DebugInfo: Keep track of subprograms who's arguments have been promoted.
[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 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
33 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
35 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
36 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
37 #include "llvm/Analysis/CallGraph.h"
38 #include "llvm/Analysis/CallGraphSCCPass.h"
39 #include "llvm/IR/CFG.h"
40 #include "llvm/IR/CallSite.h"
41 #include "llvm/IR/Constants.h"
42 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
43 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
44 #include "llvm/IR/Instructions.h"
45 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
46 #include "llvm/IR/Module.h"
47 #include "llvm/Support/Debug.h"
48 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
49 #include <set>
50 using namespace llvm;
51
52 #define DEBUG_TYPE "argpromotion"
53
54 STATISTIC(NumArgumentsPromoted , "Number of pointer arguments promoted");
55 STATISTIC(NumAggregatesPromoted, "Number of aggregate arguments promoted");
56 STATISTIC(NumByValArgsPromoted , "Number of byval arguments promoted");
57 STATISTIC(NumArgumentsDead     , "Number of dead pointer args eliminated");
58
59 namespace {
60   /// ArgPromotion - The 'by reference' to 'by value' argument promotion pass.
61   ///
62   struct ArgPromotion : public CallGraphSCCPass {
63     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
64       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
65       CallGraphSCCPass::getAnalysisUsage(AU);
66     }
67
68     bool runOnSCC(CallGraphSCC &SCC) override;
69     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
70     explicit ArgPromotion(unsigned maxElements = 3)
71         : CallGraphSCCPass(ID), maxElements(maxElements) {
72       initializeArgPromotionPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
73     }
74
75     /// A vector used to hold the indices of a single GEP instruction
76     typedef std::vector<uint64_t> IndicesVector;
77
78   private:
79     CallGraphNode *PromoteArguments(CallGraphNode *CGN);
80     bool isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const;
81     CallGraphNode *DoPromotion(Function *F,
82                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
83                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform);
84     bool doInitialization(CallGraph &CG) override;
85     /// The maximum number of elements to expand, or 0 for unlimited.
86     unsigned maxElements;
87     DenseMap<Function *, DISubprogram> FunctionDIs;
88   };
89 }
90
91 char ArgPromotion::ID = 0;
92 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ArgPromotion, "argpromotion",
93                 "Promote 'by reference' arguments to scalars", false, false)
94 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
95 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(CallGraphWrapperPass)
96 INITIALIZE_PASS_END(ArgPromotion, "argpromotion",
97                 "Promote 'by reference' arguments to scalars", false, false)
98
99 Pass *llvm::createArgumentPromotionPass(unsigned maxElements) {
100   return new ArgPromotion(maxElements);
101 }
102
103 bool ArgPromotion::runOnSCC(CallGraphSCC &SCC) {
104   bool Changed = false, LocalChange;
105
106   do {  // Iterate until we stop promoting from this SCC.
107     LocalChange = false;
108     // Attempt to promote arguments from all functions in this SCC.
109     for (CallGraphSCC::iterator I = SCC.begin(), E = SCC.end(); I != E; ++I) {
110       if (CallGraphNode *CGN = PromoteArguments(*I)) {
111         LocalChange = true;
112         SCC.ReplaceNode(*I, CGN);
113       }
114     }
115     Changed |= LocalChange;               // Remember that we changed something.
116   } while (LocalChange);
117   
118   return Changed;
119 }
120
121 /// PromoteArguments - This method checks the specified function to see if there
122 /// are any promotable arguments and if it is safe to promote the function (for
123 /// example, all callers are direct).  If safe to promote some arguments, it
124 /// calls the DoPromotion method.
125 ///
126 CallGraphNode *ArgPromotion::PromoteArguments(CallGraphNode *CGN) {
127   Function *F = CGN->getFunction();
128
129   // Make sure that it is local to this module.
130   if (!F || !F->hasLocalLinkage()) return nullptr;
131
132   // First check: see if there are any pointer arguments!  If not, quick exit.
