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