024fb2c1015ae72d8cd1ee4012259ce55caf26d7
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / DeadArgumentElimination.cpp
1 //===-- DeadArgumentElimination.cpp - Eliminate dead 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 deletes dead arguments from internal functions.  Dead argument
11 // elimination removes arguments which are directly dead, as well as arguments
12 // only passed into function calls as dead arguments of other functions.  This
13 // pass also deletes dead return values in a similar way.
14 //
15 // This pass is often useful as a cleanup pass to run after aggressive
16 // interprocedural passes, which add possibly-dead arguments or return values.
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
21 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
22 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
23 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
24 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
25 #include "llvm/IR/CallSite.h"
26 #include "llvm/IR/CallingConv.h"
27 #include "llvm/IR/Constant.h"
28 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
29 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
30 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
31 #include "llvm/IR/Instructions.h"
32 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
33 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
34 #include "llvm/IR/Module.h"
35 #include "llvm/Pass.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
38 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
39 #include <map>
40 #include <set>
41 #include <tuple>
42 using namespace llvm;
43
44 #define DEBUG_TYPE "deadargelim"
45
46 STATISTIC(NumArgumentsEliminated, "Number of unread args removed");
47 STATISTIC(NumRetValsEliminated  , "Number of unused return values removed");
48 STATISTIC(NumArgumentsReplacedWithUndef, 
49           "Number of unread args replaced with undef");
50 namespace {
51   /// DAE - The dead argument elimination pass.
52   ///
53   class DAE : public ModulePass {
54   public:
55
56     /// Struct that represents (part of) either a return value or a function
57     /// argument.  Used so that arguments and return values can be used
58     /// interchangeably.
59     struct RetOrArg {
60       RetOrArg(const Function *F, unsigned Idx, bool IsArg) : F(F), Idx(Idx),
61                IsArg(IsArg) {}
62       const Function *F;
63       unsigned Idx;
64       bool IsArg;
65
66       /// Make RetOrArg comparable, so we can put it into a map.
67       bool operator<(const RetOrArg &O) const {
68         return std::tie(F, Idx, IsArg) < std::tie(O.F, O.Idx, O.IsArg);
69       }
70
71       /// Make RetOrArg comparable, so we can easily iterate the multimap.
72       bool operator==(const RetOrArg &O) const {
73         return F == O.F && Idx == O.Idx && IsArg == O.IsArg;
74       }
75
76       std::string getDescription() const {
77         return (Twine(IsArg ? "Argument #" : "Return value #") + utostr(Idx) +
78                 " of function " + F->getName()).str();
79       }
80     };
81
82     /// Liveness enum - During our initial pass over the program, we determine
83     /// that things are either alive or maybe alive. We don't mark anything
84     /// explicitly dead (even if we know they are), since anything not alive
85     /// with no registered uses (in Uses) will never be marked alive and will
86     /// thus become dead in the end.
87     enum Liveness { Live, MaybeLive };
88
89     /// Convenience wrapper
90     RetOrArg CreateRet(const Function *F, unsigned Idx) {
91       return RetOrArg(F, Idx, false);
92     }
93     /// Convenience wrapper
94     RetOrArg CreateArg(const Function *F, unsigned Idx) {
95       return RetOrArg(F, Idx, true);
96     }
97
98     typedef std::multimap<RetOrArg, RetOrArg> UseMap;
99     /// This maps a return value or argument to any MaybeLive return values or
100     /// arguments it uses. This allows the MaybeLive values to be marked live
101     /// when any of its users is marked live.
102     /// For example (indices are left out for clarity):
103     ///  - Uses[ret F] = ret G
104     ///    This means that F calls G, and F returns the value returned by G.
105     ///  - Uses[arg F] = ret G
106     ///    This means that some function calls G and passes its result as an
107     ///    argument to F.
108     ///  - Uses[ret F] = arg F
109     ///    This means that F returns one of its own arguments.
110     ///  - Uses[arg F] = arg G
111     ///    This means that G calls F and passes one of its own (G's) arguments
112     ///    directly to F.