133   SmallVector<Argument*, 16> PointerArgs;
134   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E; ++I)
135     if (I->getType()->isPointerTy())
136       PointerArgs.push_back(I);
137   if (PointerArgs.empty()) return nullptr;
138
139   // Second check: make sure that all callers are direct callers.  We can't
140   // transform functions that have indirect callers.  Also see if the function
141   // is self-recursive.
142   bool isSelfRecursive = false;
143   for (Use &U : F->uses()) {
144     CallSite CS(U.getUser());
145     // Must be a direct call.
146     if (CS.getInstruction() == nullptr || !CS.isCallee(&U)) return nullptr;
147     
148     if (CS.getInstruction()->getParent()->getParent() == F)
149       isSelfRecursive = true;
150   }
151   
152   // Check to see which arguments are promotable.  If an argument is promotable,
153   // add it to ArgsToPromote.
154   SmallPtrSet<Argument*, 8> ArgsToPromote;
155   SmallPtrSet<Argument*, 8> ByValArgsToTransform;
156   for (unsigned i = 0, e = PointerArgs.size(); i != e; ++i) {
157     Argument *PtrArg = PointerArgs[i];
158     Type *AgTy = cast<PointerType>(PtrArg->getType())->getElementType();
159
160     // If this is a byval argument, and if the aggregate type is small, just
161     // pass the elements, which is always safe.  This does not apply to
162     // inalloca.
163     if (PtrArg->hasByValAttr()) {
164       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(AgTy)) {
165         if (maxElements > 0 && STy->getNumElements() > maxElements) {
166           DEBUG(dbgs() << "argpromotion disable promoting argument '"
167                 << PtrArg->getName() << "' because it would require adding more"
168                 << " than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
169           continue;
170         }
171         
172         // If all the elements are single-value types, we can promote it.
173         bool AllSimple = true;
174         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
175           if (!STy->getElementType(i)->isSingleValueType()) {
176             AllSimple = false;
177             break;
178           }
179         }
180
181         // Safe to transform, don't even bother trying to "promote" it.
182         // Passing the elements as a scalar will allow scalarrepl to hack on
183         // the new alloca we introduce.
184         if (AllSimple) {
185           ByValArgsToTransform.insert(PtrArg);
186           continue;
187         }
188       }
189     }
190
191     // If the argument is a recursive type and we're in a recursive
192     // function, we could end up infinitely peeling the function argument.
193     if (isSelfRecursive) {
194       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(AgTy)) {
195         bool RecursiveType = false;
196         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
197           if (STy->getElementType(i) == PtrArg->getType()) {
198             RecursiveType = true;
199             break;
200           }
201         }
202         if (RecursiveType)
203           continue;
204       }
205     }
206     
207     // Otherwise, see if we can promote the pointer to its value.
208     if (isSafeToPromoteArgument(PtrArg, PtrArg->hasByValOrInAllocaAttr()))
209       ArgsToPromote.insert(PtrArg);
210   }
211
212   // No promotable pointer arguments.
213   if (ArgsToPromote.empty() && ByValArgsToTransform.empty()) 
214     return nullptr;
215
216   return DoPromotion(F, ArgsToPromote, ByValArgsToTransform);
217 }
218
219 /// AllCallersPassInValidPointerForArgument - Return true if we can prove that
220 /// all callees pass in a valid pointer for the specified function argument.
221 static bool AllCallersPassInValidPointerForArgument(Argument *Arg) {
222   Function *Callee = Arg->getParent();
223
224   unsigned ArgNo = Arg->getArgNo();
225
226   // Look at all call sites of the function.  At this pointer we know we only
227   // have direct callees.
228   for (User *U : Callee->users()) {
229     CallSite CS(U);
230     assert(CS && "Should only have direct calls!");
231
232     if (!CS.getArgument(ArgNo)->isDereferenceablePointer())
233       return false;
234   }
235   return true;
236 }
237
238 /// Returns true if Prefix is a prefix of longer. That means, Longer has a size
239 /// that is greater than or equal to the size of prefix, and each of the
240 /// elements in Prefix is the same as the corresponding elements in Longer.
241 ///
242 /// This means it also returns true when Prefix and Longer are equal!
