Move types back to the 2.5 API.
[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       AU.addRequired<TargetData>();
66       CallGraphSCCPass::getAnalysisUsage(AU);
67     }
68
69     virtual bool runOnSCC(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC);
70     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
71     explicit ArgPromotion(unsigned maxElements = 3)
72       : CallGraphSCCPass(&ID), maxElements(maxElements) {}
73
74     /// A vector used to hold the indices of a single GEP instruction
75     typedef std::vector<uint64_t> IndicesVector;
76
77   private:
78     bool PromoteArguments(CallGraphNode *CGN);
79     bool isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const;
80     Function *DoPromotion(Function *F,
81                           SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
82                           SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform);
83     /// The maximum number of elements to expand, or 0 for unlimited.
84     unsigned maxElements;
85   };
86 }
87
88 char ArgPromotion::ID = 0;
89 static RegisterPass<ArgPromotion>
90 X("argpromotion", "Promote 'by reference' arguments to scalars");
91
92 Pass *llvm::createArgumentPromotionPass(unsigned maxElements) {
93   return new ArgPromotion(maxElements);
94 }
95
96 bool ArgPromotion::runOnSCC(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC) {
97   bool Changed = false, LocalChange;
98
99   do {  // Iterate until we stop promoting from this SCC.
100     LocalChange = false;
101     // Attempt to promote arguments from all functions in this SCC.
102     for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i)
103       LocalChange |= PromoteArguments(SCC[i]);
104     Changed |= LocalChange;               // Remember that we changed something.
105   } while (LocalChange);
106
107   return Changed;
108 }
109
110 /// PromoteArguments - This method checks the specified function to see if there
111 /// are any promotable arguments and if it is safe to promote the function (for
112 /// example, all callers are direct).  If safe to promote some arguments, it
113 /// calls the DoPromotion method.
114 ///
115 bool ArgPromotion::PromoteArguments(CallGraphNode *CGN) {
116   Function *F = CGN->getFunction();
117
118   // Make sure that it is local to this module.
119   if (!F || !F->hasLocalLinkage()) return false;
120
121   // First check: see if there are any pointer arguments!  If not, quick exit.
122   SmallVector<std::pair<Argument*, unsigned>, 16> PointerArgs;
123   unsigned ArgNo = 0;
124   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
125        I != E; ++I, ++ArgNo)
126     if (isa<PointerType>(I->getType()))
127       PointerArgs.push_back(std::pair<Argument*, unsigned>(I, ArgNo));
128   if (PointerArgs.empty()) return false;
129
130   // Second check: make sure that all callers are direct callers.  We can't
131   // transform functions that have indirect callers.
132   if (F->hasAddressTaken())
133     return false;
134
135   // Check to see which arguments are promotable.  If an argument is promotable,
136   // add it to ArgsToPromote.
137   SmallPtrSet<Argument*, 8> ArgsToPromote;
138   SmallPtrSet<Argument*, 8> ByValArgsToTransform;
139   for (unsigned i = 0; i != PointerArgs.size(); ++i) {
140     bool isByVal = F->paramHasAttr(PointerArgs[i].second+1, Attribute::ByVal);
141
142     // If this is a byval argument, and if the aggregate type is small, just
143     // pass the elements, which is always safe.
144     Argument *PtrArg = PointerArgs[i].first;
145     if (isByVal) {
146       const Type *AgTy = cast<PointerType>(PtrArg->getType())->getElementType();
147       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(AgTy)) {
148         if (maxElements > 0 && STy->getNumElements() > maxElements) {
149           DEBUG(errs() << "argpromotion disable promoting argument '"
150                 << PtrArg->getName() << "' because it would require adding more"
151                 << " than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
152         } else {
153           // If all the elements are single-value types, we can promote it.
154           bool AllSimple = true;
155           for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
156             if (!STy->getElementType(i)->isSingleValueType()) {
157               AllSimple = false;
158               break;
159             }
160
161           // Safe to transform, don't even bother trying to "promote" it.
162           // Passing the elements as a scalar will allow scalarrepl to hack on
163           // the new alloca we introduce.
