remove CallGraphNode::replaceCallSite, it is redundant with other APIs.
[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/Target/TargetData.h"
43 #include "llvm/Support/CallSite.h"
44 #include "llvm/Support/Compiler.h"
45 #include "llvm/Support/CFG.h"
46 #include "llvm/Support/Debug.h"
47 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
48 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
49 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
50 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
51 #include <set>
52 using namespace llvm;
53
54 STATISTIC(NumArgumentsPromoted , "Number of pointer arguments promoted");
55 STATISTIC(NumAggregatesPromoted, "Number of aggregate arguments promoted");
56 STATISTIC(NumByValArgsPromoted , "Number of byval arguments promoted");
57 STATISTIC(NumArgumentsDead     , "Number of dead pointer args eliminated");
58
59 namespace {
60   /// ArgPromotion - The 'by reference' to 'by value' argument promotion pass.
61   ///
62   struct VISIBILITY_HIDDEN ArgPromotion : public CallGraphSCCPass {
63     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
64       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
65       CallGraphSCCPass::getAnalysisUsage(AU);
66     }
67
68     virtual bool runOnSCC(std::vector<CallGraphNode *> &SCC);
69     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
70     explicit ArgPromotion(unsigned maxElements = 3)
71       : CallGraphSCCPass(&ID), maxElements(maxElements) {}
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 static RegisterPass<ArgPromotion>
89 X("argpromotion", "Promote 'by reference' arguments to scalars");
90
91 Pass *llvm::createArgumentPromotionPass(unsigned maxElements) {
92   return new ArgPromotion(maxElements);
93 }
94
95 bool ArgPromotion::runOnSCC(std::vector<CallGraphNode *> &SCC) {
96   bool Changed = false, LocalChange;
97
98   do {  // Iterate until we stop promoting from this SCC.
99     LocalChange = false;
100     // Attempt to promote arguments from all functions in this SCC.
101     for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i)
102       if (CallGraphNode *CGN = PromoteArguments(SCC[i])) {
103         LocalChange = true;
104         SCC[i] = CGN;
105       }
106     Changed |= LocalChange;               // Remember that we changed something.
107   } while (LocalChange);
108
109   return Changed;
110 }
111
112 /// PromoteArguments - This method checks the specified function to see if there
113 /// are any promotable arguments and if it is safe to promote the function (for
114 /// example, all callers are direct).  If safe to promote some arguments, it
115 /// calls the DoPromotion method.
116 ///
117 CallGraphNode *ArgPromotion::PromoteArguments(CallGraphNode *CGN) {
118   Function *F = CGN->getFunction();
119
120   // Make sure that it is local to this module.
121   if (!F || !F->hasLocalLinkage()) return 0;
122
123   // First check: see if there are any pointer arguments!  If not, quick exit.
124   SmallVector<std::pair<Argument*, unsigned>, 16> PointerArgs;
125   unsigned ArgNo = 0;
126   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
127        I != E; ++I, ++ArgNo)
128     if (isa<PointerType>(I->getType()))
129       PointerArgs.push_back(std::pair<Argument*, unsigned>(I, ArgNo));
130   if (PointerArgs.empty()) return 0;
131
132   // Second check: make sure that all callers are direct callers.  We can't
133   // transform functions that have indirect callers.
134   if (F->hasAddressTaken())
135     return 0;
136
137   // Check to see which arguments are promotable.  If an argument is promotable,
138   // add it to ArgsToPromote.
139   SmallPtrSet<Argument*, 8> ArgsToPromote;
140   SmallPtrSet<Argument*, 8> ByValArgsToTransform;
141   for (unsigned i = 0; i != PointerArgs.size(); ++i) {
142     bool isByVal = F->paramHasAttr(PointerArgs[i].second+1, Attribute::ByVal);
143
144     // If this is a byval argument, and if the aggregate type is small, just
145     // pass the elements, which is always safe.
146     Argument *PtrArg = PointerArgs[i].first;
147     if (isByVal) {
148       const Type *AgTy = cast<PointerType>(PtrArg->getType())->getElementType();
149       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(AgTy)) {
150         if (maxElements > 0 && STy->getNumElements() > maxElements) {
151           DEBUG(errs() << "argpromotion disable promoting argument '"
152                 << PtrArg->getName() << "' because it would require adding more"
153                 << " than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
154         } else {
155           // If all the elements are single-value types, we can promote it.