243 static bool IsPrefix(const ArgPromotion::IndicesVector &Prefix,
244                      const ArgPromotion::IndicesVector &Longer) {
245   if (Prefix.size() > Longer.size())
246     return false;
247   return std::equal(Prefix.begin(), Prefix.end(), Longer.begin());
248 }
249
250
251 /// Checks if Indices, or a prefix of Indices, is in Set.
252 static bool PrefixIn(const ArgPromotion::IndicesVector &Indices,
253                      std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Set) {
254     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
255     Low = Set.upper_bound(Indices);
256     if (Low != Set.begin())
257       Low--;
258     // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This means
259     // it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if such
260     // prefix exists.
261     //
262     // This load is safe if any prefix of its operands is safe to load.
263     return Low != Set.end() && IsPrefix(*Low, Indices);
264 }
265
266 /// Mark the given indices (ToMark) as safe in the given set of indices
267 /// (Safe). Marking safe usually means adding ToMark to Safe. However, if there
268 /// is already a prefix of Indices in Safe, Indices are implicitely marked safe
269 /// already. Furthermore, any indices that Indices is itself a prefix of, are
270 /// removed from Safe (since they are implicitely safe because of Indices now).
271 static void MarkIndicesSafe(const ArgPromotion::IndicesVector &ToMark,
272                             std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Safe) {
273   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
274   Low = Safe.upper_bound(ToMark);
275   // Guard against the case where Safe is empty
276   if (Low != Safe.begin())
277     Low--;
278   // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This
279   // means it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if
280   // such prefix exists.
281   if (Low != Safe.end()) {
282     if (IsPrefix(*Low, ToMark))
283       // If there is already a prefix of these indices (or exactly these
284       // indices) marked a safe, don't bother adding these indices
285       return;
286
287     // Increment Low, so we can use it as a "insert before" hint
288     ++Low;
289   }
290   // Insert
291   Low = Safe.insert(Low, ToMark);
292   ++Low;
293   // If there we're a prefix of longer index list(s), remove those
294   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator End = Safe.end();
295   while (Low != End && IsPrefix(ToMark, *Low)) {
296     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Remove = Low;
297     ++Low;
298     Safe.erase(Remove);
299   }
300 }
301
302 /// isSafeToPromoteArgument - As you might guess from the name of this method,
303 /// it checks to see if it is both safe and useful to promote the argument.
304 /// This method limits promotion of aggregates to only promote up to three
305 /// elements of the aggregate in order to avoid exploding the number of
306 /// arguments passed in.
307 bool ArgPromotion::isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg,
308                                            bool isByValOrInAlloca) const {
309   typedef std::set<IndicesVector> GEPIndicesSet;
310
311   // Quick exit for unused arguments
312   if (Arg->use_empty())
313     return true;
314
315   // We can only promote this argument if all of the uses are loads, or are GEP
316   // instructions (with constant indices) that are subsequently loaded.
317   //
318   // Promoting the argument causes it to be loaded in the caller
319   // unconditionally. This is only safe if we can prove that either the load
320   // would have happened in the callee anyway (ie, there is a load in the entry
321   // block) or the pointer passed in at every call site is guaranteed to be
322   // valid.
323   // In the former case, invalid loads can happen, but would have happened
324   // anyway, in the latter case, invalid loads won't happen. This prevents us
325   // from introducing an invalid load that wouldn't have happened in the
326   // original code.
327   //
328   // This set will contain all sets of indices that are loaded in the entry
329   // block, and thus are safe to unconditionally load in the caller.
330   //
331   // This optimization is also safe for InAlloca parameters, because it verifies
332   // that the address isn't captured.
333   GEPIndicesSet SafeToUnconditionallyLoad;
334
335   // This set contains all the sets of indices that we are planning to promote.
336   // This makes it possible to limit the number of arguments added.
337   GEPIndicesSet ToPromote;
338
339   // If the pointer is always valid, any load with first index 0 is valid.
340   if (isByValOrInAlloca || AllCallersPassInValidPointerForArgument(Arg))
341     SafeToUnconditionallyLoad.insert(IndicesVector(1, 0));
342
343   // First, iterate the entry block and mark loads of (geps of) arguments as
344   // safe.