164           if (AllSimple) {
165             ByValArgsToTransform.insert(PtrArg);
166             continue;
167           }
168         }
169       }
170     }
171
172     // Otherwise, see if we can promote the pointer to its value.
173     if (isSafeToPromoteArgument(PtrArg, isByVal))
174       ArgsToPromote.insert(PtrArg);
175   }
176
177   // No promotable pointer arguments.
178   if (ArgsToPromote.empty() && ByValArgsToTransform.empty()) return false;
179
180   Function *NewF = DoPromotion(F, ArgsToPromote, ByValArgsToTransform);
181
182   // Update the call graph to know that the function has been transformed.
183   getAnalysis<CallGraph>().changeFunction(F, NewF);
184   return true;
185 }
186
187 /// IsAlwaysValidPointer - Return true if the specified pointer is always legal
188 /// to load.
189 static bool IsAlwaysValidPointer(Value *V) {
190   if (isa<AllocaInst>(V) || isa<GlobalVariable>(V)) return true;
191   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V))
192     return IsAlwaysValidPointer(GEP->getOperand(0));
193   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
194     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
195       return IsAlwaysValidPointer(CE->getOperand(0));
196
197   return false;
198 }
199
200 /// AllCalleesPassInValidPointerForArgument - Return true if we can prove that
201 /// all callees pass in a valid pointer for the specified function argument.
202 static bool AllCalleesPassInValidPointerForArgument(Argument *Arg) {
203   Function *Callee = Arg->getParent();
204
205   unsigned ArgNo = std::distance(Callee->arg_begin(),
206                                  Function::arg_iterator(Arg));
207
208   // Look at all call sites of the function.  At this pointer we know we only
209   // have direct callees.
210   for (Value::use_iterator UI = Callee->use_begin(), E = Callee->use_end();
211        UI != E; ++UI) {
212     CallSite CS = CallSite::get(*UI);
213     assert(CS.getInstruction() && "Should only have direct calls!");
214
215     if (!IsAlwaysValidPointer(CS.getArgument(ArgNo)))
216       return false;
217   }
218   return true;
219 }
220
221 /// Returns true if Prefix is a prefix of longer. That means, Longer has a size
222 /// that is greater than or equal to the size of prefix, and each of the
223 /// elements in Prefix is the same as the corresponding elements in Longer.
224 ///
225 /// This means it also returns true when Prefix and Longer are equal!
226 static bool IsPrefix(const ArgPromotion::IndicesVector &Prefix,
227                      const ArgPromotion::IndicesVector &Longer) {
228   if (Prefix.size() > Longer.size())
229     return false;
230   for (unsigned i = 0, e = Prefix.size(); i != e; ++i)
231     if (Prefix[i] != Longer[i])
232       return false;
233   return true;
234 }
235
236
237 /// Checks if Indices, or a prefix of Indices, is in Set.
238 static bool PrefixIn(const ArgPromotion::IndicesVector &Indices,
239                      std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Set) {
240     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
241     Low = Set.upper_bound(Indices);
242     if (Low != Set.begin())
243       Low--;
244     // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This means
245     // it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if such
246     // prefix exists.
247     //
248     // This load is safe if any prefix of its operands is safe to load.
249     return Low != Set.end() && IsPrefix(*Low, Indices);
250 }
251
252 /// Mark the given indices (ToMark) as safe in the the given set of indices
253 /// (Safe). Marking safe usually means adding ToMark to Safe. However, if there
254 /// is already a prefix of Indices in Safe, Indices are implicitely marked safe
255 /// already. Furthermore, any indices that Indices is itself a prefix of, are
256 /// removed from Safe (since they are implicitely safe because of Indices now).
257 static void MarkIndicesSafe(const ArgPromotion::IndicesVector &ToMark,
258                             std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Safe) {
259   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
260   Low = Safe.upper_bound(ToMark);
261   // Guard against the case where Safe is empty
262   if (Low != Safe.begin())
263     Low--;
264   // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This
265   // means it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if
266   // such prefix exists.