156           bool AllSimple = true;
157           for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
158             if (!STy->getElementType(i)->isSingleValueType()) {
159               AllSimple = false;
160               break;
161             }
162
163           // Safe to transform, don't even bother trying to "promote" it.
164           // Passing the elements as a scalar will allow scalarrepl to hack on
165           // the new alloca we introduce.
166           if (AllSimple) {
167             ByValArgsToTransform.insert(PtrArg);
168             continue;
169           }
170         }
171       }
172     }
173
174     // Otherwise, see if we can promote the pointer to its value.
175     if (isSafeToPromoteArgument(PtrArg, isByVal))
176       ArgsToPromote.insert(PtrArg);
177   }
178
179   // No promotable pointer arguments.
180   if (ArgsToPromote.empty() && ByValArgsToTransform.empty()) 
181     return 0;
182
183   return DoPromotion(F, ArgsToPromote, ByValArgsToTransform);
184 }
185
186 /// IsAlwaysValidPointer - Return true if the specified pointer is always legal
187 /// to load.
188 static bool IsAlwaysValidPointer(Value *V) {
189   if (isa<AllocaInst>(V) || isa<GlobalVariable>(V)) return true;
190   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V))
191     return IsAlwaysValidPointer(GEP->getOperand(0));
192   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
193     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
194       return IsAlwaysValidPointer(CE->getOperand(0));
195
196   return false;
197 }
198
199 /// AllCalleesPassInValidPointerForArgument - Return true if we can prove that
200 /// all callees pass in a valid pointer for the specified function argument.
201 static bool AllCalleesPassInValidPointerForArgument(Argument *Arg) {
202   Function *Callee = Arg->getParent();
203
204   unsigned ArgNo = std::distance(Callee->arg_begin(),
205                                  Function::arg_iterator(Arg));
206
207   // Look at all call sites of the function.  At this pointer we know we only
208   // have direct callees.
209   for (Value::use_iterator UI = Callee->use_begin(), E = Callee->use_end();
210        UI != E; ++UI) {
211     CallSite CS = CallSite::get(*UI);
212     assert(CS.getInstruction() && "Should only have direct calls!");
213
214     if (!IsAlwaysValidPointer(CS.getArgument(ArgNo)))
215       return false;
216   }
217   return true;
218 }
219
220 /// Returns true if Prefix is a prefix of longer. That means, Longer has a size
221 /// that is greater than or equal to the size of prefix, and each of the
222 /// elements in Prefix is the same as the corresponding elements in Longer.
223 ///
224 /// This means it also returns true when Prefix and Longer are equal!
225 static bool IsPrefix(const ArgPromotion::IndicesVector &Prefix,
226                      const ArgPromotion::IndicesVector &Longer) {
227   if (Prefix.size() > Longer.size())
228     return false;
229   for (unsigned i = 0, e = Prefix.size(); i != e; ++i)
230     if (Prefix[i] != Longer[i])
231       return false;
232   return true;
233 }
234
235
236 /// Checks if Indices, or a prefix of Indices, is in Set.
237 static bool PrefixIn(const ArgPromotion::IndicesVector &Indices,
238                      std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Set) {
239     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
240     Low = Set.upper_bound(Indices);
241     if (Low != Set.begin())
242       Low--;
243     // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This means
244     // it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if such
245     // prefix exists.
246     //
247     // This load is safe if any prefix of its operands is safe to load.
248     return Low != Set.end() && IsPrefix(*Low, Indices);
249 }
250
251 /// Mark the given indices (ToMark) as safe in the the given set of indices
252 /// (Safe). Marking safe usually means adding ToMark to Safe. However, if there
253 /// is already a prefix of Indices in Safe, Indices are implicitely marked safe
254 /// already. Furthermore, any indices that Indices is itself a prefix of, are
255 /// removed from Safe (since they are implicitely safe because of Indices now).
256 static void MarkIndicesSafe(const ArgPromotion::IndicesVector &ToMark,
257                             std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Safe) {
258   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
259   Low = Safe.upper_bound(ToMark);
260   // Guard against the case where Safe is empty
261   if (Low != Safe.begin())
262     Low--;
263   // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This
264   // means it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if
265   // such prefix exists.
