Implement and use new method Function::hasAddressTaken().
[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/Analysis/AliasAnalysis.h"
40 #include "llvm/Analysis/CallGraph.h"
41 #include "llvm/Target/TargetData.h"
42 #include "llvm/Support/CallSite.h"
43 #include "llvm/Support/CFG.h"
44 #include "llvm/Support/Debug.h"
45 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
46 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
47 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
48 #include "llvm/Support/Compiler.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 VISIBILITY_HIDDEN ArgPromotion : public CallGraphSCCPass {
61     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
62       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
63       AU.addRequired<TargetData>();
64       CallGraphSCCPass::getAnalysisUsage(AU);
65     }
66
67     virtual bool runOnSCC(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC);
68     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
69     explicit ArgPromotion(unsigned maxElements = 3)
70       : CallGraphSCCPass(&ID), maxElements(maxElements) {}
71
72     /// A vector used to hold the indices of a single GEP instruction
73     typedef std::vector<uint64_t> IndicesVector;
74
75   private:
76     bool PromoteArguments(CallGraphNode *CGN);
77     bool isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const;
78     Function *DoPromotion(Function *F,
79                           SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
80                           SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform);
81     /// The maximum number of elements to expand, or 0 for unlimited.
82     unsigned maxElements;
83   };
84 }
85
86 char ArgPromotion::ID = 0;
87 static RegisterPass<ArgPromotion>
88 X("argpromotion", "Promote 'by reference' arguments to scalars");
89
90 Pass *llvm::createArgumentPromotionPass(unsigned maxElements) {
91   return new ArgPromotion(maxElements);
92 }
93
94 bool ArgPromotion::runOnSCC(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC) {
95   bool Changed = false, LocalChange;
96
97   do {  // Iterate until we stop promoting from this SCC.
98     LocalChange = false;
99     // Attempt to promote arguments from all functions in this SCC.
100     for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i)
101       LocalChange |= PromoteArguments(SCC[i]);
102     Changed |= LocalChange;               // Remember that we changed something.
103   } while (LocalChange);
104
105   return Changed;
106 }
107
108 /// PromoteArguments - This method checks the specified function to see if there
109 /// are any promotable arguments and if it is safe to promote the function (for
110 /// example, all callers are direct).  If safe to promote some arguments, it
111 /// calls the DoPromotion method.
112 ///
113 bool ArgPromotion::PromoteArguments(CallGraphNode *CGN) {
114   Function *F = CGN->getFunction();
115
116   // Make sure that it is local to this module.
117   if (!F || !F->hasLocalLinkage()) return false;
118
119   // First check: see if there are any pointer arguments!  If not, quick exit.
120   SmallVector<std::pair<Argument*, unsigned>, 16> PointerArgs;
121   unsigned ArgNo = 0;
122   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
123        I != E; ++I, ++ArgNo)
124     if (isa<PointerType>(I->getType()))
125       PointerArgs.push_back(std::pair<Argument*, unsigned>(I, ArgNo));
126   if (PointerArgs.empty()) return false;
127
128   // Second check: make sure that all callers are direct callers.  We can't
129   // transform functions that have indirect callers.
130   if (F->hasAddressTaken())
131     return false;
132
133   // Check to see which arguments are promotable.  If an argument is promotable,
134   // add it to ArgsToPromote.
135   SmallPtrSet<Argument*, 8> ArgsToPromote;
136   SmallPtrSet<Argument*, 8> ByValArgsToTransform;
137   for (unsigned i = 0; i != PointerArgs.size(); ++i) {
138     bool isByVal = F->paramHasAttr(PointerArgs[i].second+1, Attribute::ByVal);
139
140     // If this is a byval argument, and if the aggregate type is small, just
141     // pass the elements, which is always safe.
142     Argument *PtrArg = PointerArgs[i].first;
143     if (isByVal) {
144       const Type *AgTy = cast<PointerType>(PtrArg->getType())->getElementType();
145       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(AgTy)) {
146         if (maxElements > 0 && STy->getNumElements() > maxElements) {
147           DOUT << "argpromotion disable promoting argument '"
148                << PtrArg->getName() << "' because it would require adding more "
149                << "than " << maxElements << " arguments to the function.\n";
150         } else {
151           // If all the elements are single-value types, we can promote it.