113     UseMap Uses;
114
115     typedef std::set<RetOrArg> LiveSet;
116     typedef std::set<const Function*> LiveFuncSet;
117
118     /// This set contains all values that have been determined to be live.
119     LiveSet LiveValues;
120     /// This set contains all values that are cannot be changed in any way.
121     LiveFuncSet LiveFunctions;
122
123     typedef SmallVector<RetOrArg, 5> UseVector;
124
125     // Map each LLVM function to corresponding metadata with debug info. If
126     // the function is replaced with another one, we should patch the pointer
127     // to LLVM function in metadata.
128     // As the code generation for module is finished (and DIBuilder is
129     // finalized) we assume that subprogram descriptors won't be changed, and
130     // they are stored in map for short duration anyway.
131     DenseMap<const Function *, DISubprogram *> FunctionDIs;
132
133   protected:
134     // DAH uses this to specify a different ID.
135     explicit DAE(char &ID) : ModulePass(ID) {}
136
137   public:
138     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
139     DAE() : ModulePass(ID) {
140       initializeDAEPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
141     }
142
143     bool runOnModule(Module &M) override;
144
145     virtual bool ShouldHackArguments() const { return false; }
146
147   private:
148     Liveness MarkIfNotLive(RetOrArg Use, UseVector &MaybeLiveUses);
149     Liveness SurveyUse(const Use *U, UseVector &MaybeLiveUses,
150                        unsigned RetValNum = -1U);
151     Liveness SurveyUses(const Value *V, UseVector &MaybeLiveUses);
152
153     void SurveyFunction(const Function &F);
154     void MarkValue(const RetOrArg &RA, Liveness L,
155                    const UseVector &MaybeLiveUses);
156     void MarkLive(const RetOrArg &RA);
157     void MarkLive(const Function &F);
158     void PropagateLiveness(const RetOrArg &RA);
159     bool RemoveDeadStuffFromFunction(Function *F);
160     bool DeleteDeadVarargs(Function &Fn);
161     bool RemoveDeadArgumentsFromCallers(Function &Fn);
162   };
163 }
164
165
166 char DAE::ID = 0;
167 INITIALIZE_PASS(DAE, "deadargelim", "Dead Argument Elimination", false, false)
168
169 namespace {
170   /// DAH - DeadArgumentHacking pass - Same as dead argument elimination, but
171   /// deletes arguments to functions which are external.  This is only for use
172   /// by bugpoint.
173   struct DAH : public DAE {
174     static char ID;
175     DAH() : DAE(ID) {}
176
177     bool ShouldHackArguments() const override { return true; }
178   };
179 }
180
181 char DAH::ID = 0;
182 INITIALIZE_PASS(DAH, "deadarghaX0r", 
183                 "Dead Argument Hacking (BUGPOINT USE ONLY; DO NOT USE)",
184                 false, false)
185
186 /// createDeadArgEliminationPass - This pass removes arguments from functions
187 /// which are not used by the body of the function.
188 ///
189 ModulePass *llvm::createDeadArgEliminationPass() { return new DAE(); }
190 ModulePass *llvm::createDeadArgHackingPass() { return new DAH(); }
191
192 /// DeleteDeadVarargs - If this is an function that takes a ... list, and if
193 /// llvm.vastart is never called, the varargs list is dead for the function.
194 bool DAE::DeleteDeadVarargs(Function &Fn) {
195   assert(Fn.getFunctionType()->isVarArg() && "Function isn't varargs!");
196   if (Fn.isDeclaration() || !Fn.hasLocalLinkage()) return false;
197
198   // Ensure that the function is only directly called.
199   if (Fn.hasAddressTaken())
200     return false;
201
202   // Don't touch naked functions. The assembly might be using an argument, or
203   // otherwise rely on the frame layout in a way that this analysis will not
204   // see.
205   if (Fn.hasFnAttribute(Attribute::Naked)) {
206     return false;
207   }
208
209   // Okay, we know we can transform this function if safe.  Scan its body
210   // looking for calls marked musttail or calls to llvm.vastart.