266   if (Low != Safe.end()) {
267     if (IsPrefix(*Low, ToMark))
268       // If there is already a prefix of these indices (or exactly these
269       // indices) marked a safe, don't bother adding these indices
270       return;
271
272     // Increment Low, so we can use it as a "insert before" hint
273     ++Low;
274   }
275   // Insert
276   Low = Safe.insert(Low, ToMark);
277   ++Low;
278   // If there we're a prefix of longer index list(s), remove those
279   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator End = Safe.end();
280   while (Low != End && IsPrefix(ToMark, *Low)) {
281     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Remove = Low;
282     ++Low;
283     Safe.erase(Remove);
284   }
285 }
286
287 /// isSafeToPromoteArgument - As you might guess from the name of this method,
288 /// it checks to see if it is both safe and useful to promote the argument.
289 /// This method limits promotion of aggregates to only promote up to three
290 /// elements of the aggregate in order to avoid exploding the number of
291 /// arguments passed in.
292 bool ArgPromotion::isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const {
293   typedef std::set<IndicesVector> GEPIndicesSet;
294
295   // Quick exit for unused arguments
296   if (Arg->use_empty())
297     return true;
298
299   // We can only promote this argument if all of the uses are loads, or are GEP
300   // instructions (with constant indices) that are subsequently loaded.
301   //
302   // Promoting the argument causes it to be loaded in the caller
303   // unconditionally. This is only safe if we can prove that either the load
304   // would have happened in the callee anyway (ie, there is a load in the entry
305   // block) or the pointer passed in at every call site is guaranteed to be
306   // valid.
307   // In the former case, invalid loads can happen, but would have happened
308   // anyway, in the latter case, invalid loads won't happen. This prevents us
309   // from introducing an invalid load that wouldn't have happened in the
310   // original code.
311   //
312   // This set will contain all sets of indices that are loaded in the entry
313   // block, and thus are safe to unconditionally load in the caller.
314   GEPIndicesSet SafeToUnconditionallyLoad;
315
316   // This set contains all the sets of indices that we are planning to promote.
317   // This makes it possible to limit the number of arguments added.
318   GEPIndicesSet ToPromote;
319
320   // If the pointer is always valid, any load with first index 0 is valid.
321   if(isByVal || AllCalleesPassInValidPointerForArgument(Arg))
322     SafeToUnconditionallyLoad.insert(IndicesVector(1, 0));
323
324   // First, iterate the entry block and mark loads of (geps of) arguments as
325   // safe.
326   BasicBlock *EntryBlock = Arg->getParent()->begin();
327   // Declare this here so we can reuse it
328   IndicesVector Indices;
329   for (BasicBlock::iterator I = EntryBlock->begin(), E = EntryBlock->end();
330        I != E; ++I)
331     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
332       Value *V = LI->getPointerOperand();
333       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
334         V = GEP->getPointerOperand();
335         if (V == Arg) {
336           // This load actually loads (part of) Arg? Check the indices then.
337           Indices.reserve(GEP->getNumIndices());
338           for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
339                II != IE; ++II)
340             if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*II))
341               Indices.push_back(CI->getSExtValue());
342             else
343               // We found a non-constant GEP index for this argument? Bail out
344               // right away, can't promote this argument at all.
345               return false;
346
347           // Indices checked out, mark them as safe
348           MarkIndicesSafe(Indices, SafeToUnconditionallyLoad);
349           Indices.clear();
350         }
351       } else if (V == Arg) {
352         // Direct loads are equivalent to a GEP with a single 0 index.
353         MarkIndicesSafe(IndicesVector(1, 0), SafeToUnconditionallyLoad);
354       }
355     }
356
357   // Now, iterate all uses of the argument to see if there are any uses that are
358   // not (GEP+)loads, or any (GEP+)loads that are not safe to promote.
359   SmallVector<LoadInst*, 16> Loads;
360   IndicesVector Operands;
361   for (Value::use_iterator UI = Arg->use_begin(), E = Arg->use_end();
362        UI != E; ++UI) {
363     Operands.clear();
364     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
365       if (LI->isVolatile()) return false;  // Don't hack volatile loads
366       Loads.push_back(LI);
367       // Direct loads are equivalent to a GEP with a zero index and then a load.
368       Operands.push_back(0);
369     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*UI)) {
370       if (GEP->use_empty()) {
371         // Dead GEP's cause trouble later.  Just remove them if we run into
372         // them.
373         getAnalysis<AliasAnalysis>().deleteValue(GEP);
374         GEP->eraseFromParent();
375         // TODO: This runs the above loop over and over again for dead GEPS
376         // Couldn't we just do increment the UI iterator earlier and erase the
377         // use?
