load users), and all loads should be
812     // using the new argument that we added.
813     ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
814
815     while (!I->use_empty()) {
816       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->use_back())) {
817         assert(ArgIndices.begin()->empty() &&
818                "Load element should sort to front!");
819         I2->setName(I->getName()+".val");
820         LI->replaceAllUsesWith(I2);
821         AA.replaceWithNewValue(LI, I2);
822         LI->eraseFromParent();
823         DEBUG(dbgs() << "*** Promoted load of argument '" << I->getName()
824               << "' in function '" << F->getName() << "'\n");
825       } else {
826         GetElementPtrInst *GEP = cast<GetElementPtrInst>(I->use_back());
827         IndicesVector Operands;
828         Operands.reserve(GEP->getNumIndices());
829         for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
830              II != IE; ++II)
831           Operands.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
832
833         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
834         if (Operands.size() == 1 && Operands.front() == 0)
835           Operands.clear();
836
837         Function::arg_iterator TheArg = I2;
838         for (ScalarizeTable::iterator It = ArgIndices.begin();
839              *It != Operands; ++It, ++TheArg) {
840           assert(It != ArgIndices.end() && "GEP not handled??");
841         }
842
843         std::string NewName = I->getName();
844         for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i) {
845             NewName += "." + utostr(Operands[i]);
846         }
847         NewName += ".val";
848         TheArg->setName(NewName);
849
850         DEBUG(dbgs() << "*** Promoted agg argument '" << TheArg->getName()
851               << "' of function '" << NF->getName() << "'\n");
852
853         // All of the uses must be load instructions.  Replace them all with
854         // the argument specified by ArgNo.
855         while (!GEP->use_empty()) {
856           LoadInst *L = cast<LoadInst>(GEP->use_back());
857           L->replaceAllUsesWith(TheArg);
858           AA.replaceWithNewValue(L, TheArg);
859           L->eraseFromParent();
860         }
861         AA.deleteValue(GEP);
862         GEP->eraseFromParent();
863       }
864     }
865
866     // Increment I2 past all of the arguments added for this promoted pointer.
867     for (unsigned i = 0, e = ArgIndices.size(); i != e; ++i)
868       ++I2;
869   }
870
871   // Notify the alias analysis implementation that we inserted a new argument.
872   if (ExtraArgHack)
873     AA.copyValue(Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(F->getContext())), 
874                  NF->arg_begin());
875
876
877   // Tell the alias analysis that the old function is about to disappear.
878   AA.replaceWithNewValue(F, NF);
879
880   
881   NF_CGN->stealCalledFunctionsFrom(CG[F]);
882   
883   // Now that the old function is dead, delete it.  If there is a dangling
884   // reference to the CallgraphNode, just leave the dead function around for
885   // someone else to nuke.
886   CallGraphNode *CGN = CG[F];
887   if (CGN->getNumReferences() == 0)
888     delete CG.removeFunctionFromModule(CGN);
889   else
890     F->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
891   
892   return NF_CGN;
893 }