TBAA-enable ArgumentPromotion.
[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 /// IsAlwaysValidPointer - Return true if the specified pointer is always legal
192 /// to load.
193 static bool IsAlwaysValidPointer(Value *V) {
194   if (isa<AllocaInst>(V) || isa<GlobalVariable>(V)) return true;
195   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V))
196     return IsAlwaysValidPointer(GEP->getOperand(0));
197   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
198     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
199       return IsAlwaysValidPointer(CE->getOperand(0));
200
201   return false;
202 }
203
204 /// AllCalleesPassInValidPointerForArgument - Return true if we can prove that
205 /// all callees pass in a valid pointer for the specified function argument.
206 static bool AllCalleesPassInValidPointerForArgument(Argument *Arg) {
207   Function *Callee = Arg->getParent();
208
209   unsigned ArgNo = std::distance(Callee->arg_begin(),
210                                  Function::arg_iterator(Arg));
211
212   // Look at all call sites of the function.  At this pointer we know we only
213   // have direct callees.
214   for (Value::use_iterator UI = Callee->use_begin(), E = Callee->use_end();
215        UI != E; ++UI) {
216     CallSite CS(*UI);
217     assert(CS && "Should only have direct calls!");
218
219     if (!IsAlwaysValidPointer(CS.getArgument(ArgNo)))
220       return false;
221   }
222   return true;
223 }
224
225 /// Returns true if Prefix is a prefix of longer. That means, Longer has a size
226 /// that is greater than or equal to the size of prefix, and each of the
227 /// elements in Prefix is the same as the corresponding elements in Longer.
228 ///
229 /// This means it also returns true when Prefix and Longer are equal!
230 static bool IsPrefix(const ArgPromotion::IndicesVector &Prefix,
231                      const ArgPromotion::IndicesVector &Longer) {
232   if (Prefix.size() > Longer.size())
233     return false;
234   for (unsigned i = 0, e = Prefix.size(); i != e; ++i)
235     if (Prefix[i] != Longer[i])
236       return false;
237   return true;
238 }
239
240
241 /// Checks if Indices, or a prefix of Indices, is in Set.
242 static bool PrefixIn(const ArgPromotion::IndicesVector &Indices,
243                      std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Set) {
244     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
245     Low = Set.upper_bound(Indices);
246     if (Low != Set.begin())
247       Low--;
248     // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This means
249     // it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if such
250     // prefix exists.
251     //
252     // This load is safe if any prefix of its operands is safe to load.
253     return Low != Set.end() && IsPrefix(*Low, Indices);
254 }
255
256 /// Mark the given indices (ToMark) as safe in the given set of indices
257 /// (Safe). Marking safe usually means adding ToMark to Safe. However, if there
258 /// is already a prefix of Indices in Safe, Indices are implicitely marked safe
259 /// already. Furthermore, any indices that Indices is itself a prefix of, are
260 /// removed from Safe (since they are implicitely safe because of Indices now).
261 static void MarkIndicesSafe(const ArgPromotion::IndicesVector &ToMark,
262                             std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Safe) {
263   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
264   Low = Safe.upper_bound(ToMark);
265   // Guard against the case where Safe is empty
266   if (Low != Safe.begin())
267     Low--;
268   // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This
269   // means it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if
270   // such prefix exists.
271   if (Low != Safe.end()) {
272     if (IsPrefix(*Low, ToMark))
273       // If there is already a prefix of these indices (or exactly these
274       // indices) marked a safe, don't bother adding these indices
275       return;
276
277     // Increment Low, so we can use it as a "insert before" hint
278     ++Low;
279   }
280   // Insert
281   Low = Safe.insert(Low, ToMark);
282   ++Low;
283   // If there we're a prefix of longer index list(s), remove those
284   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator End = Safe.end();
285   while (Low != End && IsPrefix(ToMark, *Low)) {
286     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Remove = Low;
287     ++Low;
288     Safe.erase(Remove);
289   }
290 }
291
292 /// isSafeToPromoteArgument - As you might guess from the name of this method,
293 /// it checks to see if it is both safe and useful to promote the argument.
294 /// This method limits promotion of aggregates to only promote up to three
295 /// elements of the aggregate in order to avoid exploding the number of
296 /// arguments passed in.