378         return isSafeToPromoteArgument(Arg, isByVal);
379       }
380
381       // Ensure that all of the indices are constants.
382       for (User::op_iterator i = GEP->idx_begin(), e = GEP->idx_end();
383         i != e; ++i)
384         if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(*i))
385           Operands.push_back(C->getSExtValue());
386         else
387           return false;  // Not a constant operand GEP!
388
389       // Ensure that the only users of the GEP are load instructions.
390       for (Value::use_iterator UI = GEP->use_begin(), E = GEP->use_end();
391            UI != E; ++UI)
392         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
393           if (LI->isVolatile()) return false;  // Don't hack volatile loads
394           Loads.push_back(LI);
395         } else {
396           // Other uses than load?
397           return false;
398         }
399     } else {
400       return false;  // Not a load or a GEP.
401     }
402
403     // Now, see if it is safe to promote this load / loads of this GEP. Loading
404     // is safe if Operands, or a prefix of Operands, is marked as safe.
405     if (!PrefixIn(Operands, SafeToUnconditionallyLoad))
406       return false;
407
408     // See if we are already promoting a load with these indices. If not, check
409     // to make sure that we aren't promoting too many elements.  If so, nothing
410     // to do.
411     if (ToPromote.find(Operands) == ToPromote.end()) {
412       if (maxElements > 0 && ToPromote.size() == maxElements) {
413         DEBUG(errs() << "argpromotion not promoting argument '"
414               << Arg->getName() << "' because it would require adding more "
415               << "than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
416         // We limit aggregate promotion to only promoting up to a fixed number
417         // of elements of the aggregate.
418         return false;
419       }
420       ToPromote.insert(Operands);
421     }
422   }
423
424   if (Loads.empty()) return true;  // No users, this is a dead argument.
425
426   // Okay, now we know that the argument is only used by load instructions and
427   // it is safe to unconditionally perform all of them. Use alias analysis to
428   // check to see if the pointer is guaranteed to not be modified from entry of
429   // the function to each of the load instructions.
430
431   // Because there could be several/many load instructions, remember which
432   // blocks we know to be transparent to the load.
433   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> TranspBlocks;
434
435   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
436   TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
437   if (!TD) return false; // Without TargetData, assume the worst.
438
439   for (unsigned i = 0, e = Loads.size(); i != e; ++i) {
440     // Check to see if the load is invalidated from the start of the block to
441     // the load itself.
442     LoadInst *Load = Loads[i];
443     BasicBlock *BB = Load->getParent();
444
445     const PointerType *LoadTy =
446       cast<PointerType>(Load->getPointerOperand()->getType());
447     unsigned LoadSize =(unsigned)TD->getTypeStoreSize(LoadTy->getElementType());
448
449     if (AA.canInstructionRangeModify(BB->front(), *Load, Arg, LoadSize))
450       return false;  // Pointer is invalidated!
451
452     // Now check every path from the entry block to the load for transparency.
453     // To do this, we perform a depth first search on the inverse CFG from the
454     // loading block.
455     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
456       for (idf_ext_iterator<BasicBlock*, SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> >
457              I = idf_ext_begin(*PI, TranspBlocks),
458              E = idf_ext_end(*PI, TranspBlocks); I != E; ++I)
459         if (AA.canBasicBlockModify(**I, Arg, LoadSize))
460           return false;
461   }
462
463   // If the path from the entry of the function to each load is free of
464   // instructions that potentially invalidate the load, we can make the
465   // transformation!
466   return true;
467 }
468
469 /// DoPromotion - This method actually performs the promotion of the specified
470 /// arguments, and returns the new function.  At this point, we know that it's
471 /// safe to do so.
472 CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
473                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
474                               SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform) {
475
476   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
477   // the old function, but has modified arguments.
478   const FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
479   std::vector<const Type*> Params;
480
481   typedef std::set<IndicesVector> ScalarizeTable;
482
483   // ScalarizedElements - If we are promoting a pointer that has elements
484   // accessed out of it, keep track of which elements are accessed so that we
485   // can add one argument for each.
486   //
487   // Arguments that are directly loaded will have a zero element value here, to
488   // handle cases where there are both a direct load and GEP accesses.
489   //
490   std::map<Argument*, ScalarizeTable> ScalarizedElements;
491
492   // OriginalLoads - Keep track of a representative load instruction from the
493   // original function so that we can tell the alias analysis implementation
494   // what the new GEP/Load instructions we are inserting look like.
