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