297 bool ArgPromotion::isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const {
298   typedef std::set<IndicesVector> GEPIndicesSet;
299
300   // Quick exit for unused arguments
301   if (Arg->use_empty())
302     return true;
303
304   // We can only promote this argument if all of the uses are loads, or are GEP
305   // instructions (with constant indices) that are subsequently loaded.
306   //
307   // Promoting the argument causes it to be loaded in the caller
308   // unconditionally. This is only safe if we can prove that either the load
309   // would have happened in the callee anyway (ie, there is a load in the entry
310   // block) or the pointer passed in at every call site is guaranteed to be
311   // valid.
312   // In the former case, invalid loads can happen, but would have happened
313   // anyway, in the latter case, invalid loads won't happen. This prevents us
314   // from introducing an invalid load that wouldn't have happened in the
315   // original code.
316   //
317   // This set will contain all sets of indices that are loaded in the entry
318   // block, and thus are safe to unconditionally load in the caller.
319   GEPIndicesSet SafeToUnconditionallyLoad;
320
321   // This set contains all the sets of indices that we are planning to promote.
322   // This makes it possible to limit the number of arguments added.
323   GEPIndicesSet ToPromote;
324
325   // If the pointer is always valid, any load with first index 0 is valid.
326   if (isByVal || AllCalleesPassInValidPointerForArgument(Arg))
327     SafeToUnconditionallyLoad.insert(IndicesVector(1, 0));
328
329   // First, iterate the entry block and mark loads of (geps of) arguments as
330   // safe.
331   BasicBlock *EntryBlock = Arg->getParent()->begin();
332   // Declare this here so we can reuse it
333   IndicesVector Indices;
334   for (BasicBlock::iterator I = EntryBlock->begin(), E = EntryBlock->end();
335        I != E; ++I)
336     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
337       Value *V = LI->getPointerOperand();
338       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
339         V = GEP->getPointerOperand();
340         if (V == Arg) {
341           // This load actually loads (part of) Arg? Check the indices then.
342           Indices.reserve(GEP->getNumIndices());
343           for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
344                II != IE; ++II)
345             if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*II))
346               Indices.push_back(CI->getSExtValue());
347             else
348               // We found a non-constant GEP index for this argument? Bail out
349               // right away, can't promote this argument at all.
350               return false;
351
352           // Indices checked out, mark them as safe
353           MarkIndicesSafe(Indices, SafeToUnconditionallyLoad);
354           Indices.clear();
355         }
356       } else if (V == Arg) {
357         // Direct loads are equivalent to a GEP with a single 0 index.
358         MarkIndicesSafe(IndicesVector(1, 0), SafeToUnconditionallyLoad);
359       }
360     }
361
362   // Now, iterate all uses of the argument to see if there are any uses that are
363   // not (GEP+)loads, or any (GEP+)loads that are not safe to promote.
364   SmallVector<LoadInst*, 16> Loads;
365   IndicesVector Operands;
366   for (Value::use_iterator UI = Arg->use_begin(), E = Arg->use_end();
367        UI != E; ++UI) {
368     User *U = *UI;
369     Operands.clear();
370     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
371       if (LI->isVolatile()) return false;  // Don't hack volatile loads
372       Loads.push_back(LI);
373       // Direct loads are equivalent to a GEP with a zero index and then a load.
374       Operands.push_back(0);
375     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
376       if (GEP->use_empty()) {
377         // Dead GEP's cause trouble later.  Just remove them if we run into
378         // them.
379         getAnalysis<AliasAnalysis>().deleteValue(GEP);
380         GEP->eraseFromParent();
381         // TODO: This runs the above loop over and over again for dead GEPs
382         // Couldn't we just do increment the UI iterator earlier and erase the
383         // use?
384         return isSafeToPromoteArgument(Arg, isByVal);
385       }
386
387       // Ensure that all of the indices are constants.
388       for (User::op_iterator i = GEP->idx_begin(), e = GEP->idx_end();
389         i != e; ++i)
390         if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(*i))
391           Operands.push_back(C->getSExtValue());
392         else
393           return false;  // Not a constant operand GEP!
394
395       // Ensure that the only users of the GEP are load instructions.
396       for (Value::use_iterator UI = GEP->use_begin(), E = GEP->use_end();
397            UI != E; ++UI)
398         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
399           if (LI->isVolatile()) return false;  // Don't hack volatile loads
400           Loads.push_back(LI);
401         } else {
402           // Other uses than load?