495   std::map<IndicesVector, LoadInst*> OriginalLoads;
496
497   // Attributes - Keep track of the parameter attributes for the arguments
498   // that we are *not* promoting. For the ones that we do promote, the parameter
499   // attributes are lost
500   SmallVector<AttributeWithIndex, 8> AttributesVec;
501   const AttrListPtr &PAL = F->getAttributes();
502
503   // Add any return attributes.
504   if (Attributes attrs = PAL.getRetAttributes())
505     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, attrs));
506
507   // First, determine the new argument list
508   unsigned ArgIndex = 1;
509   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E;
510        ++I, ++ArgIndex) {
511     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
512       // Simple byval argument? Just add all the struct element types.
513       const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
514       const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
515       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
516         Params.push_back(STy->getElementType(i));
517       ++NumByValArgsPromoted;
518     } else if (!ArgsToPromote.count(I)) {
519       // Unchanged argument
520       Params.push_back(I->getType());
521       if (Attributes attrs = PAL.getParamAttributes(ArgIndex))
522         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Params.size(), attrs));
523     } else if (I->use_empty()) {
524       // Dead argument (which are always marked as promotable)
525       ++NumArgumentsDead;
526     } else {
527       // Okay, this is being promoted. This means that the only uses are loads
528       // or GEPs which are only used by loads
529
530       // In this table, we will track which indices are loaded from the argument
531       // (where direct loads are tracked as no indices).
532       ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
533       for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
534            ++UI) {
535         Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
536         assert(isa<LoadInst>(User) || isa<GetElementPtrInst>(User));
537         IndicesVector Indices;
538         Indices.reserve(User->getNumOperands() - 1);
539         // Since loads will only have a single operand, and GEPs only a single
540         // non-index operand, this will record direct loads without any indices,
541         // and gep+loads with the GEP indices.
542         for (User::op_iterator II = User->op_begin() + 1, IE = User->op_end();
543              II != IE; ++II)
544           Indices.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
545         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
546         if (Indices.size() == 1 && Indices.front() == 0)
547           Indices.clear();
548         ArgIndices.insert(Indices);
549         LoadInst *OrigLoad;
550         if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(User))
551           OrigLoad = L;
552         else
553           // Take any load, we will use it only to update Alias Analysis
554           OrigLoad = cast<LoadInst>(User->use_back());
555         OriginalLoads[Indices] = OrigLoad;
556       }
557
558       // Add a parameter to the function for each element passed in.
559       for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
560              E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
561         // not allowed to dereference ->begin() if size() is 0
562         Params.push_back(GetElementPtrInst::getIndexedType(I->getType(),
563                                                            SI->begin(),
564                                                            SI->end()));
565         assert(Params.back());
566       }
567
568       if (ArgIndices.size() == 1 && ArgIndices.begin()->empty())
569         ++NumArgumentsPromoted;
570       else
571         ++NumAggregatesPromoted;
572     }
573   }
574
575   // Add any function attributes.
576   if (Attributes attrs = PAL.getFnAttributes())
577     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, attrs));
578
579   const Type *RetTy = FTy->getReturnType();
580
581   // Work around LLVM bug PR56: the CWriter cannot emit varargs functions which
582   // have zero fixed arguments.
583   bool ExtraArgHack = false;
584   if (Params.empty() && FTy->isVarArg()) {
585     ExtraArgHack = true;
586     Params.push_back(Type::getInt32Ty(F->getContext()));
587   }
588
589   // Construct the new function type using the new arguments.
590   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(RetTy, Params, FTy->isVarArg());
591
592   // Create the new function body and insert it into the module...
593   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage(), F->getName());
594   NF->copyAttributesFrom(F);
595
596   
597   DEBUG(errs() << "ARG PROMOTION:  Promoting to:" << *NF << "\n"
598         << "From: " << *F);
599   
600   // Recompute the parameter attributes list based on the new arguments for
601   // the function.
602   NF->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(), AttributesVec.end()));
603   AttributesVec.clear();
604
605   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
606   NF->takeName(F);
607
608   // Get the alias analysis information that we need to update to reflect our
609   // changes.
610   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
611
612   // Get the callgraph information that we need to update to reflect our
613   // changes.
614   CallGraph &CG = getAnalysis<CallGraph>();
615   
616   // Get a new callgraph node for NF.
