Large mechanical patch.
[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/Analysis/AliasAnalysis.h"
40 #include "llvm/Analysis/CallGraph.h"
41 #include "llvm/Target/TargetData.h"
42 #include "llvm/Support/CallSite.h"
43 #include "llvm/Support/CFG.h"
44 #include "llvm/Support/Debug.h"
45 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
46 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
47 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
48 #include "llvm/Support/Compiler.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 VISIBILITY_HIDDEN ArgPromotion : public CallGraphSCCPass {
61     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
62       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
63       AU.addRequired<TargetData>();
64       CallGraphSCCPass::getAnalysisUsage(AU);
65     }
66
67     virtual bool runOnSCC(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC);
68     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
69     ArgPromotion(unsigned maxElements = 3) : CallGraphSCCPass(&ID),
70                                              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     bool PromoteArguments(CallGraphNode *CGN);
77     bool isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const;
78     Function *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 static RegisterPass<ArgPromotion>
88 X("argpromotion", "Promote 'by reference' arguments to scalars");
89
90 Pass *llvm::createArgumentPromotionPass(unsigned maxElements) {
91   return new ArgPromotion(maxElements);
92 }
93
94 bool ArgPromotion::runOnSCC(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC) {
95   bool Changed = false, LocalChange;
96
97   do {  // Iterate until we stop promoting from this SCC.
98     LocalChange = false;
99     // Attempt to promote arguments from all functions in this SCC.
100     for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i)
101       LocalChange |= PromoteArguments(SCC[i]);
102     Changed |= LocalChange;               // Remember that we changed something.
103   } while (LocalChange);
104
105   return Changed;
106 }
107
108 /// PromoteArguments - This method checks the specified function to see if there
109 /// are any promotable arguments and if it is safe to promote the function (for
110 /// example, all callers are direct).  If safe to promote some arguments, it
111 /// calls the DoPromotion method.
112 ///
113 bool ArgPromotion::PromoteArguments(CallGraphNode *CGN) {
114   Function *F = CGN->getFunction();
115
116   // Make sure that it is local to this module.
117   if (!F || !F->hasInternalLinkage()) return false;
118
119   // First check: see if there are any pointer arguments!  If not, quick exit.
120   SmallVector<std::pair<Argument*, unsigned>, 16> PointerArgs;
121   unsigned ArgNo = 0;
122   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
123        I != E; ++I, ++ArgNo)
124     if (isa<PointerType>(I->getType()))
125       PointerArgs.push_back(std::pair<Argument*, unsigned>(I, ArgNo));
126   if (PointerArgs.empty()) return false;
127
128   // Second check: make sure that all callers are direct callers.  We can't
129   // transform functions that have indirect callers.
130   for (Value::use_iterator UI = F->use_begin(), E = F->use_end();
131        UI != E; ++UI) {
132     CallSite CS = CallSite::get(*UI);
133     if (!CS.getInstruction())       // "Taking the address" of the function
134       return false;
135
136     // Ensure that this call site is CALLING the function, not passing it as
137     // an argument.
138     if (UI.getOperandNo() != 0)
139       return false;
140   }
141
142   // Check to see which arguments are promotable.  If an argument is promotable,
143   // add it to ArgsToPromote.
144   SmallPtrSet<Argument*, 8> ArgsToPromote;
145   SmallPtrSet<Argument*, 8> ByValArgsToTransform;
146   for (unsigned i = 0; i != PointerArgs.size(); ++i) {
147     bool isByVal = F->paramHasAttr(PointerArgs[i].second+1, Attribute::ByVal);
148
149     // If this is a byval argument, and if the aggregate type is small, just
150     // pass the elements, which is always safe.
151     Argument *PtrArg = PointerArgs[i].first;
152     if (isByVal) {
153       const Type *AgTy = cast<PointerType>(PtrArg->getType())->getElementType();
154       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(AgTy)) {
155         if (maxElements > 0 && STy->getNumElements() > maxElements) {
156           DOUT << "argpromotion disable promoting argument '"
157                << PtrArg->getName() << "' because it would require adding more "
158                << "than " << maxElements << " arguments to the function.\n";
159         } else {
160           // If all the elements are single-value types, we can promote it.