152           bool AllSimple = true;
153           for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
154             if (!STy->getElementType(i)->isSingleValueType()) {
155               AllSimple = false;
156               break;
157             }
158
159           // Safe to transform, don't even bother trying to "promote" it.
160           // Passing the elements as a scalar will allow scalarrepl to hack on
161           // the new alloca we introduce.
162           if (AllSimple) {
163             ByValArgsToTransform.insert(PtrArg);
164             continue;
165           }
166         }
167       }
168     }
169
170     // Otherwise, see if we can promote the pointer to its value.
171     if (isSafeToPromoteArgument(PtrArg, isByVal))
172       ArgsToPromote.insert(PtrArg);
173   }
174
175   // No promotable pointer arguments.
176   if (ArgsToPromote.empty() && ByValArgsToTransform.empty()) return false;
177
178   Function *NewF = DoPromotion(F, ArgsToPromote, ByValArgsToTransform);
179
180   // Update the call graph to know that the function has been transformed.
181   getAnalysis<CallGraph>().changeFunction(F, NewF);
182   return true;
183 }
184
185 /// IsAlwaysValidPointer - Return true if the specified pointer is always legal
186 /// to load.
187 static bool IsAlwaysValidPointer(Value *V) {
188   if (isa<AllocaInst>(V) || isa<GlobalVariable>(V)) return true;
189   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V))
190     return IsAlwaysValidPointer(GEP->getOperand(0));
191   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
192     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
193       return IsAlwaysValidPointer(CE->getOperand(0));
194
195   return false;
196 }
197
198 /// AllCalleesPassInValidPointerForArgument - Return true if we can prove that
199 /// all callees pass in a valid pointer for the specified function argument.
200 static bool AllCalleesPassInValidPointerForArgument(Argument *Arg) {
201   Function *Callee = Arg->getParent();
202
203   unsigned ArgNo = std::distance(Callee->arg_begin(),
204                                  Function::arg_iterator(Arg));
205
206   // Look at all call sites of the function.  At this pointer we know we only
207   // have direct callees.
208   for (Value::use_iterator UI = Callee->use_begin(), E = Callee->use_end();
209        UI != E; ++UI) {
210     CallSite CS = CallSite::get(*UI);
211     assert(CS.getInstruction() && "Should only have direct calls!");
212
213     if (!IsAlwaysValidPointer(CS.getArgument(ArgNo)))
214       return false;
215   }
216   return true;
217 }
218
219 /// Returns true if Prefix is a prefix of longer. That means, Longer has a size
220 /// that is greater than or equal to the size of prefix, and each of the
221 /// elements in Prefix is the same as the corresponding elements in Longer.
222 ///
223 /// This means it also returns true when Prefix and Longer are equal!
224 static bool IsPrefix(const ArgPromotion::IndicesVector &Prefix,
225                      const ArgPromotion::IndicesVector &Longer) {
226   if (Prefix.size() > Longer.size())
227     return false;
228   for (unsigned i = 0, e = Prefix.size(); i != e; ++i)
229     if (Prefix[i] != Longer[i])
230       return false;
231   return true;
232 }
233
234
235 /// Checks if Indices, or a prefix of Indices, is in Set.
236 static bool PrefixIn(const ArgPromotion::IndicesVector &Indices,
237                      std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Set) {
238     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
239     Low = Set.upper_bound(Indices);
240     if (Low != Set.begin())
241       Low--;
242     // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This means
243     // it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if such
244     // prefix exists.
245     //
246     // This load is safe if any prefix of its operands is safe to load.
247     return Low != Set.end() && IsPrefix(*Low, Indices);
248 }
249
250 /// Mark the given indices (ToMark) as safe in the the given set of indices
251 /// (Safe). Marking safe usually means adding ToMark to Safe. However, if there
252 /// is already a prefix of Indices in Safe, Indices are implicitely marked safe
253 /// already. Furthermore, any indices that Indices is itself a prefix of, are
254 /// removed from Safe (since they are implicitely safe because of Indices now).
255 static void MarkIndicesSafe(const ArgPromotion::IndicesVector &ToMark,
256                             std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Safe) {
257   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
258   Low = Safe.upper_bound(ToMark);
259   // Guard against the case where Safe is empty
260   if (Low != Safe.begin())
261     Low--;
262   // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This
263   // means it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if
264   // such prefix exists.