617   CallGraphNode *NF_CGN = CG.getOrInsertFunction(NF);
618   
619
620   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
621   // to pass in the loaded pointers.
622   //
623   SmallVector<Value*, 16> Args;
624   while (!F->use_empty()) {
625     CallSite CS = CallSite::get(F->use_back());
626     Instruction *Call = CS.getInstruction();
627     const AttrListPtr &CallPAL = CS.getAttributes();
628
629     // Add any return attributes.
630     if (Attributes attrs = CallPAL.getRetAttributes())
631       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, attrs));
632
633     // Loop over the operands, inserting GEP and loads in the caller as
634     // appropriate.
635     CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
636     ArgIndex = 1;
637     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
638          I != E; ++I, ++AI, ++ArgIndex)
639       if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
640         Args.push_back(*AI);          // Unmodified argument
641
642         if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(ArgIndex))
643           AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
644
645       } else if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
646         // Emit a GEP and load for each element of the struct.
647         const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
648         const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
649         Value *Idxs[2] = {
650               ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), 0 };
651         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
652           Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
653           Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(*AI, Idxs, Idxs+2,
654                                                  (*AI)->getName()+"."+utostr(i),
655                                                  Call);
656           // TODO: Tell AA about the new values?
657           Args.push_back(new LoadInst(Idx, Idx->getName()+".val", Call));
658         }
659       } else if (!I->use_empty()) {
660         // Non-dead argument: insert GEPs and loads as appropriate.
661         ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
662         // Store the Value* version of the indices in here, but declare it now
663         // for reuse
664         std::vector<Value*> Ops;
665         for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
666                E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
667           Value *V = *AI;
668           LoadInst *OrigLoad = OriginalLoads[*SI];
669           if (!SI->empty()) {
670             Ops.reserve(SI->size());
671             const Type *ElTy = V->getType();
672             for (IndicesVector::const_iterator II = SI->begin(),
673                  IE = SI->end(); II != IE; ++II) {
674               // Use i32 to index structs, and i64 for others (pointers/arrays).
675               // This satisfies GEP constraints.
676               const Type *IdxTy = (isa<StructType>(ElTy) ?
677                     Type::getInt32Ty(F->getContext()) : 
678                     Type::getInt64Ty(F->getContext()));
679               Ops.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, *II));
680               // Keep track of the type we're currently indexing
681               ElTy = cast<CompositeType>(ElTy)->getTypeAtIndex(*II);
682             }
683             // And create a GEP to extract those indices
684             V = GetElementPtrInst::Create(V, Ops.begin(), Ops.end(),
685                                           V->getName()+".idx", Call);
686             Ops.clear();
687             AA.copyValue(OrigLoad->getOperand(0), V);
688           }
689           Args.push_back(new LoadInst(V, V->getName()+".val", Call));
690           AA.copyValue(OrigLoad, Args.back());
691         }
692       }
693
694     if (ExtraArgHack)
695       Args.push_back(Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(F->getContext())));
696
697     // Push any varargs arguments on the list
698     for (; AI != CS.arg_end(); ++AI, ++ArgIndex) {
699       Args.push_back(*AI);
700       if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(ArgIndex))
701         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
702     }
703
704     // Add any function attributes.
705     if (Attributes attrs = CallPAL.getFnAttributes())
706       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, attrs));
707
708     Instruction *New;
709     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
710       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
711                                Args.begin(), Args.end(), "", Call);
712       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
713       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
714                                                           AttributesVec.end()));
715     } else {
716       New = CallInst::Create(NF, Args.begin(), Args.end(), "", Call);
717       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
718       cast<CallInst>(New)->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
719                                                         AttributesVec.end()));
720       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
721         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
722     }
723     Args.clear();
724     AttributesVec.clear();
725
726     // Update the alias analysis implementation to know that we are replacing
727     // the old call with a new one.
728     AA.replaceWithNewValue(Call, New);
729
730     // Update the callgraph to know that the callsite has been transformed.
731     CallGraphNode *CalleeNode = CG[Call->getParent()->getParent()];
732     CalleeNode->removeCallEdgeFor(Call);
733     CalleeNode->addCalledFunction(New, NF_CGN);
734
735     if (!Call->use_empty()) {
736       Call->replaceAllUsesWith(New);
737       New->takeName(Call);
738     }
739
740     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
741     // F.
742     Call->eraseFromParent();
743   }
744
745   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
746   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
747   // function empty.
