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