265   if (Low != Safe.end()) {
266     if (IsPrefix(*Low, ToMark))
267       // If there is already a prefix of these indices (or exactly these
268       // indices) marked a safe, don't bother adding these indices
269       return;
270
271     // Increment Low, so we can use it as a "insert before" hint
272     ++Low;
273   }
274   // Insert
275   Low = Safe.insert(Low, ToMark);
276   ++Low;
277   // If there we're a prefix of longer index list(s), remove those
278   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator End = Safe.end();
279   while (Low != End && IsPrefix(ToMark, *Low)) {
280     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Remove = Low;
281     ++Low;
282     Safe.erase(Remove);
283   }
284 }
285
286 /// isSafeToPromoteArgument - As you might guess from the name of this method,
287 /// it checks to see if it is both safe and useful to promote the argument.
288 /// This method limits promotion of aggregates to only promote up to three
289 /// elements of the aggregate in order to avoid exploding the number of
290 /// arguments passed in.
291 bool ArgPromotion::isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const {
292   typedef std::set<IndicesVector> GEPIndicesSet;
293
294   // Quick exit for unused arguments
295   if (Arg->use_empty())
296     return true;
297
298   // We can only promote this argument if all of the uses are loads, or are GEP
299   // instructions (with constant indices) that are subsequently loaded.
300   //
301   // Promoting the argument causes it to be loaded in the caller
302   // unconditionally. This is only safe if we can prove that either the load
303   // would have happened in the callee anyway (ie, there is a load in the entry
304   // block) or the pointer passed in at every call site is guaranteed to be
305   // valid.
306   // In the former case, invalid loads can happen, but would have happened
307   // anyway, in the latter case, invalid loads won't happen. This prevents us
308   // from introducing an invalid load that wouldn't have happened in the
309   // original code.
310   //
311   // This set will contain all sets of indices that are loaded in the entry
312   // block, and thus are safe to unconditionally load in the caller.
313   GEPIndicesSet SafeToUnconditionallyLoad;
314
315   // This set contains all the sets of indices that we are planning to promote.
316   // This makes it possible to limit the number of arguments added.
317   GEPIndicesSet ToPromote;
318
319   // If the pointer is always valid, any load with first index 0 is valid.
320   if(isByVal || AllCalleesPassInValidPointerForArgument(Arg))
321     SafeToUnconditionallyLoad.insert(IndicesVector(1, 0));
322
323   // First, iterate the entry block and mark loads of (geps of) arguments as
324   // safe.
325   BasicBlock *EntryBlock = Arg->getParent()->begin();
326   // Declare this here so we can reuse it
327   IndicesVector Indices;
328   for (BasicBlock::iterator I = EntryBlock->begin(), E = EntryBlock->end();
329        I != E; ++I)
330     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
331       Value *V = LI->getPointerOperand();
332       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
333         V = GEP->getPointerOperand();
334         if (V == Arg) {
335           // This load actually loads (part of) Arg? Check the indices then.
336           Indices.reserve(GEP->getNumIndices());
337           for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
338                II != IE; ++II)
339             if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*II))
340               Indices.push_back(CI->getSExtValue());
341             else
342               // We found a non-constant GEP index for this argument? Bail out
343               // right away, can't promote this argument at all.
344               return false;
345
346           // Indices checked out, mark them as safe
347           MarkIndicesSafe(Indices, SafeToUnconditionallyLoad);
348           Indices.clear();
349         }
350       } else if (V == Arg) {
351         // Direct loads are equivalent to a GEP with a single 0 index.
352         MarkIndicesSafe(IndicesVector(1, 0), SafeToUnconditionallyLoad);
353       }
354     }
355
356   // Now, iterate all uses of the argument to see if there are any uses that are
357   // not (GEP+)loads, or any (GEP+)loads that are not safe to promote.
358   SmallVector<LoadInst*, 16> Loads;
359   IndicesVector Operands;
360   for (Value::use_iterator UI = Arg->use_begin(), E = Arg->use_end();
361        UI != E; ++UI) {
362     Operands.clear();
363     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
364       if (LI->isVolatile()) return false;  // Don't hack volatile loads
365       Loads.push_back(LI);
366       // Direct loads are equivalent to a GEP with a zero index and then a load.