748   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
749
750   // Loop over the argument list, transfering uses of the old arguments over to
751   // the new arguments, also transfering over the names as well.
752   //
753   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
754        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I) {
755     if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
756       // If this is an unmodified argument, move the name and users over to the
757       // new version.
758       I->replaceAllUsesWith(I2);
759       I2->takeName(I);
760       AA.replaceWithNewValue(I, I2);
761       ++I2;
762       continue;
763     }
764
765     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
766       // In the callee, we create an alloca, and store each of the new incoming
767       // arguments into the alloca.
768       Instruction *InsertPt = NF->begin()->begin();
769
770       // Just add all the struct element types.
771       const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
772       Value *TheAlloca = new AllocaInst(AgTy, 0, "", InsertPt);
773       const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
774       Value *Idxs[2] = {
775             ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), 0 };
776
777       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
778         Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
779         Value *Idx = 
780           GetElementPtrInst::Create(TheAlloca, Idxs, Idxs+2,
781                                     TheAlloca->getName()+"."+Twine(i), 
782                                     InsertPt);
783         I2->setName(I->getName()+"."+Twine(i));
784         new StoreInst(I2++, Idx, InsertPt);
785       }
786
787       // Anything that used the arg should now use the alloca.
788       I->replaceAllUsesWith(TheAlloca);
789       TheAlloca->takeName(I);
790       AA.replaceWithNewValue(I, TheAlloca);
791       continue;
792     }
793
794     if (I->use_empty()) {
795       AA.deleteValue(I);
796       continue;
797     }
798
799     // Otherwise, if we promoted this argument, then all users are load
800     // instructions (or GEPs with only load users), and all loads should be
801     // using the new argument that we added.
802     ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
803
804     while (!I->use_empty()) {
805       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->use_back())) {
806         assert(ArgIndices.begin()->empty() &&
807                "Load element should sort to front!");
808         I2->setName(I->getName()+".val");
809         LI->replaceAllUsesWith(I2);
810         AA.replaceWithNewValue(LI, I2);
811         LI->eraseFromParent();
812         DEBUG(errs() << "*** Promoted load of argument '" << I->getName()
813               << "' in function '" << F->getName() << "'\n");
814       } else {
815         GetElementPtrInst *GEP = cast<GetElementPtrInst>(I->use_back());
816         IndicesVector Operands;
817         Operands.reserve(GEP->getNumIndices());
818         for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
819              II != IE; ++II)
820           Operands.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
821
822         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
823         if (Operands.size() == 1 && Operands.front() == 0)
824           Operands.clear();
825
826         Function::arg_iterator TheArg = I2;
827         for (ScalarizeTable::iterator It = ArgIndices.begin();
828              *It != Operands; ++It, ++TheArg) {
829           assert(It != ArgIndices.end() && "GEP not handled??");
830         }
831
832         std::string NewName = I->getName();
833         for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i) {
834             NewName += "." + utostr(Operands[i]);
835         }
836         NewName += ".val";
837         TheArg->setName(NewName);
838
839         DEBUG(errs() << "*** Promoted agg argument '" << TheArg->getName()
840               << "' of function '" << NF->getName() << "'\n");
841
842         // All of the uses must be load instructions.  Replace them all with
843         // the argument specified by ArgNo.
844         while (!GEP->use_empty()) {
845           LoadInst *L = cast<LoadInst>(GEP->use_back());
846           L->replaceAllUsesWith(TheArg);
847           AA.replaceWithNewValue(L, TheArg);
848           L->eraseFromParent();
849         }
850         AA.deleteValue(GEP);
851         GEP->eraseFromParent();
852       }
853     }
854
855     // Increment I2 past all of the arguments added for this promoted pointer.
856     for (unsigned i = 0, e = ArgIndices.size(); i != e; ++i)
857       ++I2;
858   }
859
860   // Notify the alias analysis implementation that we inserted a new argument.
861   if (ExtraArgHack)
862     AA.copyValue(Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(F->getContext())), 
863                  NF->arg_begin());
864
865
866   // Tell the alias analysis that the old function is about to disappear.
867   AA.replaceWithNewValue(F, NF);
868
869   
870   NF_CGN->stealCalledFunctionsFrom(CG[F]);
871   
872   // Now that the old function is dead, delete it.
873   delete CG.removeFunctionFromModule(F);
874   
875   return NF_CGN;
876 }