211   for (Function::iterator BB = Fn.begin(), E = Fn.end(); BB != E; ++BB) {
212     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
213       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
214       if (!CI)
215         continue;
216       if (CI->isMustTailCall())
217         return false;
218       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI)) {
219         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::vastart)
220           return false;
221       }
222     }
223   }
224
225   // If we get here, there are no calls to llvm.vastart in the function body,
226   // remove the "..." and adjust all the calls.
227
228   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
229   // the old function, but doesn't have isVarArg set.
230   FunctionType *FTy = Fn.getFunctionType();
231
232   std::vector<Type*> Params(FTy->param_begin(), FTy->param_end());
233   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(FTy->getReturnType(),
234                                                 Params, false);
235   unsigned NumArgs = Params.size();
236
237   // Create the new function body and insert it into the module...
238   Function *NF = Function::Create(NFTy, Fn.getLinkage());
239   NF->copyAttributesFrom(&Fn);
240   Fn.getParent()->getFunctionList().insert(&Fn, NF);
241   NF->takeName(&Fn);
242
243   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
244   // to pass in a smaller number of arguments into the new function.
245   //
246   std::vector<Value*> Args;
247   for (Value::user_iterator I = Fn.user_begin(), E = Fn.user_end(); I != E; ) {
248     CallSite CS(*I++);
249     if (!CS)
250       continue;
251     Instruction *Call = CS.getInstruction();
252
253     // Pass all the same arguments.
254     Args.assign(CS.arg_begin(), CS.arg_begin() + NumArgs);
255
256     // Drop any attributes that were on the vararg arguments.
257     AttributeSet PAL = CS.getAttributes();
258     if (!PAL.isEmpty() && PAL.getSlotIndex(PAL.getNumSlots() - 1) > NumArgs) {
259       SmallVector<AttributeSet, 8> AttributesVec;
260       for (unsigned i = 0; PAL.getSlotIndex(i) <= NumArgs; ++i)
261         AttributesVec.push_back(PAL.getSlotAttributes(i));
262       if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
263         AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(Fn.getContext(),
264                                                   PAL.getFnAttributes()));
265       PAL = AttributeSet::get(Fn.getContext(), AttributesVec);
266     }
267
268     Instruction *New;
269     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
270       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
271                                Args, "", Call);
272       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
273       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(PAL);
274     } else {
275       New = CallInst::Create(NF, Args, "", Call);
276       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
277       cast<CallInst>(New)->setAttributes(PAL);
278       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
279         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
280     }
281     New->setDebugLoc(Call->getDebugLoc());
282
283     Args.clear();
284
285     if (!Call->use_empty())
286       Call->replaceAllUsesWith(New);
287
288     New->takeName(Call);
289
290     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
291     // F.
292     Call->eraseFromParent();
293   }
294
295   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
296   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
297   // function empty.
298   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), Fn.getBasicBlockList());
299
300   // Loop over the argument list, transferring uses of the old arguments over to
301   // the new arguments, also transferring over the names as well.  While we're at
302   // it, remove the dead arguments from the DeadArguments list.
303   //
304   for (Function::arg_iterator I = Fn.arg_begin(), E = Fn.arg_end(),
305        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I, ++I2) {
306     // Move the name and users over to the new version.
307     I->replaceAllUsesWith(I2);
308     I2->takeName(I);
309   }
310
311   // Patch the pointer to LLVM function in debug info descriptor.
312   auto DI = FunctionDIs.find(&Fn);
313   if (DI != FunctionDIs.end()) {
314     DISubprogram *SP = DI->second;
315     SP->replaceFunction(NF);
316     // Ensure the map is updated so it can be reused on non-varargs argument
317     // eliminations of the same function.
318     FunctionDIs.erase(DI);
319     FunctionDIs[NF] = SP;
320   }
321
322   // Fix up any BlockAddresses that refer to the function.
323   Fn.replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(NF, Fn.getType()));
324   // Delete the bitcast that we just created, so that NF does not
325   // appear to be address-taken.
326   NF->removeDeadConstantUsers();
327   // Finally, nuke the old function.