403           return false;
404         }
405     } else {
406       return false;  // Not a load or a GEP.
407     }
408
409     // Now, see if it is safe to promote this load / loads of this GEP. Loading
410     // is safe if Operands, or a prefix of Operands, is marked as safe.
411     if (!PrefixIn(Operands, SafeToUnconditionallyLoad))
412       return false;
413
414     // See if we are already promoting a load with these indices. If not, check
415     // to make sure that we aren't promoting too many elements.  If so, nothing
416     // to do.
417     if (ToPromote.find(Operands) == ToPromote.end()) {
418       if (maxElements > 0 && ToPromote.size() == maxElements) {
419         DEBUG(dbgs() << "argpromotion not promoting argument '"
420               << Arg->getName() << "' because it would require adding more "
421               << "than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
422         // We limit aggregate promotion to only promoting up to a fixed number
423         // of elements of the aggregate.
424         return false;
425       }
426       ToPromote.insert(Operands);
427     }
428   }
429
430   if (Loads.empty()) return true;  // No users, this is a dead argument.
431
432   // Okay, now we know that the argument is only used by load instructions and
433   // it is safe to unconditionally perform all of them. Use alias analysis to
434   // check to see if the pointer is guaranteed to not be modified from entry of
435   // the function to each of the load instructions.
436
437   // Because there could be several/many load instructions, remember which
438   // blocks we know to be transparent to the load.
439   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> TranspBlocks;
440
441   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
442
443   for (unsigned i = 0, e = Loads.size(); i != e; ++i) {
444     // Check to see if the load is invalidated from the start of the block to
445     // the load itself.
446     LoadInst *Load = Loads[i];
447     BasicBlock *BB = Load->getParent();
448
449     AliasAnalysis::Location Loc(Load->getPointerOperand(),
450                                 AA.getTypeStoreSize(Load->getType()),
451                                 Load->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa));
452
453     if (AA.canInstructionRangeModify(BB->front(), *Load, Loc))
454       return false;  // Pointer is invalidated!
455
456     // Now check every path from the entry block to the load for transparency.
457     // To do this, we perform a depth first search on the inverse CFG from the
458     // loading block.
459     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
460       BasicBlock *P = *PI;
461       for (idf_ext_iterator<BasicBlock*, SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> >
462              I = idf_ext_begin(P, TranspBlocks),
463              E = idf_ext_end(P, TranspBlocks); I != E; ++I)
464         if (AA.canBasicBlockModify(**I, Loc))
465           return false;
466     }
467   }
468
469   // If the path from the entry of the function to each load is free of
470   // instructions that potentially invalidate the load, we can make the
471   // transformation!
472   return true;
473 }
474
475 /// DoPromotion - This method actually performs the promotion of the specified
476 /// arguments, and returns the new function.  At this point, we know that it's
477 /// safe to do so.
478 CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
479                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
480                               SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform) {
481
482   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
483   // the old function, but has modified arguments.
484   const FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
485   std::vector<const Type*> Params;
486
487   typedef std::set<IndicesVector> ScalarizeTable;
488
489   // ScalarizedElements - If we are promoting a pointer that has elements
490   // accessed out of it, keep track of which elements are accessed so that we
491   // can add one argument for each.
492   //
493   // Arguments that are directly loaded will have a zero element value here, to
494   // handle cases where there are both a direct load and GEP accesses.
495   //
496   std::map<Argument*, ScalarizeTable> ScalarizedElements;
497
498   // OriginalLoads - Keep track of a representative load instruction from the
499   // original function so that we can tell the alias analysis implementation
500   // what the new GEP/Load instructions we are inserting look like.
501   std::map<IndicesVector, LoadInst*> OriginalLoads;
502
503   // Attributes - Keep track of the parameter attributes for the arguments
504   // that we are *not* promoting. For the ones that we do promote, the parameter
505   // attributes are lost
506   SmallVector<AttributeWithIndex, 8> AttributesVec;
507   const AttrListPtr &PAL = F->getAttributes();
508
509   // Add any return attributes.
510   if (Attributes attrs = PAL.getRetAttributes())
511     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, attrs));
512
513   // First, determine the new argument list
514   unsigned ArgIndex = 1;
515   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E;
516        ++I, ++ArgIndex) {
517     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
518       // Simple byval argument? Just add all the struct element types.