345   BasicBlock *EntryBlock = Arg->getParent()->begin();
346   // Declare this here so we can reuse it
347   IndicesVector Indices;
348   for (BasicBlock::iterator I = EntryBlock->begin(), E = EntryBlock->end();
349        I != E; ++I)
350     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
351       Value *V = LI->getPointerOperand();
352       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
353         V = GEP->getPointerOperand();
354         if (V == Arg) {
355           // This load actually loads (part of) Arg? Check the indices then.
356           Indices.reserve(GEP->getNumIndices());
357           for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
358                II != IE; ++II)
359             if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*II))
360               Indices.push_back(CI->getSExtValue());
361             else
362               // We found a non-constant GEP index for this argument? Bail out
363               // right away, can't promote this argument at all.
364               return false;
365
366           // Indices checked out, mark them as safe
367           MarkIndicesSafe(Indices, SafeToUnconditionallyLoad);
368           Indices.clear();
369         }
370       } else if (V == Arg) {
371         // Direct loads are equivalent to a GEP with a single 0 index.
372         MarkIndicesSafe(IndicesVector(1, 0), SafeToUnconditionallyLoad);
373       }
374     }
375
376   // Now, iterate all uses of the argument to see if there are any uses that are
377   // not (GEP+)loads, or any (GEP+)loads that are not safe to promote.
378   SmallVector<LoadInst*, 16> Loads;
379   IndicesVector Operands;
380   for (Use &U : Arg->uses()) {
381     User *UR = U.getUser();
382     Operands.clear();
383     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UR)) {
384       // Don't hack volatile/atomic loads
385       if (!LI->isSimple()) return false;
386       Loads.push_back(LI);
387       // Direct loads are equivalent to a GEP with a zero index and then a load.
388       Operands.push_back(0);
389     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(UR)) {
390       if (GEP->use_empty()) {
391         // Dead GEP's cause trouble later.  Just remove them if we run into
392         // them.
393         getAnalysis<AliasAnalysis>().deleteValue(GEP);
394         GEP->eraseFromParent();
395         // TODO: This runs the above loop over and over again for dead GEPs
396         // Couldn't we just do increment the UI iterator earlier and erase the
397         // use?
398         return isSafeToPromoteArgument(Arg, isByValOrInAlloca);
399       }
400
401       // Ensure that all of the indices are constants.
402       for (User::op_iterator i = GEP->idx_begin(), e = GEP->idx_end();
403         i != e; ++i)
404         if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(*i))
405           Operands.push_back(C->getSExtValue());
406         else
407           return false;  // Not a constant operand GEP!
408
409       // Ensure that the only users of the GEP are load instructions.
410       for (User *GEPU : GEP->users())
411         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(GEPU)) {
412           // Don't hack volatile/atomic loads
413           if (!LI->isSimple()) return false;
414           Loads.push_back(LI);
415         } else {
416           // Other uses than load?
417           return false;
418         }
419     } else {
420       return false;  // Not a load or a GEP.
421     }
422
423     // Now, see if it is safe to promote this load / loads of this GEP. Loading
424     // is safe if Operands, or a prefix of Operands, is marked as safe.
425     if (!PrefixIn(Operands, SafeToUnconditionallyLoad))
426       return false;
427
428     // See if we are already promoting a load with these indices. If not, check
429     // to make sure that we aren't promoting too many elements.  If so, nothing
430     // to do.
431     if (ToPromote.find(Operands) == ToPromote.end()) {
432       if (maxElements > 0 && ToPromote.size() == maxElements) {
433         DEBUG(dbgs() << "argpromotion not promoting argument '"
434               << Arg->getName() << "' because it would require adding more "
435               << "than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
436         // We limit aggregate promotion to only promoting up to a fixed number
437         // of elements of the aggregate.
438         return false;
439       }
440       ToPromote.insert(Operands);
441     }
442   }
443
444   if (Loads.empty()) return true;  // No users, this is a dead argument.
445
446   // Okay, now we know that the argument is only used by load instructions and
447   // it is safe to unconditionally perform all of them. Use alias analysis to
448   // check to see if the pointer is guaranteed to not be modified from entry of
449   // the function to each of the load instructions.