161           bool AllSimple = true;
162           for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
163             if (!STy->getElementType(i)->isSingleValueType()) {
164               AllSimple = false;
165               break;
166             }
167
168           // Safe to transform, don't even bother trying to "promote" it.
169           // Passing the elements as a scalar will allow scalarrepl to hack on
170           // the new alloca we introduce.
171           if (AllSimple) {
172             ByValArgsToTransform.insert(PtrArg);
173             continue;
174           }
175         }
176       }
177     }
178
179     // Otherwise, see if we can promote the pointer to its value.
180     if (isSafeToPromoteArgument(PtrArg, isByVal))
181       ArgsToPromote.insert(PtrArg);
182   }
183
184   // No promotable pointer arguments.
185   if (ArgsToPromote.empty() && ByValArgsToTransform.empty()) return false;
186
187   Function *NewF = DoPromotion(F, ArgsToPromote, ByValArgsToTransform);
188
189   // Update the call graph to know that the function has been transformed.
190   getAnalysis<CallGraph>().changeFunction(F, NewF);
191   return true;
192 }
193
194 /// IsAlwaysValidPointer - Return true if the specified pointer is always legal
195 /// to load.
196 static bool IsAlwaysValidPointer(Value *V) {
197   if (isa<AllocaInst>(V) || isa<GlobalVariable>(V)) return true;
198   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V))
199     return IsAlwaysValidPointer(GEP->getOperand(0));
200   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
201     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
202       return IsAlwaysValidPointer(CE->getOperand(0));
203
204   return false;
205 }
206
207 /// AllCalleesPassInValidPointerForArgument - Return true if we can prove that
208 /// all callees pass in a valid pointer for the specified function argument.
209 static bool AllCalleesPassInValidPointerForArgument(Argument *Arg) {
210   Function *Callee = Arg->getParent();
211
212   unsigned ArgNo = std::distance(Callee->arg_begin(),
213                                  Function::arg_iterator(Arg));
214
215   // Look at all call sites of the function.  At this pointer we know we only
216   // have direct callees.
217   for (Value::use_iterator UI = Callee->use_begin(), E = Callee->use_end();
218        UI != E; ++UI) {
219     CallSite CS = CallSite::get(*UI);
220     assert(CS.getInstruction() && "Should only have direct calls!");
221
222     if (!IsAlwaysValidPointer(CS.getArgument(ArgNo)))
223       return false;
224   }
225   return true;
226 }
227
228 /// Returns true if Prefix is a prefix of longer. That means, Longer has a size
229 /// that is greater than or equal to the size of prefix, and each of the
230 /// elements in Prefix is the same as the corresponding elements in Longer.
231 ///
232 /// This means it also returns true when Prefix and Longer are equal!
233 static bool IsPrefix(const ArgPromotion::IndicesVector &Prefix,
234                      const ArgPromotion::IndicesVector &Longer) {
235   if (Prefix.size() > Longer.size())
236     return false;
237   for (unsigned i = 0, e = Prefix.size(); i != e; ++i)
238     if (Prefix[i] != Longer[i])
239       return false;
240   return true;
241 }
242
243
244 /// Checks if Indices, or a prefix of Indices, is in Set.
245 static bool PrefixIn(const ArgPromotion::IndicesVector &Indices,
246                      std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Set) {
247     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
248     Low = Set.upper_bound(Indices);
249     if (Low != Set.begin())
250       Low--;
251     // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This means
252     // it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if such
253     // prefix exists.
254     //
255     // This load is safe if any prefix of its operands is safe to load.
256     return Low != Set.end() && IsPrefix(*Low, Indices);
257 }
258
259 /// Mark the given indices (ToMark) as safe in the the given set of indices
260 /// (Safe). Marking safe usually means adding ToMark to Safe. However, if there
261 /// is already a prefix of Indices in Safe, Indices are implicitely marked safe
262 /// already. Furthermore, any indices that Indices is itself a prefix of, are
263 /// removed from Safe (since they are implicitely safe because of Indices now).
264 static void MarkIndicesSafe(const ArgPromotion::IndicesVector &ToMark,
265                             std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Safe) {
266   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
267   Low = Safe.upper_bound(ToMark);
268   // Guard against the case where Safe is empty
269   if (Low != Safe.begin())
270     Low--;
271   // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This
272   // means it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if
273   // such prefix exists.