267   if (Low != Safe.end()) {
268     if (IsPrefix(*Low, ToMark))
269       // If there is already a prefix of these indices (or exactly these
270       // indices) marked a safe, don't bother adding these indices
271       return;
272
273     // Increment Low, so we can use it as a "insert before" hint
274     ++Low;
275   }
276   // Insert
277   Low = Safe.insert(Low, ToMark);
278   ++Low;
279   // If there we're a prefix of longer index list(s), remove those
280   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator End = Safe.end();
281   while (Low != End && IsPrefix(ToMark, *Low)) {
282     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Remove = Low;
283     ++Low;
284     Safe.erase(Remove);
285   }
286 }
287
288 /// isSafeToPromoteArgument - As you might guess from the name of this method,
289 /// it checks to see if it is both safe and useful to promote the argument.
290 /// This method limits promotion of aggregates to only promote up to three
291 /// elements of the aggregate in order to avoid exploding the number of
292 /// arguments passed in.
293 bool ArgPromotion::isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const {
294   typedef std::set<IndicesVector> GEPIndicesSet;
295
296   // Quick exit for unused arguments
297   if (Arg->use_empty())
298     return true;
299
300   // We can only promote this argument if all of the uses are loads, or are GEP
301   // instructions (with constant indices) that are subsequently loaded.
302   //
303   // Promoting the argument causes it to be loaded in the caller
304   // unconditionally. This is only safe if we can prove that either the load
305   // would have happened in the callee anyway (ie, there is a load in the entry
306   // block) or the pointer passed in at every call site is guaranteed to be
307   // valid.
308   // In the former case, invalid loads can happen, but would have happened
309   // anyway, in the latter case, invalid loads won't happen. This prevents us
310   // from introducing an invalid load that wouldn't have happened in the
311   // original code.
312   //
313   // This set will contain all sets of indices that are loaded in the entry
314   // block, and thus are safe to unconditionally load in the caller.
315   GEPIndicesSet SafeToUnconditionallyLoad;
316
317   // This set contains all the sets of indices that we are planning to promote.
318   // This makes it possible to limit the number of arguments added.
319   GEPIndicesSet ToPromote;
320
321   // If the pointer is always valid, any load with first index 0 is valid.
322   if(isByVal || AllCalleesPassInValidPointerForArgument(Arg))
323     SafeToUnconditionallyLoad.insert(IndicesVector(1, 0));
324
325   // First, iterate the entry block and mark loads of (geps of) arguments as
326   // safe.
327   BasicBlock *EntryBlock = Arg->getParent()->begin();
328   // Declare this here so we can reuse it
329   IndicesVector Indices;
330   for (BasicBlock::iterator I = EntryBlock->begin(), E = EntryBlock->end();
331        I != E; ++I)
332     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
333       Value *V = LI->getPointerOperand();
334       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
335         V = GEP->getPointerOperand();
336         if (V == Arg) {
337           // This load actually loads (part of) Arg? Check the indices then.
338           Indices.reserve(GEP->getNumIndices());
339           for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
340                II != IE; ++II)
341             if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*II))
342               Indices.push_back(CI->getSExtValue());
343             else
344               // We found a non-constant GEP index for this argument? Bail out
345               // right away, can't promote this argument at all.
346               return false;
347
348           // Indices checked out, mark them as safe
349           MarkIndicesSafe(Indices, SafeToUnconditionallyLoad);
350           Indices.clear();
351         }
352       } else if (V == Arg) {
353         // Direct loads are equivalent to a GEP with a single 0 index.
354         MarkIndicesSafe(IndicesVector(1, 0), SafeToUnconditionallyLoad);
355       }
356     }
357
358   // Now, iterate all uses of the argument to see if there are any uses that are
359   // not (GEP+)loads, or any (GEP+)loads that are not safe to promote.
360   SmallVector<LoadInst*, 16> Loads;
361   IndicesVector Operands;
362   for (Value::use_iterator UI = Arg->use_begin(), E = Arg->use_end();
363        UI != E; ++UI) {
364     Operands.clear();
365     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
366       if (LI->isVolatile()) return false;  // Don't hack volatile loads
367       Loads.push_back(LI);
368       // Direct loads are equivalent to a GEP with a zero index and then a load.