450
451   // Because there could be several/many load instructions, remember which
452   // blocks we know to be transparent to the load.
453   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> TranspBlocks;
454
455   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
456
457   for (unsigned i = 0, e = Loads.size(); i != e; ++i) {
458     // Check to see if the load is invalidated from the start of the block to
459     // the load itself.
460     LoadInst *Load = Loads[i];
461     BasicBlock *BB = Load->getParent();
462
463     AliasAnalysis::Location Loc = AA.getLocation(Load);
464     if (AA.canInstructionRangeModify(BB->front(), *Load, Loc))
465       return false;  // Pointer is invalidated!
466
467     // Now check every path from the entry block to the load for transparency.
468     // To do this, we perform a depth first search on the inverse CFG from the
469     // loading block.
470     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
471       BasicBlock *P = *PI;
472       for (idf_ext_iterator<BasicBlock*, SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> >
473              I = idf_ext_begin(P, TranspBlocks),
474              E = idf_ext_end(P, TranspBlocks); I != E; ++I)
475         if (AA.canBasicBlockModify(**I, Loc))
476           return false;
477     }
478   }
479
480   // If the path from the entry of the function to each load is free of
481   // instructions that potentially invalidate the load, we can make the
482   // transformation!
483   return true;
484 }
485
486 /// DoPromotion - This method actually performs the promotion of the specified
487 /// arguments, and returns the new function.  At this point, we know that it's
488 /// safe to do so.
489 CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
490                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
491                               SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform) {
492
493   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
494   // the old function, but has modified arguments.
495   FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
496   std::vector<Type*> Params;
497
498   typedef std::set<IndicesVector> ScalarizeTable;
499
500   // ScalarizedElements - If we are promoting a pointer that has elements
501   // accessed out of it, keep track of which elements are accessed so that we
502   // can add one argument for each.
503   //
504   // Arguments that are directly loaded will have a zero element value here, to
505   // handle cases where there are both a direct load and GEP accesses.
506   //
507   std::map<Argument*, ScalarizeTable> ScalarizedElements;
508
509   // OriginalLoads - Keep track of a representative load instruction from the
510   // original function so that we can tell the alias analysis implementation
511   // what the new GEP/Load instructions we are inserting look like.
512   // We need to keep the original loads for each argument and the elements
513   // of the argument that are accessed.
514   std::map<std::pair<Argument*, IndicesVector>, LoadInst*> OriginalLoads;
515
516   // Attribute - Keep track of the parameter attributes for the arguments
517   // that we are *not* promoting. For the ones that we do promote, the parameter
518   // attributes are lost
519   SmallVector<AttributeSet, 8> AttributesVec;
520   const AttributeSet &PAL = F->getAttributes();
521
522   // Add any return attributes.
523   if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
524     AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(F->getContext(),
525                                               PAL.getRetAttributes()));
526
527   // First, determine the new argument list
528   unsigned ArgIndex = 1;
529   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E;
530        ++I, ++ArgIndex) {
531     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
532       // Simple byval argument? Just add all the struct element types.
533       Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
534       StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
535       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
536         Params.push_back(STy->getElementType(i));
537       ++NumByValArgsPromoted;
538     } else if (!ArgsToPromote.count(I)) {
539       // Unchanged argument
540       Params.push_back(I->getType());
541       AttributeSet attrs = PAL.getParamAttributes(ArgIndex);
542       if (attrs.hasAttributes(ArgIndex)) {
543         AttrBuilder B(attrs, ArgIndex);
544         AttributesVec.
545           push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Params.size(), B));
546       }
547     } else if (I->use_empty()) {
548       // Dead argument (which are always marked as promotable)
549       ++NumArgumentsDead;
550     } else {
551       // Okay, this is being promoted. This means that the only uses are loads
552       // or GEPs which are only used by loads
553
554       // In this table, we will track which indices are loaded from the argument
555       // (where direct loads are tracked as no indices).
556       ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
557       for (User *U : I->users()) {
558         Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
559         assert(isa<LoadInst>(UI) || isa<GetElementPtrInst>(UI));
560         IndicesVector Indices;
561         Indices.reserve(UI->getNumOperands() - 1);
562         // Since loads will only have a single operand, and GEPs only a single
563         // non-index operand, this will record direct loads without any indices,
564         // and gep+loads with the GEP indices.