274   if (Low != Safe.end()) {
275     if (IsPrefix(*Low, ToMark))
276       // If there is already a prefix of these indices (or exactly these
277       // indices) marked a safe, don't bother adding these indices
278       return;
279
280     // Increment Low, so we can use it as a "insert before" hint
281     ++Low;
282   }
283   // Insert
284   Low = Safe.insert(Low, ToMark);
285   ++Low;
286   // If there we're a prefix of longer index list(s), remove those
287   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator End = Safe.end();
288   while (Low != End && IsPrefix(ToMark, *Low)) {
289     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Remove = Low;
290     ++Low;
291     Safe.erase(Remove);
292   }
293 }
294
295 /// isSafeToPromoteArgument - As you might guess from the name of this method,
296 /// it checks to see if it is both safe and useful to promote the argument.
297 /// This method limits promotion of aggregates to only promote up to three
298 /// elements of the aggregate in order to avoid exploding the number of
299 /// arguments passed in.
300 bool ArgPromotion::isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const {
301   typedef std::set<IndicesVector> GEPIndicesSet;
302
303   // Quick exit for unused arguments
304   if (Arg->use_empty())
305     return true;
306
307   // We can only promote this argument if all of the uses are loads, or are GEP
308   // instructions (with constant indices) that are subsequently loaded.
309   //
310   // Promoting the argument causes it to be loaded in the caller
311   // unconditionally. This is only safe if we can prove that either the load
312   // would have happened in the callee anyway (ie, there is a load in the entry
313   // block) or the pointer passed in at every call site is guaranteed to be
314   // valid.
315   // In the former case, invalid loads can happen, but would have happened
316   // anyway, in the latter case, invalid loads won't happen. This prevents us
317   // from introducing an invalid load that wouldn't have happened in the
318   // original code.
319   //
320   // This set will contain all sets of indices that are loaded in the entry
321   // block, and thus are safe to unconditionally load in the caller.
322   GEPIndicesSet SafeToUnconditionallyLoad;
323
324   // This set contains all the sets of indices that we are planning to promote.
325   // This makes it possible to limit the number of arguments added.
326   GEPIndicesSet ToPromote;
327
328   // If the pointer is always valid, any load with first index 0 is valid.
329   if(isByVal || AllCalleesPassInValidPointerForArgument(Arg))
330     SafeToUnconditionallyLoad.insert(IndicesVector(1, 0));
331
332   // First, iterate the entry block and mark loads of (geps of) arguments as
333   // safe.
334   BasicBlock *EntryBlock = Arg->getParent()->begin();
335   // Declare this here so we can reuse it
336   IndicesVector Indices;
337   for (BasicBlock::iterator I = EntryBlock->begin(), E = EntryBlock->end();
338        I != E; ++I)
339     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
340       Value *V = LI->getPointerOperand();
341       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
342         V = GEP->getPointerOperand();
343         if (V == Arg) {
344           // This load actually loads (part of) Arg? Check the indices then.
345           Indices.reserve(GEP->getNumIndices());
346           for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
347                II != IE; ++II)
348             if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*II))
349               Indices.push_back(CI->getSExtValue());
350             else
351               // We found a non-constant GEP index for this argument? Bail out
352               // right away, can't promote this argument at all.
353               return false;
354
355           // Indices checked out, mark them as safe
356           MarkIndicesSafe(Indices, SafeToUnconditionallyLoad);
357           Indices.clear();
358         }
359       } else if (V == Arg) {
360         // Direct loads are equivalent to a GEP with a single 0 index.
361         MarkIndicesSafe(IndicesVector(1, 0), SafeToUnconditionallyLoad);
362       }
363     }
364
365   // Now, iterate all uses of the argument to see if there are any uses that are
366   // not (GEP+)loads, or any (GEP+)loads that are not safe to promote.
367   SmallVector<LoadInst*, 16> Loads;
368   IndicesVector Operands;
369   for (Value::use_iterator UI = Arg->use_begin(), E = Arg->use_end();
370        UI != E; ++UI) {
371     Operands.clear();
372     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
373       if (LI->isVolatile()) return false;  // Don't hack volatile loads
374       Loads.push_back(LI);
375       // Direct loads are equivalent to a GEP with a zero index and then a load.