367       Operands.push_back(0);
368     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*UI)) {
369       if (GEP->use_empty()) {
370         // Dead GEP's cause trouble later.  Just remove them if we run into
371         // them.
372         getAnalysis<AliasAnalysis>().deleteValue(GEP);
373         GEP->eraseFromParent();
374         // TODO: This runs the above loop over and over again for dead GEPS
375         // Couldn't we just do increment the UI iterator earlier and erase the
376         // use?
377         return isSafeToPromoteArgument(Arg, isByVal);
378       }
379
380       // Ensure that all of the indices are constants.
381       for (User::op_iterator i = GEP->idx_begin(), e = GEP->idx_end();
382         i != e; ++i)
383         if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(*i))
384           Operands.push_back(C->getSExtValue());
385         else
386           return false;  // Not a constant operand GEP!
387
388       // Ensure that the only users of the GEP are load instructions.
389       for (Value::use_iterator UI = GEP->use_begin(), E = GEP->use_end();
390            UI != E; ++UI)
391         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
392           if (LI->isVolatile()) return false;  // Don't hack volatile loads
393           Loads.push_back(LI);
394         } else {
395           // Other uses than load?
396           return false;
397         }
398     } else {
399       return false;  // Not a load or a GEP.
400     }
401
402     // Now, see if it is safe to promote this load / loads of this GEP. Loading
403     // is safe if Operands, or a prefix of Operands, is marked as safe.
404     if (!PrefixIn(Operands, SafeToUnconditionallyLoad))
405       return false;
406
407     // See if we are already promoting a load with these indices. If not, check
408     // to make sure that we aren't promoting too many elements.  If so, nothing
409     // to do.
410     if (ToPromote.find(Operands) == ToPromote.end()) {
411       if (maxElements > 0 && ToPromote.size() == maxElements) {
412         DOUT << "argpromotion not promoting argument '"
413              << Arg->getName() << "' because it would require adding more "
414              << "than " << maxElements << " arguments to the function.\n";
415         // We limit aggregate promotion to only promoting up to a fixed number
416         // of elements of the aggregate.
417         return false;
418       }
419       ToPromote.insert(Operands);
420     }
421   }
422
423   if (Loads.empty()) return true;  // No users, this is a dead argument.
424
425   // Okay, now we know that the argument is only used by load instructions and
426   // it is safe to unconditionally perform all of them. Use alias analysis to
427   // check to see if the pointer is guaranteed to not be modified from entry of
428   // the function to each of the load instructions.
429
430   // Because there could be several/many load instructions, remember which
431   // blocks we know to be transparent to the load.
432   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> TranspBlocks;
433
434   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
435   TargetData &TD = getAnalysis<TargetData>();
436
437   for (unsigned i = 0, e = Loads.size(); i != e; ++i) {
438     // Check to see if the load is invalidated from the start of the block to
439     // the load itself.
440     LoadInst *Load = Loads[i];
441     BasicBlock *BB = Load->getParent();
442
443     const PointerType *LoadTy =
444       cast<PointerType>(Load->getPointerOperand()->getType());
445     unsigned LoadSize = (unsigned)TD.getTypeStoreSize(LoadTy->getElementType());
446
447     if (AA.canInstructionRangeModify(BB->front(), *Load, Arg, LoadSize))
448       return false;  // Pointer is invalidated!
449
450     // Now check every path from the entry block to the load for transparency.
451     // To do this, we perform a depth first search on the inverse CFG from the
452     // loading block.
453     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
454       for (idf_ext_iterator<BasicBlock*, SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> >
455              I = idf_ext_begin(*PI, TranspBlocks),
456              E = idf_ext_end(*PI, TranspBlocks); I != E; ++I)
457         if (AA.canBasicBlockModify(**I, Arg, LoadSize))
458           return false;
459   }
460
461   // If the path from the entry of the function to each load is free of
462   // instructions that potentially invalidate the load, we can make the
463   // transformation!
464   return true;
465 }
466
467 /// DoPromotion - This method actually performs the promotion of the specified
468 /// arguments, and returns the new function.  At this point, we know that it's
469 /// safe to do so.
470 Function *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
471                                     SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
472                               SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform) {
473
474   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
475   // the old function, but has modified arguments.