565         for (User::op_iterator II = UI->op_begin() + 1, IE = UI->op_end();
566              II != IE; ++II)
567           Indices.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
568         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
569         if (Indices.size() == 1 && Indices.front() == 0)
570           Indices.clear();
571         ArgIndices.insert(Indices);
572         LoadInst *OrigLoad;
573         if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(UI))
574           OrigLoad = L;
575         else
576           // Take any load, we will use it only to update Alias Analysis
577           OrigLoad = cast<LoadInst>(UI->user_back());
578         OriginalLoads[std::make_pair(I, Indices)] = OrigLoad;
579       }
580
581       // Add a parameter to the function for each element passed in.
582       for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
583              E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
584         // not allowed to dereference ->begin() if size() is 0
585         Params.push_back(GetElementPtrInst::getIndexedType(I->getType(), *SI));
586         assert(Params.back());
587       }
588
589       if (ArgIndices.size() == 1 && ArgIndices.begin()->empty())
590         ++NumArgumentsPromoted;
591       else
592         ++NumAggregatesPromoted;
593     }
594   }
595
596   // Add any function attributes.
597   if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
598     AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(FTy->getContext(),
599                                               PAL.getFnAttributes()));
600
601   Type *RetTy = FTy->getReturnType();
602
603   // Construct the new function type using the new arguments.
604   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(RetTy, Params, FTy->isVarArg());
605
606   // Create the new function body and insert it into the module.
607   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage(), F->getName());
608   NF->copyAttributesFrom(F);
609
610   // Patch the pointer to LLVM function in debug info descriptor.
611   auto DI = FunctionDIs.find(F);
612   if (DI != FunctionDIs.end())
613     DI->second.replaceFunction(NF);
614   
615   DEBUG(dbgs() << "ARG PROMOTION:  Promoting to:" << *NF << "\n"
616         << "From: " << *F);
617   
618   // Recompute the parameter attributes list based on the new arguments for
619   // the function.
620   NF->setAttributes(AttributeSet::get(F->getContext(), AttributesVec));
621   AttributesVec.clear();
622
623   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
624   NF->takeName(F);
625
626   // Get the alias analysis information that we need to update to reflect our
627   // changes.
628   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
629
630   // Get the callgraph information that we need to update to reflect our
631   // changes.
632   CallGraph &CG = getAnalysis<CallGraphWrapperPass>().getCallGraph();
633
634   // Get a new callgraph node for NF.
635   CallGraphNode *NF_CGN = CG.getOrInsertFunction(NF);
636
637   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
638   // to pass in the loaded pointers.
639   //
640   SmallVector<Value*, 16> Args;
641   while (!F->use_empty()) {
642     CallSite CS(F->user_back());
643     assert(CS.getCalledFunction() == F);
644     Instruction *Call = CS.getInstruction();
645     const AttributeSet &CallPAL = CS.getAttributes();
646
647     // Add any return attributes.
648     if (CallPAL.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
649       AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(F->getContext(),
650                                                 CallPAL.getRetAttributes()));
651
652     // Loop over the operands, inserting GEP and loads in the caller as
653     // appropriate.
654     CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
655     ArgIndex = 1;
656     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
657          I != E; ++I, ++AI, ++ArgIndex)
658       if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
659         Args.push_back(*AI);          // Unmodified argument
660
661         if (CallPAL.hasAttributes(ArgIndex)) {
662           AttrBuilder B(CallPAL, ArgIndex);
663           AttributesVec.
664             push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Args.size(), B));
665         }
666       } else if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
667         // Emit a GEP and load for each element of the struct.
668         Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
669         StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
670         Value *Idxs[2] = {
671               ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), nullptr };
672         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
673           Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
674           Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(*AI, Idxs,
675                                                  (*AI)->getName()+"."+utostr(i),
676                                                  Call);
677           // TODO: Tell AA about the new values?
678           Args.push_back(new LoadInst(Idx, Idx->getName()+".val", Call));
679         }
680       } else if (!I->use_empty()) {
681         // Non-dead argument: insert GEPs and loads as appropriate.