376       Operands.push_back(0);
377     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*UI)) {
378       if (GEP->use_empty()) {
379         // Dead GEP's cause trouble later.  Just remove them if we run into
380         // them.
381         getAnalysis<AliasAnalysis>().deleteValue(GEP);
382         GEP->eraseFromParent();
383         // TODO: This runs the above loop over and over again for dead GEPS
384         // Couldn't we just do increment the UI iterator earlier and erase the
385         // use?
386         return isSafeToPromoteArgument(Arg, isByVal);
387       }
388
389       // Ensure that all of the indices are constants.
390       for (User::op_iterator i = GEP->idx_begin(), e = GEP->idx_end();
391         i != e; ++i)
392         if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(*i))
393           Operands.push_back(C->getSExtValue());
394         else
395           return false;  // Not a constant operand GEP!
396
397       // Ensure that the only users of the GEP are load instructions.
398       for (Value::use_iterator UI = GEP->use_begin(), E = GEP->use_end();
399            UI != E; ++UI)
400         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
401           if (LI->isVolatile()) return false;  // Don't hack volatile loads
402           Loads.push_back(LI);
403         } else {
404           // Other uses than load?
405           return false;
406         }
407     } else {
408       return false;  // Not a load or a GEP.
409     }
410
411     // Now, see if it is safe to promote this load / loads of this GEP. Loading
412     // is safe if Operands, or a prefix of Operands, is marked as safe.
413     if (!PrefixIn(Operands, SafeToUnconditionallyLoad))
414       return false;
415
416     // See if we are already promoting a load with these indices. If not, check
417     // to make sure that we aren't promoting too many elements.  If so, nothing
418     // to do.
419     if (ToPromote.find(Operands) == ToPromote.end()) {
420       if (maxElements > 0 && ToPromote.size() == maxElements) {
421         DOUT << "argpromotion not promoting argument '"
422              << Arg->getName() << "' because it would require adding more "
423              << "than " << maxElements << " arguments to the function.\n";
424         // We limit aggregate promotion to only promoting up to a fixed number
425         // of elements of the aggregate.
426         return false;
427       }
428       ToPromote.insert(Operands);
429     }
430   }
431
432   if (Loads.empty()) return true;  // No users, this is a dead argument.
433
434   // Okay, now we know that the argument is only used by load instructions and
435   // it is safe to unconditionally perform all of them. Use alias analysis to
436   // check to see if the pointer is guaranteed to not be modified from entry of
437   // the function to each of the load instructions.
438
439   // Because there could be several/many load instructions, remember which
440   // blocks we know to be transparent to the load.
441   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> TranspBlocks;
442
443   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
444   TargetData &TD = getAnalysis<TargetData>();
445
446   for (unsigned i = 0, e = Loads.size(); i != e; ++i) {
447     // Check to see if the load is invalidated from the start of the block to
448     // the load itself.
449     LoadInst *Load = Loads[i];
450     BasicBlock *BB = Load->getParent();
451
452     const PointerType *LoadTy =
453       cast<PointerType>(Load->getPointerOperand()->getType());
454     unsigned LoadSize = (unsigned)TD.getTypeStoreSize(LoadTy->getElementType());
455
456     if (AA.canInstructionRangeModify(BB->front(), *Load, Arg, LoadSize))
457       return false;  // Pointer is invalidated!
458
459     // Now check every path from the entry block to the load for transparency.
460     // To do this, we perform a depth first search on the inverse CFG from the
461     // loading block.
462     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
463       for (idf_ext_iterator<BasicBlock*, SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> >
464              I = idf_ext_begin(*PI, TranspBlocks),
465              E = idf_ext_end(*PI, TranspBlocks); I != E; ++I)
466         if (AA.canBasicBlockModify(**I, Arg, LoadSize))
467           return false;
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 Function *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.getAttributes(0))
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.getAttributes(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         Params.push_back(GetElementPtrInst::getIndexedType(I->getType(),
569                                                            &*SI->begin(),
570                                                            SI->size()));
571         assert(Params.back());
572       }
573
574       if (ArgIndices.size() == 1 && ArgIndices.begin()->empty())
575         ++NumArgumentsPromoted;
576       else
577         ++NumAggregatesPromoted;
578     }
579   }
580
581   const Type *RetTy = FTy->getReturnType();
582
583   // Work around LLVM bug PR56: the CWriter cannot emit varargs functions which
584   // have zero fixed arguments.