369       Operands.push_back(0);
370     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*UI)) {
371       if (GEP->use_empty()) {
372         // Dead GEP's cause trouble later.  Just remove them if we run into
373         // them.
374         getAnalysis<AliasAnalysis>().deleteValue(GEP);
375         GEP->eraseFromParent();
376         // TODO: This runs the above loop over and over again for dead GEPS
377         // Couldn't we just do increment the UI iterator earlier and erase the
378         // use?
379         return isSafeToPromoteArgument(Arg, isByVal);
380       }
381
382       // Ensure that all of the indices are constants.
383       for (User::op_iterator i = GEP->idx_begin(), e = GEP->idx_end();
384         i != e; ++i)
385         if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(*i))
386           Operands.push_back(C->getSExtValue());
387         else
388           return false;  // Not a constant operand GEP!
389
390       // Ensure that the only users of the GEP are load instructions.
391       for (Value::use_iterator UI = GEP->use_begin(), E = GEP->use_end();
392            UI != E; ++UI)
393         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI)) {
394           if (LI->isVolatile()) return false;  // Don't hack volatile loads
395           Loads.push_back(LI);
396         } else {
397           // Other uses than load?
398           return false;
399         }
400     } else {
401       return false;  // Not a load or a GEP.
402     }
403
404     // Now, see if it is safe to promote this load / loads of this GEP. Loading
405     // is safe if Operands, or a prefix of Operands, is marked as safe.
406     if (!PrefixIn(Operands, SafeToUnconditionallyLoad))
407       return false;
408
409     // See if we are already promoting a load with these indices. If not, check
410     // to make sure that we aren't promoting too many elements.  If so, nothing
411     // to do.
412     if (ToPromote.find(Operands) == ToPromote.end()) {
413       if (maxElements > 0 && ToPromote.size() == maxElements) {
414         DEBUG(errs() << "argpromotion not promoting argument '"
415               << Arg->getName() << "' because it would require adding more "
416               << "than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
417         // We limit aggregate promotion to only promoting up to a fixed number
418         // of elements of the aggregate.
419         return false;
420       }
421       ToPromote.insert(Operands);
422     }
423   }
424
425   if (Loads.empty()) return true;  // No users, this is a dead argument.
426
427   // Okay, now we know that the argument is only used by load instructions and
428   // it is safe to unconditionally perform all of them. Use alias analysis to
429   // check to see if the pointer is guaranteed to not be modified from entry of
430   // the function to each of the load instructions.
431
432   // Because there could be several/many load instructions, remember which
433   // blocks we know to be transparent to the load.
434   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> TranspBlocks;
435
436   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
437   TargetData &TD = getAnalysis<TargetData>();
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 Function *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   LLVMContext &Context = RetTy->getContext();
581
582   // Work around LLVM bug PR56: the CWriter cannot emit varargs functions which
583   // have zero fixed arguments.
584   bool ExtraArgHack = false;
585   if (Params.empty() && FTy->isVarArg()) {
586     ExtraArgHack = true;
587     Params.push_back(Type::Int32Ty);
588   }
589
590   // Construct the new function type using the new arguments.
591   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(RetTy, Params, FTy->isVarArg());
592
593   // Create the new function body and insert it into the module...
594   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage(), F->getName());
595   NF->copyAttributesFrom(F);
596
597   // Recompute the parameter attributes list based on the new arguments for
598   // the function.
599   NF->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(), AttributesVec.end()));
600   AttributesVec.clear();
601
602   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
603   NF->takeName(F);
604
605   // Get the alias analysis information that we need to update to reflect our
606   // changes.
607   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
608
609   // Get the callgraph information that we need to update to reflect our
610   // changes.
611   CallGraph &CG = getAnalysis<CallGraph>();
612
613   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
614   // to pass in the loaded pointers.
615   //
616   SmallVector<Value*, 16> Args;
617   while (!F->use_empty()) {
618     CallSite CS = CallSite::get(F->use_back());
619     Instruction *Call = CS.getInstruction();
620     const AttrListPtr &CallPAL = CS.getAttributes();
621
622     // Add any return attributes.