476   const FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
477   std::vector<const Type*> Params;
478
479   typedef std::set<IndicesVector> ScalarizeTable;
480
481   // ScalarizedElements - If we are promoting a pointer that has elements
482   // accessed out of it, keep track of which elements are accessed so that we
483   // can add one argument for each.
484   //
485   // Arguments that are directly loaded will have a zero element value here, to
486   // handle cases where there are both a direct load and GEP accesses.
487   //
488   std::map<Argument*, ScalarizeTable> ScalarizedElements;
489
490   // OriginalLoads - Keep track of a representative load instruction from the
491   // original function so that we can tell the alias analysis implementation
492   // what the new GEP/Load instructions we are inserting look like.
493   std::map<IndicesVector, LoadInst*> OriginalLoads;
494
495   // Attributes - Keep track of the parameter attributes for the arguments
496   // that we are *not* promoting. For the ones that we do promote, the parameter
497   // attributes are lost
498   SmallVector<AttributeWithIndex, 8> AttributesVec;
499   const AttrListPtr &PAL = F->getAttributes();
500
501   // Add any return attributes.
502   if (Attributes attrs = PAL.getRetAttributes())
503     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, attrs));
504
505   // First, determine the new argument list
506   unsigned ArgIndex = 1;
507   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E;
508        ++I, ++ArgIndex) {
509     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
510       // Simple byval argument? Just add all the struct element types.
511       const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
512       const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
513       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
514         Params.push_back(STy->getElementType(i));
515       ++NumByValArgsPromoted;
516     } else if (!ArgsToPromote.count(I)) {
517       // Unchanged argument
518       Params.push_back(I->getType());
519       if (Attributes attrs = PAL.getParamAttributes(ArgIndex))
520         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Params.size(), attrs));
521     } else if (I->use_empty()) {
522       // Dead argument (which are always marked as promotable)
523       ++NumArgumentsDead;
524     } else {
525       // Okay, this is being promoted. This means that the only uses are loads
526       // or GEPs which are only used by loads
527
528       // In this table, we will track which indices are loaded from the argument
529       // (where direct loads are tracked as no indices).
530       ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
531       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
532            ++UI) {
533         Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
534         assert(isa<LoadInst>(User) || isa<GetElementPtrInst>(User));
535         IndicesVector Indices;
536         Indices.reserve(User->getNumOperands() - 1);
537         // Since loads will only have a single operand, and GEPs only a single
538         // non-index operand, this will record direct loads without any indices,
539         // and gep+loads with the GEP indices.
540         for (User::op_iterator II = User->op_begin() + 1, IE = User->op_end();
541              II != IE; ++II)
542           Indices.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
543         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
544         if (Indices.size() == 1 && Indices.front() == 0)
545           Indices.clear();
546         ArgIndices.insert(Indices);
547         LoadInst *OrigLoad;
548         if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(User))
549           OrigLoad = L;
550         else
551           // Take any load, we will use it only to update Alias Analysis
552           OrigLoad = cast<LoadInst>(User->use_back());
553         OriginalLoads[Indices] = OrigLoad;
554       }
555
556       // Add a parameter to the function for each element passed in.
557       for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
558              E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
559         // not allowed to dereference ->begin() if size() is 0
560         Params.push_back(GetElementPtrInst::getIndexedType(I->getType(),
561                                                            SI->begin(),
562                                                            SI->end()));
563         assert(Params.back());
564       }
565
566       if (ArgIndices.size() == 1 && ArgIndices.begin()->empty())
567         ++NumArgumentsPromoted;
568       else
569         ++NumAggregatesPromoted;
570     }
571   }
572
573   // Add any function attributes.
574   if (Attributes attrs = PAL.getFnAttributes())
575     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, attrs));
576
577   const Type *RetTy = FTy->getReturnType();
578
579   // Work around LLVM bug PR56: the CWriter cannot emit varargs functions which
580   // have zero fixed arguments.
581   bool ExtraArgHack = false;
582   if (Params.empty() && FTy->isVarArg()) {
583     ExtraArgHack = true;
584     Params.push_back(Type::Int32Ty);
585   }
586
587   // Construct the new function type using the new arguments.
588   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(RetTy, Params, FTy->isVarArg());
589
590   // Create the new function body and insert it into the module...