519       const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
520       const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
521       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
522         Params.push_back(STy->getElementType(i));
523       ++NumByValArgsPromoted;
524     } else if (!ArgsToPromote.count(I)) {
525       // Unchanged argument
526       Params.push_back(I->getType());
527       if (Attributes attrs = PAL.getParamAttributes(ArgIndex))
528         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Params.size(), attrs));
529     } else if (I->use_empty()) {
530       // Dead argument (which are always marked as promotable)
531       ++NumArgumentsDead;
532     } else {
533       // Okay, this is being promoted. This means that the only uses are loads
534       // or GEPs which are only used by loads
535
536       // In this table, we will track which indices are loaded from the argument
537       // (where direct loads are tracked as no indices).
538       ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
539       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
540            ++UI) {
541         Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
542         assert(isa<LoadInst>(User) || isa<GetElementPtrInst>(User));
543         IndicesVector Indices;
544         Indices.reserve(User->getNumOperands() - 1);
545         // Since loads will only have a single operand, and GEPs only a single
546         // non-index operand, this will record direct loads without any indices,
547         // and gep+loads with the GEP indices.
548         for (User::op_iterator II = User->op_begin() + 1, IE = User->op_end();
549              II != IE; ++II)
550           Indices.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
551         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
552         if (Indices.size() == 1 && Indices.front() == 0)
553           Indices.clear();
554         ArgIndices.insert(Indices);
555         LoadInst *OrigLoad;
556         if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(User))
557           OrigLoad = L;
558         else
559           // Take any load, we will use it only to update Alias Analysis
560           OrigLoad = cast<LoadInst>(User->use_back());
561         OriginalLoads[Indices] = OrigLoad;
562       }
563
564       // Add a parameter to the function for each element passed in.
565       for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
566              E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
567         // not allowed to dereference ->begin() if size() is 0
568         Params.push_back(GetElementPtrInst::getIndexedType(I->getType(),
569                                                            SI->begin(),
570                                                            SI->end()));
571         assert(Params.back());
572       }
573
574       if (ArgIndices.size() == 1 && ArgIndices.begin()->empty())
575         ++NumArgumentsPromoted;
576       else
577         ++NumAggregatesPromoted;
578     }
579   }
580
581   // Add any function attributes.
582   if (Attributes attrs = PAL.getFnAttributes())
583     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, attrs));
584
585   const Type *RetTy = FTy->getReturnType();
586
587   // Work around LLVM bug PR56: the CWriter cannot emit varargs functions which
588   // have zero fixed arguments.
589   bool ExtraArgHack = false;
590   if (Params.empty() && FTy->isVarArg()) {
591     ExtraArgHack = true;
592     Params.push_back(Type::getInt32Ty(F->getContext()));
593   }
594
595   // Construct the new function type using the new arguments.
596   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(RetTy, Params, FTy->isVarArg());
597
598   // Create the new function body and insert it into the module.
599   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage(), F->getName());
600   NF->copyAttributesFrom(F);
601
602   
603   DEBUG(dbgs() << "ARG PROMOTION:  Promoting to:" << *NF << "\n"
604         << "From: " << *F);
605   
606   // Recompute the parameter attributes list based on the new arguments for
607   // the function.
608   NF->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
609                                      AttributesVec.end()));
610   AttributesVec.clear();
611
612   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
613   NF->takeName(F);
614
615   // Get the alias analysis information that we need to update to reflect our
616   // changes.
617   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
618
619   // Get the callgraph information that we need to update to reflect our
620   // changes.
621   CallGraph &CG = getAnalysis<CallGraph>();
622   
623   // Get a new callgraph node for NF.
624   CallGraphNode *NF_CGN = CG.getOrInsertFunction(NF);
625
626   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
627   // to pass in the loaded pointers.
628   //
629   SmallVector<Value*, 16> Args;
630   while (!F->use_empty()) {
631     CallSite CS(F->use_back());
632     assert(CS.getCalledFunction() == F);
633     Instruction *Call = CS.getInstruction();
634     const AttrListPtr &CallPAL = CS.getAttributes();
635
636     // Add any return attributes.
637     if (Attributes attrs = CallPAL.getRetAttributes())
638       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, attrs));
639
640     // Loop over the operands, inserting GEP and loads in the caller as
641     // appropriate.