585   bool ExtraArgHack = false;
586   if (Params.empty() && FTy->isVarArg()) {
587     ExtraArgHack = true;
588     Params.push_back(Type::Int32Ty);
589   }
590
591   // Construct the new function type using the new arguments.
592   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(RetTy, Params, FTy->isVarArg());
593
594   // Create the new function body and insert it into the module...
595   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage(), F->getName());
596   NF->copyAttributesFrom(F);
597
598   // Recompute the parameter attributes list based on the new arguments for
599   // the function.
600   NF->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(), AttributesVec.end()));
601   AttributesVec.clear();
602
603   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
604   NF->takeName(F);
605
606   // Get the alias analysis information that we need to update to reflect our
607   // changes.
608   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
609
610   // Get the callgraph information that we need to update to reflect our
611   // changes.
612   CallGraph &CG = getAnalysis<CallGraph>();
613
614   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
615   // to pass in the loaded pointers.
616   //
617   SmallVector<Value*, 16> Args;
618   while (!F->use_empty()) {
619     CallSite CS = CallSite::get(F->use_back());
620     Instruction *Call = CS.getInstruction();
621     const AttrListPtr &CallPAL = CS.getAttributes();
622
623     // Add any return attributes.
624     if (Attributes attrs = CallPAL.getAttributes(0))
625       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, attrs));
626
627     // Loop over the operands, inserting GEP and loads in the caller as
628     // appropriate.
629     CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
630     ArgIndex = 1;
631     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
632          I != E; ++I, ++AI, ++ArgIndex)
633       if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
634         Args.push_back(*AI);          // Unmodified argument
635
636         if (Attributes Attrs = CallPAL.getAttributes(ArgIndex))
637           AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
638
639       } else if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
640         // Emit a GEP and load for each element of the struct.
641         const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
642         const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
643         Value *Idxs[2] = { ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0), 0 };
644         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
645           Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, i);
646           Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(*AI, Idxs, Idxs+2,
647                                                  (*AI)->getName()+"."+utostr(i),
648                                                  Call);
649           // TODO: Tell AA about the new values?
650           Args.push_back(new LoadInst(Idx, Idx->getName()+".val", Call));
651         }
652       } else if (!I->use_empty()) {
653         // Non-dead argument: insert GEPs and loads as appropriate.
654         ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
655         // Store the Value* version of the indices in here, but declare it now
656         // for reuse
657         std::vector<Value*> Ops;
658         for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
659                E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
660           Value *V = *AI;
661           LoadInst *OrigLoad = OriginalLoads[*SI];
662           if (!SI->empty()) {
663             Ops.reserve(SI->size());
664             const Type *ElTy = V->getType();
665             for (IndicesVector::const_iterator II = SI->begin(),
666                  IE = SI->end(); II != IE; ++II) {
667               // Use i32 to index structs, and i64 for others (pointers/arrays).
668               // This satisfies GEP constraints.
669               const Type *IdxTy = (isa<StructType>(ElTy) ? Type::Int32Ty : Type::Int64Ty);
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::Int32Ty));
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.getAttributes(ArgIndex))
692         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
693     }
694
695     Instruction *New;
696     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
697       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
698                                Args.begin(), Args.end(), "", Call);
699       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
700       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
701                                                           AttributesVec.end()));
702     } else {
703       New = CallInst::Create(NF, Args.begin(), Args.end(), "", Call);
704       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
705       cast<CallInst>(New)->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
706                                                         AttributesVec.end()));
707       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
708         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
709     }
710     Args.clear();
711     AttributesVec.clear();
712
713     // Update the alias analysis implementation to know that we are replacing
714     // the old call with a new one.
715     AA.replaceWithNewValue(Call, New);
716
717     // Update the callgraph to know that the callsite has been transformed.
718     CG[Call->getParent()->getParent()]->replaceCallSite(Call, New);
719
720     if (!Call->use_empty()) {
721       Call->replaceAllUsesWith(New);
722       New->takeName(Call);
723     }
724
725     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
726     // F.