328   Fn.eraseFromParent();
329   return true;
330 }
331
332 /// RemoveDeadArgumentsFromCallers - Checks if the given function has any 
333 /// arguments that are unused, and changes the caller parameters to be undefined
334 /// instead.
335 bool DAE::RemoveDeadArgumentsFromCallers(Function &Fn)
336 {
337   // We cannot change the arguments if this TU does not define the function or
338   // if the linker may choose a function body from another TU, even if the
339   // nominal linkage indicates that other copies of the function have the same
340   // semantics. In the below example, the dead load from %p may not have been
341   // eliminated from the linker-chosen copy of f, so replacing %p with undef
342   // in callers may introduce undefined behavior.
343   //
344   // define linkonce_odr void @f(i32* %p) {
345   //   %v = load i32 %p
346   //   ret void
347   // }
348   if (!Fn.isStrongDefinitionForLinker())
349     return false;
350
351   // Functions with local linkage should already have been handled, except the
352   // fragile (variadic) ones which we can improve here.
353   if (Fn.hasLocalLinkage() && !Fn.getFunctionType()->isVarArg())
354     return false;
355
356   // Don't touch naked functions. The assembly might be using an argument, or
357   // otherwise rely on the frame layout in a way that this analysis will not
358   // see.
359   if (Fn.hasFnAttribute(Attribute::Naked))
360     return false;
361
362   if (Fn.use_empty())
363     return false;
364
365   SmallVector<unsigned, 8> UnusedArgs;
366   for (Function::arg_iterator I = Fn.arg_begin(), E = Fn.arg_end(); 
367        I != E; ++I) {
368     Argument *Arg = I;
369
370     if (Arg->use_empty() && !Arg->hasByValOrInAllocaAttr())
371       UnusedArgs.push_back(Arg->getArgNo());
372   }
373
374   if (UnusedArgs.empty())
375     return false;
376
377   bool Changed = false;
378
379   for (Use &U : Fn.uses()) {
380     CallSite CS(U.getUser());
381     if (!CS || !CS.isCallee(&U))
382       continue;
383
384     // Now go through all unused args and replace them with "undef".
385     for (unsigned I = 0, E = UnusedArgs.size(); I != E; ++I) {
386       unsigned ArgNo = UnusedArgs[I];
387
388       Value *Arg = CS.getArgument(ArgNo);
389       CS.setArgument(ArgNo, UndefValue::get(Arg->getType()));
390       ++NumArgumentsReplacedWithUndef;
391       Changed = true;
392     }
393   }
394
395   return Changed;
396 }
397
398 /// Convenience function that returns the number of return values. It returns 0
399 /// for void functions and 1 for functions not returning a struct. It returns
400 /// the number of struct elements for functions returning a struct.
401 static unsigned NumRetVals(const Function *F) {
402   Type *RetTy = F->getReturnType();
403   if (RetTy->isVoidTy())
404     return 0;
405   else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(RetTy))
406     return STy->getNumElements();
407   else if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(RetTy))
408     return ATy->getNumElements();
409   else
410     return 1;
411 }
412
413 /// Returns the sub-type a function will return at a given Idx. Should
414 /// correspond to the result type of an ExtractValue instruction executed with
415 /// just that one Idx (i.e. only top-level structure is considered).
416 static Type *getRetComponentType(const Function *F, unsigned Idx) {
417   Type *RetTy = F->getReturnType();
418   assert(!RetTy->isVoidTy() && "void type has no subtype");
419
420   if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(RetTy))
421     return STy->getElementType(Idx);
422   else if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(RetTy))
423     return ATy->getElementType();
424   else
425     return RetTy;
426 }
427
428 /// MarkIfNotLive - This checks Use for liveness in LiveValues. If Use is not
429 /// live, it adds Use to the MaybeLiveUses argument. Returns the determined
430 /// liveness of Use.
431 DAE::Liveness DAE::MarkIfNotLive(RetOrArg Use, UseVector &MaybeLiveUses) {
432   // We're live if our use or its Function is already marked as live.
433   if (LiveFunctions.count(Use.F) || LiveValues.count(Use))
434     return Live;
435
436   // We're maybe live otherwise, but remember that we must become live if
437   // Use becomes live.