623     if (Attributes attrs = CallPAL.getRetAttributes())
624       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, attrs));
625
626     // Loop over the operands, inserting GEP and loads in the caller as
627     // appropriate.
628     CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
629     ArgIndex = 1;
630     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
631          I != E; ++I, ++AI, ++ArgIndex)
632       if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
633         Args.push_back(*AI);          // Unmodified argument
634
635         if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(ArgIndex))
636           AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
637
638       } else if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
639         // Emit a GEP and load for each element of the struct.
640         const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
641         const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
642         Value *Idxs[2] = { ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0), 0 };
643         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
644           Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, i);
645           Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(*AI, Idxs, Idxs+2,
646                                                  (*AI)->getName()+"."+utostr(i),
647                                                  Call);
648           // TODO: Tell AA about the new values?
649           Args.push_back(new LoadInst(Idx, Idx->getName()+".val", Call));
650         }
651       } else if (!I->use_empty()) {
652         // Non-dead argument: insert GEPs and loads as appropriate.
653         ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
654         // Store the Value* version of the indices in here, but declare it now
655         // for reuse
656         std::vector<Value*> Ops;
657         for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
658                E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
659           Value *V = *AI;
660           LoadInst *OrigLoad = OriginalLoads[*SI];
661           if (!SI->empty()) {
662             Ops.reserve(SI->size());
663             const Type *ElTy = V->getType();
664             for (IndicesVector::const_iterator II = SI->begin(),
665                  IE = SI->end(); II != IE; ++II) {
666               // Use i32 to index structs, and i64 for others (pointers/arrays).
667               // This satisfies GEP constraints.
668               const Type *IdxTy = (isa<StructType>(ElTy) ? Type::Int32Ty : Type::Int64Ty);
669               Ops.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, *II));
670               // Keep track of the type we're currently indexing
671               ElTy = cast<CompositeType>(ElTy)->getTypeAtIndex(*II);
672             }
673             // And create a GEP to extract those indices
674             V = GetElementPtrInst::Create(V, Ops.begin(), Ops.end(),
675                                           V->getName()+".idx", Call);
676             Ops.clear();
677             AA.copyValue(OrigLoad->getOperand(0), V);
678           }
679           Args.push_back(new LoadInst(V, V->getName()+".val", Call));
680           AA.copyValue(OrigLoad, Args.back());
681         }
682       }
683
684     if (ExtraArgHack)
685       Args.push_back(Context.getNullValue(Type::Int32Ty));
686
687     // Push any varargs arguments on the list
688     for (; AI != CS.arg_end(); ++AI, ++ArgIndex) {
689       Args.push_back(*AI);
690       if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(ArgIndex))
691         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
692     }
693
694     // Add any function attributes.
695     if (Attributes attrs = CallPAL.getFnAttributes())
696       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, attrs));
697
698     Instruction *New;
699     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
700       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
701                                Args.begin(), Args.end(), "", Call);
702       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
703       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
704                                                           AttributesVec.end()));
705     } else {
706       New = CallInst::Create(NF, Args.begin(), Args.end(), "", Call);
707       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
708       cast<CallInst>(New)->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
709                                                         AttributesVec.end()));
710       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
711         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
712     }
713     Args.clear();
714     AttributesVec.clear();
715
716     // Update the alias analysis implementation to know that we are replacing
717     // the old call with a new one.
718     AA.replaceWithNewValue(Call, New);
719
720     // Update the callgraph to know that the callsite has been transformed.
721     CG[Call->getParent()->getParent()]->replaceCallSite(Call, New);
722
723     if (!Call->use_empty()) {
724       Call->replaceAllUsesWith(New);
725       New->takeName(Call);
726     }
727
728     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
729     // F.
730     Call->eraseFromParent();
731   }
732
733   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
734   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
735   // function empty.
736   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
737
738   // Loop over the argument list, transfering uses of the old arguments over to
739   // the new arguments, also transfering over the names as well.