642     CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
643     ArgIndex = 1;
644     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
645          I != E; ++I, ++AI, ++ArgIndex)
646       if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
647         Args.push_back(*AI);          // Unmodified argument
648
649         if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(ArgIndex))
650           AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
651
652       } else if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
653         // Emit a GEP and load for each element of the struct.
654         const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
655         const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
656         Value *Idxs[2] = {
657               ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), 0 };
658         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
659           Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
660           Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(*AI, Idxs, Idxs+2,
661                                                  (*AI)->getName()+"."+utostr(i),
662                                                  Call);
663           // TODO: Tell AA about the new values?
664           Args.push_back(new LoadInst(Idx, Idx->getName()+".val", Call));
665         }
666       } else if (!I->use_empty()) {
667         // Non-dead argument: insert GEPs and loads as appropriate.
668         ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
669         // Store the Value* version of the indices in here, but declare it now
670         // for reuse.
671         std::vector<Value*> Ops;
672         for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
673                E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
674           Value *V = *AI;
675           LoadInst *OrigLoad = OriginalLoads[*SI];
676           if (!SI->empty()) {
677             Ops.reserve(SI->size());
678             const Type *ElTy = V->getType();
679             for (IndicesVector::const_iterator II = SI->begin(),
680                  IE = SI->end(); II != IE; ++II) {
681               // Use i32 to index structs, and i64 for others (pointers/arrays).
682               // This satisfies GEP constraints.
683               const Type *IdxTy = (ElTy->isStructTy() ?
684                     Type::getInt32Ty(F->getContext()) : 
685                     Type::getInt64Ty(F->getContext()));
686               Ops.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, *II));
687               // Keep track of the type we're currently indexing.
688               ElTy = cast<CompositeType>(ElTy)->getTypeAtIndex(*II);
689             }
690             // And create a GEP to extract those indices.
691             V = GetElementPtrInst::Create(V, Ops.begin(), Ops.end(),
692                                           V->getName()+".idx", Call);
693             Ops.clear();
694             AA.copyValue(OrigLoad->getOperand(0), V);
695           }
696           // Since we're replacing a load make sure we take the alignment
697           // of the previous load.
698           LoadInst *newLoad = new LoadInst(V, V->getName()+".val", Call);
699           newLoad->setAlignment(OrigLoad->getAlignment());
700           // Transfer the TBAA info too.
701           newLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa,
702                                OrigLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa));
703           Args.push_back(newLoad);
704           AA.copyValue(OrigLoad, Args.back());
705         }
706       }
707
708     if (ExtraArgHack)
709       Args.push_back(Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(F->getContext())));
710
711     // Push any varargs arguments on the list.
712     for (; AI != CS.arg_end(); ++AI, ++ArgIndex) {
713       Args.push_back(*AI);
714       if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(ArgIndex))
715         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
716     }
717
718     // Add any function attributes.
719     if (Attributes attrs = CallPAL.getFnAttributes())
720       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, attrs));
721
722     Instruction *New;
723     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
724       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
725                                Args.begin(), Args.end(), "", Call);
726       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
727       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
728                                                           AttributesVec.end()));
729     } else {
730       New = CallInst::Create(NF, Args.begin(), Args.end(), "", Call);
731       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
732       cast<CallInst>(New)->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
733                                                         AttributesVec.end()));
734       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
735         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
736     }
737     Args.clear();
738     AttributesVec.clear();
739
740     // Update the alias analysis implementation to know that we are replacing
741     // the old call with a new one.
742     AA.replaceWithNewValue(Call, New);
743
744     // Update the callgraph to know that the callsite has been transformed.
745     CallGraphNode *CalleeNode = CG[Call->getParent()->getParent()];
746     CalleeNode->replaceCallEdge(Call, New, NF_CGN);
747
748     if (!Call->use_empty()) {
749       Call->replaceAllUsesWith(New);
750       New->takeName(Call);
751     }
752
753     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
754     // F.
755     Call->eraseFromParent();
756   }
757
758   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
759   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
760   // function empty.
761   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
762
763   // Loop over the argument list, transfering uses of the old arguments over to
764   // the new arguments, also transfering over the names as well.
765   //
766   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
767        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I) {
768     if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
769       // If this is an unmodified argument, move the name and users over to the
770       // new version.