591   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage(), F->getName());
592   NF->copyAttributesFrom(F);
593
594   // Recompute the parameter attributes list based on the new arguments for
595   // the function.
596   NF->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(), 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   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
611   // to pass in the loaded pointers.
612   //
613   SmallVector<Value*, 16> Args;
614   while (!F->use_empty()) {
615     CallSite CS = CallSite::get(F->use_back());
616     Instruction *Call = CS.getInstruction();
617     const AttrListPtr &CallPAL = CS.getAttributes();
618
619     // Add any return attributes.
620     if (Attributes attrs = CallPAL.getRetAttributes())
621       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, attrs));
622
623     // Loop over the operands, inserting GEP and loads in the caller as
624     // appropriate.
625     CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
626     ArgIndex = 1;
627     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
628          I != E; ++I, ++AI, ++ArgIndex)
629       if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
630         Args.push_back(*AI);          // Unmodified argument
631
632         if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(ArgIndex))
633           AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
634
635       } else if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
636         // Emit a GEP and load for each element of the struct.
637         const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
638         const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
639         Value *Idxs[2] = { ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0), 0 };
640         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
641           Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, i);
642           Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(*AI, Idxs, Idxs+2,
643                                                  (*AI)->getName()+"."+utostr(i),
644                                                  Call);
645           // TODO: Tell AA about the new values?
646           Args.push_back(new LoadInst(Idx, Idx->getName()+".val", Call));
647         }
648       } else if (!I->use_empty()) {
649         // Non-dead argument: insert GEPs and loads as appropriate.
650         ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
651         // Store the Value* version of the indices in here, but declare it now
652         // for reuse
653         std::vector<Value*> Ops;
654         for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
655                E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
656           Value *V = *AI;
657           LoadInst *OrigLoad = OriginalLoads[*SI];
658           if (!SI->empty()) {
659             Ops.reserve(SI->size());
660             const Type *ElTy = V->getType();
661             for (IndicesVector::const_iterator II = SI->begin(),
662                  IE = SI->end(); II != IE; ++II) {
663               // Use i32 to index structs, and i64 for others (pointers/arrays).
664               // This satisfies GEP constraints.
665               const Type *IdxTy = (isa<StructType>(ElTy) ? Type::Int32Ty : Type::Int64Ty);
666               Ops.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, *II));
667               // Keep track of the type we're currently indexing
668               ElTy = cast<CompositeType>(ElTy)->getTypeAtIndex(*II);
669             }
670             // And create a GEP to extract those indices
671             V = GetElementPtrInst::Create(V, Ops.begin(), Ops.end(),
672                                           V->getName()+".idx", Call);
673             Ops.clear();
674             AA.copyValue(OrigLoad->getOperand(0), V);
675           }
676           Args.push_back(new LoadInst(V, V->getName()+".val", Call));
677           AA.copyValue(OrigLoad, Args.back());
678         }
679       }
680
681     if (ExtraArgHack)
682       Args.push_back(Constant::getNullValue(Type::Int32Ty));
683
684     // Push any varargs arguments on the list
685     for (; AI != CS.arg_end(); ++AI, ++ArgIndex) {
686       Args.push_back(*AI);
687       if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(ArgIndex))
688         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
689     }
690
691     // Add any function attributes.
692     if (Attributes attrs = CallPAL.getFnAttributes())
693       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, attrs));
694
695     Instruction *New;
696     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
697       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
698                                Args.begin(), Args.end(), "", Call);
699       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
700       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
701                                                           AttributesVec.end()));
702     } else {
703       New = CallInst::Create(NF, Args.begin(), Args.end(), "", Call);
704       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
705       cast<CallInst>(New)->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
706                                                         AttributesVec.end()));
707       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
708         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
709     }
710     Args.clear();
711     AttributesVec.clear();
712
713     // Update the alias analysis implementation to know that we are replacing
714     // the old call with a new one.
715     AA.replaceWithNewValue(Call, New);
716
717     // Update the callgraph to know that the callsite has been transformed.
718     CG[Call->getParent()->getParent()]->replaceCallSite(Call, New);
719
720     if (!Call->use_empty()) {
721       Call->replaceAllUsesWith(New);
722       New->takeName(Call);
723     }
724
725     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
726     // F.