438   MaybeLiveUses.push_back(Use);
439   return MaybeLive;
440 }
441
442
443 /// SurveyUse - This looks at a single use of an argument or return value
444 /// and determines if it should be alive or not. Adds this use to MaybeLiveUses
445 /// if it causes the used value to become MaybeLive.
446 ///
447 /// RetValNum is the return value number to use when this use is used in a
448 /// return instruction. This is used in the recursion, you should always leave
449 /// it at 0.
450 DAE::Liveness DAE::SurveyUse(const Use *U,
451                              UseVector &MaybeLiveUses, unsigned RetValNum) {
452     const User *V = U->getUser();
453     if (const ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(V)) {
454       // The value is returned from a function. It's only live when the
455       // function's return value is live. We use RetValNum here, for the case
456       // that U is really a use of an insertvalue instruction that uses the
457       // original Use.
458       const Function *F = RI->getParent()->getParent();
459       if (RetValNum != -1U) {
460         RetOrArg Use = CreateRet(F, RetValNum);
461         // We might be live, depending on the liveness of Use.
462         return MarkIfNotLive(Use, MaybeLiveUses);
463       } else {
464         DAE::Liveness Result = MaybeLive;
465         for (unsigned i = 0; i < NumRetVals(F); ++i) {
466           RetOrArg Use = CreateRet(F, i);
467           // We might be live, depending on the liveness of Use. If any
468           // sub-value is live, then the entire value is considered live. This
469           // is a conservative choice, and better tracking is possible.
470           DAE::Liveness SubResult = MarkIfNotLive(Use, MaybeLiveUses);
471           if (Result != Live)
472             Result = SubResult;
473         }
474         return Result;
475       }
476     }
477     if (const InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
478       if (U->getOperandNo() != InsertValueInst::getAggregateOperandIndex()
479           && IV->hasIndices())
480         // The use we are examining is inserted into an aggregate. Our liveness
481         // depends on all uses of that aggregate, but if it is used as a return
482         // value, only index at which we were inserted counts.
483         RetValNum = *IV->idx_begin();
484
485       // Note that if we are used as the aggregate operand to the insertvalue,
486       // we don't change RetValNum, but do survey all our uses.
487
488       Liveness Result = MaybeLive;
489       for (const Use &UU : IV->uses()) {
490         Result = SurveyUse(&UU, MaybeLiveUses, RetValNum);
491         if (Result == Live)
492           break;
493       }
494       return Result;
495     }
496
497     if (auto CS = ImmutableCallSite(V)) {
498       const Function *F = CS.getCalledFunction();
499       if (F) {
500         // Used in a direct call.
501
502         // Find the argument number. We know for sure that this use is an
503         // argument, since if it was the function argument this would be an
504         // indirect call and the we know can't be looking at a value of the
505         // label type (for the invoke instruction).
506         unsigned ArgNo = CS.getArgumentNo(U);
507
508         if (ArgNo >= F->getFunctionType()->getNumParams())
509           // The value is passed in through a vararg! Must be live.
510           return Live;
511
512         assert(CS.getArgument(ArgNo)
513                == CS->getOperand(U->getOperandNo())
514                && "Argument is not where we expected it");
515
516         // Value passed to a normal call. It's only live when the corresponding
517         // argument to the called function turns out live.
518         RetOrArg Use = CreateArg(F, ArgNo);
519         return MarkIfNotLive(Use, MaybeLiveUses);
520       }
521     }
522     // Used in any other way? Value must be live.
523     return Live;
524 }
525
526 /// SurveyUses - This looks at all the uses of the given value
527 /// Returns the Liveness deduced from the uses of this value.
528 ///
529 /// Adds all uses that cause the result to be MaybeLive to MaybeLiveRetUses. If
530 /// the result is Live, MaybeLiveUses might be modified but its content should
531 /// be ignored (since it might not be complete).
532 DAE::Liveness DAE::SurveyUses(const Value *V, UseVector &MaybeLiveUses) {
533   // Assume it's dead (which will only hold if there are no uses at all..).