682         ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
683         // Store the Value* version of the indices in here, but declare it now
684         // for reuse.
685         std::vector<Value*> Ops;
686         for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
687                E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
688           Value *V = *AI;
689           LoadInst *OrigLoad = OriginalLoads[std::make_pair(I, *SI)];
690           if (!SI->empty()) {
691             Ops.reserve(SI->size());
692             Type *ElTy = V->getType();
693             for (IndicesVector::const_iterator II = SI->begin(),
694                  IE = SI->end(); II != IE; ++II) {
695               // Use i32 to index structs, and i64 for others (pointers/arrays).
696               // This satisfies GEP constraints.
697               Type *IdxTy = (ElTy->isStructTy() ?
698                     Type::getInt32Ty(F->getContext()) : 
699                     Type::getInt64Ty(F->getContext()));
700               Ops.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, *II));
701               // Keep track of the type we're currently indexing.
702               ElTy = cast<CompositeType>(ElTy)->getTypeAtIndex(*II);
703             }
704             // And create a GEP to extract those indices.
705             V = GetElementPtrInst::Create(V, Ops, V->getName()+".idx", Call);
706             Ops.clear();
707             AA.copyValue(OrigLoad->getOperand(0), V);
708           }
709           // Since we're replacing a load make sure we take the alignment
710           // of the previous load.
711           LoadInst *newLoad = new LoadInst(V, V->getName()+".val", Call);
712           newLoad->setAlignment(OrigLoad->getAlignment());
713           // Transfer the TBAA info too.
714           newLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa,
715                                OrigLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa));
716           Args.push_back(newLoad);
717           AA.copyValue(OrigLoad, Args.back());
718         }
719       }
720
721     // Push any varargs arguments on the list.
722     for (; AI != CS.arg_end(); ++AI, ++ArgIndex) {
723       Args.push_back(*AI);
724       if (CallPAL.hasAttributes(ArgIndex)) {
725         AttrBuilder B(CallPAL, ArgIndex);
726         AttributesVec.
727           push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Args.size(), B));
728       }
729     }
730
731     // Add any function attributes.
732     if (CallPAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
733       AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(Call->getContext(),
734                                                 CallPAL.getFnAttributes()));
735
736     Instruction *New;
737     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
738       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
739                                Args, "", Call);
740       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
741       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(AttributeSet::get(II->getContext(),
742                                                             AttributesVec));
743     } else {
744       New = CallInst::Create(NF, Args, "", Call);
745       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
746       cast<CallInst>(New)->setAttributes(AttributeSet::get(New->getContext(),
747                                                           AttributesVec));
748       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
749         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
750     }
751     New->setDebugLoc(Call->getDebugLoc());
752     Args.clear();
753     AttributesVec.clear();
754
755     // Update the alias analysis implementation to know that we are replacing
756     // the old call with a new one.
757     AA.replaceWithNewValue(Call, New);
758
759     // Update the callgraph to know that the callsite has been transformed.
760     CallGraphNode *CalleeNode = CG[Call->getParent()->getParent()];
761     CalleeNode->replaceCallEdge(Call, New, NF_CGN);
762
763     if (!Call->use_empty()) {
764       Call->replaceAllUsesWith(New);
765       New->takeName(Call);
766     }
767
768     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
769     // F.
770     Call->eraseFromParent();
771   }
772
773   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
774   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
775   // function empty.
776   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
777
778   // Loop over the argument list, transferring uses of the old arguments over to
779   // the new arguments, also transferring over the names as well.
780   //
781   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
782        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I) {
783     if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
784       // If this is an unmodified argument, move the name and users over to the
785       // new version.
786       I->replaceAllUsesWith(I2);
787       I2->takeName(I);
788       AA.replaceWithNewValue(I, I2);
789       ++I2;
790       continue;
791     }
792
793     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
794       // In the callee, we create an alloca, and store each of the new incoming
795       // arguments into the alloca.
796       Instruction *InsertPt = NF->begin()->begin();
797
798       // Just add all the struct element types.