727     Call->eraseFromParent();
728   }
729
730   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
731   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
732   // function empty.
733   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
734
735   // Loop over the argument list, transfering uses of the old arguments over to
736   // the new arguments, also transfering over the names as well.
737   //
738   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
739        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I) {
740     if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
741       // If this is an unmodified argument, move the name and users over to the
742       // new version.
743       I->replaceAllUsesWith(I2);
744       I2->takeName(I);
745       AA.replaceWithNewValue(I, I2);
746       ++I2;
747       continue;
748     }
749
750     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
751       // In the callee, we create an alloca, and store each of the new incoming
752       // arguments into the alloca.
753       Instruction *InsertPt = NF->begin()->begin();
754
755       // Just add all the struct element types.
756       const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
757       Value *TheAlloca = new AllocaInst(AgTy, 0, "", InsertPt);
758       const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
759       Value *Idxs[2] = { ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0), 0 };
760
761       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
762         Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, i);
763         std::string Name = TheAlloca->getName()+"."+utostr(i);
764         Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(TheAlloca, Idxs, Idxs+2,
765                                                Name, InsertPt);
766         I2->setName(I->getName()+"."+utostr(i));
767         new StoreInst(I2++, Idx, InsertPt);
768       }
769
770       // Anything that used the arg should now use the alloca.
771       I->replaceAllUsesWith(TheAlloca);
772       TheAlloca->takeName(I);
773       AA.replaceWithNewValue(I, TheAlloca);
774       continue;
775     }
776
777     if (I->use_empty()) {
778       AA.deleteValue(I);
779       continue;
780     }
781
782     // Otherwise, if we promoted this argument, then all users are load
783     // instructions (or GEPs with only load users), and all loads should be
784     // using the new argument that we added.
785     ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
786
787     while (!I->use_empty()) {
788       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->use_back())) {
789         assert(ArgIndices.begin()->empty() &&
790                "Load element should sort to front!");
791         I2->setName(I->getName()+".val");
792         LI->replaceAllUsesWith(I2);
793         AA.replaceWithNewValue(LI, I2);
794         LI->eraseFromParent();
795         DOUT << "*** Promoted load of argument '" << I->getName()
796              << "' in function '" << F->getName() << "'\n";
797       } else {
798         GetElementPtrInst *GEP = cast<GetElementPtrInst>(I->use_back());
799         IndicesVector Operands;
800         Operands.reserve(GEP->getNumIndices());
801         for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
802              II != IE; ++II)
803           Operands.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
804
805         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
806         if (Operands.size() == 1 && Operands.front() == 0)
807           Operands.clear();
808
809         Function::arg_iterator TheArg = I2;
810         for (ScalarizeTable::iterator It = ArgIndices.begin();
811              *It != Operands; ++It, ++TheArg) {
812           assert(It != ArgIndices.end() && "GEP not handled??");
813         }
814
815         std::string NewName = I->getName();
816         for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i) {
817             NewName += "." + utostr(Operands[i]);
818         }
819         NewName += ".val";
820         TheArg->setName(NewName);
821
822         DOUT << "*** Promoted agg argument '" << TheArg->getName()
823              << "' of function '" << NF->getName() << "'\n";
824
825         // All of the uses must be load instructions.  Replace them all with
826         // the argument specified by ArgNo.
827         while (!GEP->use_empty()) {
828           LoadInst *L = cast<LoadInst>(GEP->use_back());
829           L->replaceAllUsesWith(TheArg);
830           AA.replaceWithNewValue(L, TheArg);
831           L->eraseFromParent();
832         }
833         AA.deleteValue(GEP);
834         GEP->eraseFromParent();
835       }
836     }
837
838     // Increment I2 past all of the arguments added for this promoted pointer.
839     for (unsigned i = 0, e = ArgIndices.size(); i != e; ++i)
840       ++I2;
841   }
842
843   // Notify the alias analysis implementation that we inserted a new argument.
844   if (ExtraArgHack)
845     AA.copyValue(Constant::getNullValue(Type::Int32Ty), NF->arg_begin());
846
847
848   // Tell the alias analysis that the old function is about to disappear.
849   AA.replaceWithNewValue(F, NF);
850
851   // Now that the old function is dead, delete it.
852   F->eraseFromParent();
853   return NF;
854 }