534   Liveness Result = MaybeLive;
535   // Check each use.
536   for (const Use &U : V->uses()) {
537     Result = SurveyUse(&U, MaybeLiveUses);
538     if (Result == Live)
539       break;
540   }
541   return Result;
542 }
543
544 // SurveyFunction - This performs the initial survey of the specified function,
545 // checking out whether or not it uses any of its incoming arguments or whether
546 // any callers use the return value.  This fills in the LiveValues set and Uses
547 // map.
548 //
549 // We consider arguments of non-internal functions to be intrinsically alive as
550 // well as arguments to functions which have their "address taken".
551 //
552 void DAE::SurveyFunction(const Function &F) {
553   // Functions with inalloca parameters are expecting args in a particular
554   // register and memory layout.
555   if (F.getAttributes().hasAttrSomewhere(Attribute::InAlloca)) {
556     MarkLive(F);
557     return;
558   }
559
560   // Don't touch naked functions. The assembly might be using an argument, or
561   // otherwise rely on the frame layout in a way that this analysis will not
562   // see.
563   if (F.hasFnAttribute(Attribute::Naked)) {
564     MarkLive(F);
565     return;
566   }
567
568   unsigned RetCount = NumRetVals(&F);
569   // Assume all return values are dead
570   typedef SmallVector<Liveness, 5> RetVals;
571   RetVals RetValLiveness(RetCount, MaybeLive);
572
573   typedef SmallVector<UseVector, 5> RetUses;
574   // These vectors map each return value to the uses that make it MaybeLive, so
575   // we can add those to the Uses map if the return value really turns out to be
576   // MaybeLive. Initialized to a list of RetCount empty lists.
577   RetUses MaybeLiveRetUses(RetCount);
578
579   for (Function::const_iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
580     if (const ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator()))
581       if (RI->getNumOperands() != 0 && RI->getOperand(0)->getType()
582           != F.getFunctionType()->getReturnType()) {
583         // We don't support old style multiple return values.
584         MarkLive(F);
585         return;
586       }
587
588   if (!F.hasLocalLinkage() && (!ShouldHackArguments() || F.isIntrinsic())) {
589     MarkLive(F);
590     return;
591   }
592
593   DEBUG(dbgs() << "DAE - Inspecting callers for fn: " << F.getName() << "\n");
594   // Keep track of the number of live retvals, so we can skip checks once all
595   // of them turn out to be live.
596   unsigned NumLiveRetVals = 0;
597   // Loop all uses of the function.
598   for (const Use &U : F.uses()) {
599     // If the function is PASSED IN as an argument, its address has been
600     // taken.
601     ImmutableCallSite CS(U.getUser());
602     if (!CS || !CS.isCallee(&U)) {
603       MarkLive(F);
604       return;
605     }
606
607     // If this use is anything other than a call site, the function is alive.
608     const Instruction *TheCall = CS.getInstruction();
609     if (!TheCall) {   // Not a direct call site?
610       MarkLive(F);
611       return;
612     }
613
614     // If we end up here, we are looking at a direct call to our function.
615
616     // Now, check how our return value(s) is/are used in this caller. Don't
617     // bother checking return values if all of them are live already.
618     if (NumLiveRetVals == RetCount)
619       continue;
620
621     // Check all uses of the return value.
622     for (const Use &U : TheCall->uses()) {
623       if (ExtractValueInst *Ext = dyn_cast<ExtractValueInst>(U.getUser())) {
624         // This use uses a part of our return value, survey the uses of
625         // that part and store the results for this index only.
626         unsigned Idx = *Ext->idx_begin();
627         if (RetValLiveness[Idx] != Live) {
628           RetValLiveness[Idx] = SurveyUses(Ext, MaybeLiveRetUses[Idx]);
629           if (RetValLiveness[Idx] == Live)
630             NumLiveRetVals++;
631         }
632       } else {
633         // Used by something else than extractvalue. Survey, but assume that the
634         // result applies to all sub-values.