799       Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
800       Value *TheAlloca = new AllocaInst(AgTy, nullptr, "", InsertPt);
801       StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
802       Value *Idxs[2] = {
803             ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), nullptr };
804
805       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
806         Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
807         Value *Idx = 
808           GetElementPtrInst::Create(TheAlloca, Idxs,
809                                     TheAlloca->getName()+"."+Twine(i), 
810                                     InsertPt);
811         I2->setName(I->getName()+"."+Twine(i));
812         new StoreInst(I2++, Idx, InsertPt);
813       }
814
815       // Anything that used the arg should now use the alloca.
816       I->replaceAllUsesWith(TheAlloca);
817       TheAlloca->takeName(I);
818       AA.replaceWithNewValue(I, TheAlloca);
819
820       // If the alloca is used in a call, we must clear the tail flag since
821       // the callee now uses an alloca from the caller.
822       for (User *U : TheAlloca->users()) {
823         CallInst *Call = dyn_cast<CallInst>(U);
824         if (!Call)
825           continue;
826         Call->setTailCall(false);
827       }
828       continue;
829     }
830
831     if (I->use_empty()) {
832       AA.deleteValue(I);
833       continue;
834     }
835
836     // Otherwise, if we promoted this argument, then all users are load
837     // instructions (or GEPs with only load users), and all loads should be
838     // using the new argument that we added.
839     ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
840
841     while (!I->use_empty()) {
842       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->user_back())) {
843         assert(ArgIndices.begin()->empty() &&
844                "Load element should sort to front!");
845         I2->setName(I->getName()+".val");
846         LI->replaceAllUsesWith(I2);
847         AA.replaceWithNewValue(LI, I2);
848         LI->eraseFromParent();
849         DEBUG(dbgs() << "*** Promoted load of argument '" << I->getName()
850               << "' in function '" << F->getName() << "'\n");
851       } else {
852         GetElementPtrInst *GEP = cast<GetElementPtrInst>(I->user_back());
853         IndicesVector Operands;
854         Operands.reserve(GEP->getNumIndices());
855         for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
856              II != IE; ++II)
857           Operands.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
858
859         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
860         if (Operands.size() == 1 && Operands.front() == 0)
861           Operands.clear();
862
863         Function::arg_iterator TheArg = I2;
864         for (ScalarizeTable::iterator It = ArgIndices.begin();
865              *It != Operands; ++It, ++TheArg) {
866           assert(It != ArgIndices.end() && "GEP not handled??");
867         }
868
869         std::string NewName = I->getName();
870         for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i) {
871             NewName += "." + utostr(Operands[i]);
872         }
873         NewName += ".val";
874         TheArg->setName(NewName);
875
876         DEBUG(dbgs() << "*** Promoted agg argument '" << TheArg->getName()
877               << "' of function '" << NF->getName() << "'\n");
878
879         // All of the uses must be load instructions.  Replace them all with
880         // the argument specified by ArgNo.
881         while (!GEP->use_empty()) {
882           LoadInst *L = cast<LoadInst>(GEP->user_back());
883           L->replaceAllUsesWith(TheArg);
884           AA.replaceWithNewValue(L, TheArg);
885           L->eraseFromParent();
886         }
887         AA.deleteValue(GEP);
888         GEP->eraseFromParent();
889       }
890     }
891
892     // Increment I2 past all of the arguments added for this promoted pointer.
893     std::advance(I2, ArgIndices.size());
894   }
895
896   // Tell the alias analysis that the old function is about to disappear.
897   AA.replaceWithNewValue(F, NF);
898
899   
900   NF_CGN->stealCalledFunctionsFrom(CG[F]);
901   
902   // Now that the old function is dead, delete it.  If there is a dangling
903   // reference to the CallgraphNode, just leave the dead function around for
904   // someone else to nuke.
905   CallGraphNode *CGN = CG[F];
906   if (CGN->getNumReferences() == 0)
907     delete CG.removeFunctionFromModule(CGN);
908   else
909     F->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
910   
911   return NF_CGN;
912 }
913
914 bool ArgPromotion::doInitialization(CallGraph &CG) {
915   FunctionDIs = makeSubprogramMap(CG.getModule());
916   return CallGraphSCCPass::doInitialization(CG);
917 }