771       I->replaceAllUsesWith(I2);
772       I2->takeName(I);
773       AA.replaceWithNewValue(I, I2);
774       ++I2;
775       continue;
776     }
777
778     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
779       // In the callee, we create an alloca, and store each of the new incoming
780       // arguments into the alloca.
781       Instruction *InsertPt = NF->begin()->begin();
782
783       // Just add all the struct element types.
784       const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
785       Value *TheAlloca = new AllocaInst(AgTy, 0, "", InsertPt);
786       const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
787       Value *Idxs[2] = {
788             ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), 0 };
789
790       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
791         Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
792         Value *Idx = 
793           GetElementPtrInst::Create(TheAlloca, Idxs, Idxs+2,
794                                     TheAlloca->getName()+"."+Twine(i), 
795                                     InsertPt);
796         I2->setName(I->getName()+"."+Twine(i));
797         new StoreInst(I2++, Idx, InsertPt);
798       }
799
800       // Anything that used the arg should now use the alloca.
801       I->replaceAllUsesWith(TheAlloca);
802       TheAlloca->takeName(I);
803       AA.replaceWithNewValue(I, TheAlloca);
804       continue;
805     }
806
807     if (I->use_empty()) {
808       AA.deleteValue(I);
809       continue;
810     }
811
812     // Otherwise, if we promoted this argument, then all users are load
813     // instructions (or GEPs with only load users), and all loads should be
814     // using the new argument that we added.
815     ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
816
817     while (!I->use_empty()) {
818       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->use_back())) {
819         assert(ArgIndices.begin()->empty() &&
820                "Load element should sort to front!");
821         I2->setName(I->getName()+".val");
822         LI->replaceAllUsesWith(I2);
823         AA.replaceWithNewValue(LI, I2);
824         LI->eraseFromParent();
825         DEBUG(dbgs() << "*** Promoted load of argument '" << I->getName()
826               << "' in function '" << F->getName() << "'\n");
827       } else {
828         GetElementPtrInst *GEP = cast<GetElementPtrInst>(I->use_back());
829         IndicesVector Operands;
830         Operands.reserve(GEP->getNumIndices());
831         for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
832              II != IE; ++II)
833           Operands.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
834
835         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
836         if (Operands.size() == 1 && Operands.front() == 0)
837           Operands.clear();
838
839         Function::arg_iterator TheArg = I2;
840         for (ScalarizeTable::iterator It = ArgIndices.begin();
841              *It != Operands; ++It, ++TheArg) {
842           assert(It != ArgIndices.end() && "GEP not handled??");
843         }
844
845         std::string NewName = I->getName();
846         for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i) {
847             NewName += "." + utostr(Operands[i]);
848         }
849         NewName += ".val";
850         TheArg->setName(NewName);
851
852         DEBUG(dbgs() << "*** Promoted agg argument '" << TheArg->getName()
853               << "' of function '" << NF->getName() << "'\n");
854
855         // All of the uses must be load instructions.  Replace them all with
856         // the argument specified by ArgNo.
857         while (!GEP->use_empty()) {
858           LoadInst *L = cast<LoadInst>(GEP->use_back());
859           L->replaceAllUsesWith(TheArg);
860           AA.replaceWithNewValue(L, TheArg);
861           L->eraseFromParent();
862         }
863         AA.deleteValue(GEP);
864         GEP->eraseFromParent();
865       }
866     }
867
868     // Increment I2 past all of the arguments added for this promoted pointer.
869     for (unsigned i = 0, e = ArgIndices.size(); i != e; ++i)
870       ++I2;
871   }
872
873   // Notify the alias analysis implementation that we inserted a new argument.
874   if (ExtraArgHack)
875     AA.copyValue(Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(F->getContext())), 
876                  NF->arg_begin());
877
878
879   // Tell the alias analysis that the old function is about to disappear.
880   AA.replaceWithNewValue(F, NF);
881
882   
883   NF_CGN->stealCalledFunctionsFrom(CG[F]);
884   
885   // Now that the old function is dead, delete it.  If there is a dangling
886   // reference to the CallgraphNode, just leave the dead function around for
887   // someone else to nuke.
888   CallGraphNode *CGN = CG[F];
889   if (CGN->getNumReferences() == 0)
890     delete CG.removeFunctionFromModule(CGN);
891   else
892     F->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
893   
894   return NF_CGN;
895 }