727     Call->eraseFromParent();
728   }
729
730   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
731   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
732   // function empty.
733   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
734
735   // Loop over the argument list, transfering uses of the old arguments over to
736   // the new arguments, also transfering over the names as well.
737   //
738   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
739        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I) {
740     if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
741       // If this is an unmodified argument, move the name and users over to the
742       // new version.
743       I->replaceAllUsesWith(I2);
744       I2->takeName(I);
745       AA.replaceWithNewValue(I, I2);
746       ++I2;
747       continue;
748     }
749
750     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
751       // In the callee, we create an alloca, and store each of the new incoming
752       // arguments into the alloca.
753       Instruction *InsertPt = NF->begin()->begin();
754
755       // Just add all the struct element types.
756       const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
757       Value *TheAlloca = new AllocaInst(AgTy, 0, "", InsertPt);
758       const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
759       Value *Idxs[2] = { ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0), 0 };
760
761       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
762         Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, i);
763         std::string Name = TheAlloca->getName()+"."+utostr(i);
764         Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(TheAlloca, Idxs, Idxs+2,
765                                                Name, InsertPt);
766         I2->setName(I->getName()+"."+utostr(i));
767         new StoreInst(I2++, Idx, InsertPt);
768       }
769
770       // Anything that used the arg should now use the alloca.
771       I->replaceAllUsesWith(TheAlloca);
772       TheAlloca->takeName(I);
773       AA.replaceWithNewValue(I, TheAlloca);
774       continue;
775     }
776
777     if (I->use_empty()) {
778       AA.deleteValue(I);
779       continue;
780     }
781
782     // Otherwise, if we promoted this argument, then all users are load
783     // instructions (or GEPs with only load users), and all loads should be
784     // using the new argument that we added.
785     ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
786
787     while (!I->use_empty()) {
788       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->use_back())) {
789         assert(ArgIndices.begin()->empty() &&
790                "Load element should sort to front!");
791         I2->setName(I->getName()+".val");
792         LI->replaceAllUsesWith(I2);
793         AA.replaceWithNewValue(LI, I2);
794         LI->eraseFromParent();
795         DOUT << "*** Promoted load of argument '" << I->getName()
796              << "' in function '" << F->getName() << "'\n";
797       } else {
798         GetElementPtrInst *GEP = cast<GetElementPtrInst>(I->use_back());
799         IndicesVector Operands;
800         Operands.reserve(GEP->getNumIndices());
801         for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
802              II != IE; ++II)
803           Operands.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
804
805         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
806         if (Operands.size() == 1 && Operands.front() == 0)
807           Operands.clear();
808
809         Function::arg_iterator TheArg = I2;
810         for (ScalarizeTable::iterator It = ArgIndices.begin();
811              *It != Operands; ++It, ++TheArg) {
812           assert(It != ArgIndices.end() && "GEP not handled??");
813         }
814
815         std::string NewName = I->getName();
816         for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i) {
817             NewName += "." + utostr(Operands[i]);
818         }
819         NewName += ".val";
820         TheArg->setName(NewName);
821
822         DOUT << "*** Promoted agg argument '" << TheArg->getName()
823              << "' of function '" << NF->getName() << "'\n";
824
825         // All of the uses must be load instructions.  Replace them all with
826         // the argument specified by ArgNo.
827         while (!GEP->use_empty()) {
828           LoadInst *L = cast<LoadInst>(GEP->use_back());
829           L->replaceAllUsesWith(TheArg);
830           AA.replaceWithNewValue(L, TheArg);
831           L->eraseFromParent();
832         }
833         AA.deleteValue(GEP);
834         GEP->eraseFromParent();
835       }
836     }
837
838     // Increment I2 past all of the arguments added for this promoted pointer.
839     for (unsigned i = 0, e = ArgIndices.size(); i != e; ++i)
840       ++I2;
841   }
842
843   // Notify the alias analysis implementation that we inserted a new argument.
844   if (ExtraArgHack)
845     AA.copyValue(Constant::getNullValue(Type::Int32Ty), NF->arg_begin());
846
847
848   // Tell the alias analysis that the old function is about to disappear.
849   AA.replaceWithNewValue(F, NF);
850
851   // Now that the old function is dead, delete it.
852   F->eraseFromParent();
853   return NF;
854 }