740   //
741   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
742        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I) {
743     if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
744       // If this is an unmodified argument, move the name and users over to the
745       // new version.
746       I->replaceAllUsesWith(I2);
747       I2->takeName(I);
748       AA.replaceWithNewValue(I, I2);
749       ++I2;
750       continue;
751     }
752
753     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
754       // In the callee, we create an alloca, and store each of the new incoming
755       // arguments into the alloca.
756       Instruction *InsertPt = NF->begin()->begin();
757
758       // Just add all the struct element types.
759       const Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
760       Value *TheAlloca = new AllocaInst(AgTy, 0, "", InsertPt);
761       const StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
762       Value *Idxs[2] = { ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0), 0 };
763
764       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
765         Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, i);
766         Value *Idx = 
767           GetElementPtrInst::Create(TheAlloca, Idxs, Idxs+2,
768                                     TheAlloca->getName()+"."+utostr(i), 
769                                     InsertPt);
770         I2->setName(I->getName()+"."+utostr(i));
771         new StoreInst(I2++, Idx, InsertPt);
772       }
773
774       // Anything that used the arg should now use the alloca.
775       I->replaceAllUsesWith(TheAlloca);
776       TheAlloca->takeName(I);
777       AA.replaceWithNewValue(I, TheAlloca);
778       continue;
779     }
780
781     if (I->use_empty()) {
782       AA.deleteValue(I);
783       continue;
784     }
785
786     // Otherwise, if we promoted this argument, then all users are load
787     // instructions (or GEPs with only load users), and all loads should be
788     // using the new argument that we added.
789     ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
790
791     while (!I->use_empty()) {
792       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->use_back())) {
793         assert(ArgIndices.begin()->empty() &&
794                "Load element should sort to front!");
795         I2->setName(I->getName()+".val");
796         LI->replaceAllUsesWith(I2);
797         AA.replaceWithNewValue(LI, I2);
798         LI->eraseFromParent();
799         DEBUG(errs() << "*** Promoted load of argument '" << I->getName()
800               << "' in function '" << F->getName() << "'\n");
801       } else {
802         GetElementPtrInst *GEP = cast<GetElementPtrInst>(I->use_back());
803         IndicesVector Operands;
804         Operands.reserve(GEP->getNumIndices());
805         for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
806              II != IE; ++II)
807           Operands.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
808
809         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
810         if (Operands.size() == 1 && Operands.front() == 0)
811           Operands.clear();
812
813         Function::arg_iterator TheArg = I2;
814         for (ScalarizeTable::iterator It = ArgIndices.begin();
815              *It != Operands; ++It, ++TheArg) {
816           assert(It != ArgIndices.end() && "GEP not handled??");
817         }
818
819         std::string NewName = I->getName();
820         for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i) {
821             NewName += "." + utostr(Operands[i]);
822         }
823         NewName += ".val";
824         TheArg->setName(NewName);
825
826         DEBUG(errs() << "*** Promoted agg argument '" << TheArg->getName()
827               << "' of function '" << NF->getName() << "'\n");
828
829         // All of the uses must be load instructions.  Replace them all with
830         // the argument specified by ArgNo.
831         while (!GEP->use_empty()) {
832           LoadInst *L = cast<LoadInst>(GEP->use_back());
833           L->replaceAllUsesWith(TheArg);
834           AA.replaceWithNewValue(L, TheArg);
835           L->eraseFromParent();
836         }
837         AA.deleteValue(GEP);
838         GEP->eraseFromParent();
839       }
840     }
841
842     // Increment I2 past all of the arguments added for this promoted pointer.
843     for (unsigned i = 0, e = ArgIndices.size(); i != e; ++i)
844       ++I2;
845   }
846
847   // Notify the alias analysis implementation that we inserted a new argument.
848   if (ExtraArgHack)
849     AA.copyValue(Context.getNullValue(Type::Int32Ty), NF->arg_begin());
850
851
852   // Tell the alias analysis that the old function is about to disappear.
853   AA.replaceWithNewValue(F, NF);
854
855   // Now that the old function is dead, delete it.
856   F->eraseFromParent();
857   return NF;
858 }