635         UseVector MaybeLiveAggregateUses;
636         if (SurveyUse(&U, MaybeLiveAggregateUses) == Live) {
637           NumLiveRetVals = RetCount;
638           RetValLiveness.assign(RetCount, Live);
639           break;
640         } else {
641           for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i) {
642             if (RetValLiveness[i] != Live)
643               MaybeLiveRetUses[i].append(MaybeLiveAggregateUses.begin(),
644                                          MaybeLiveAggregateUses.end());
645           }
646         }
647       }
648     }
649   }
650
651   // Now we've inspected all callers, record the liveness of our return values.
652   for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
653     MarkValue(CreateRet(&F, i), RetValLiveness[i], MaybeLiveRetUses[i]);
654
655   DEBUG(dbgs() << "DAE - Inspecting args for fn: " << F.getName() << "\n");
656
657   // Now, check all of our arguments.
658   unsigned i = 0;
659   UseVector MaybeLiveArgUses;
660   for (Function::const_arg_iterator AI = F.arg_begin(),
661        E = F.arg_end(); AI != E; ++AI, ++i) {
662     Liveness Result;
663     if (F.getFunctionType()->isVarArg()) {
664       // Variadic functions will already have a va_arg function expanded inside
665       // them, making them potentially very sensitive to ABI changes resulting
666       // from removing arguments entirely, so don't. For example AArch64 handles
667       // register and stack HFAs very differently, and this is reflected in the
668       // IR which has already been generated.
669       Result = Live;
670     } else {
671       // See what the effect of this use is (recording any uses that cause
672       // MaybeLive in MaybeLiveArgUses). 
673       Result = SurveyUses(AI, MaybeLiveArgUses);
674     }
675
676     // Mark the result.
677     MarkValue(CreateArg(&F, i), Result, MaybeLiveArgUses);
678     // Clear the vector again for the next iteration.
679     MaybeLiveArgUses.clear();
680   }
681 }
682
683 /// MarkValue - This function marks the liveness of RA depending on L. If L is
684 /// MaybeLive, it also takes all uses in MaybeLiveUses and records them in Uses,
685 /// such that RA will be marked live if any use in MaybeLiveUses gets marked
686 /// live later on.
687 void DAE::MarkValue(const RetOrArg &RA, Liveness L,
688                     const UseVector &MaybeLiveUses) {
689   switch (L) {
690     case Live: MarkLive(RA); break;
691     case MaybeLive:
692     {
693       // Note any uses of this value, so this return value can be
694       // marked live whenever one of the uses becomes live.
695       for (UseVector::const_iterator UI = MaybeLiveUses.begin(),
696            UE = MaybeLiveUses.end(); UI != UE; ++UI)
697         Uses.insert(std::make_pair(*UI, RA));
698       break;
699     }
700   }
701 }
702
703 /// MarkLive - Mark the given Function as alive, meaning that it cannot be
704 /// changed in any way. Additionally,
705 /// mark any values that are used as this function's parameters or by its return
706 /// values (according to Uses) live as well.
707 void DAE::MarkLive(const Function &F) {
708   DEBUG(dbgs() << "DAE - Intrinsically live fn: " << F.getName() << "\n");
709   // Mark the function as live.
710   LiveFunctions.insert(&F);
711   // Mark all arguments as live.
712   for (unsigned i = 0, e = F.arg_size(); i != e; ++i)
713     PropagateLiveness(CreateArg(&F, i));
714   // Mark all return values as live.
715   for (unsigned i = 0, e = NumRetVals(&F); i != e; ++i)
716     PropagateLiveness(CreateRet(&F, i));
717 }
718
719 /// MarkLive - Mark the given return value or argument as live. Additionally,
720 /// mark any values that are used by this value (according to Uses) live as
721 /// well.
722 void DAE::MarkLive(const RetOrArg &RA) {
723   if (LiveFunctions.count(RA.F))
724     return; // Function was already marked Live.
725
726   if (!LiveValues.insert(RA).second)
727     return; // We were already marked Live.
728
729   DEBUG(dbgs() << "DAE - Marking " << RA.getDescription() << " live\n");
730   PropagateLiveness(RA);
731 }
732
733 /// PropagateLiveness - Given that RA is a live value, propagate it's liveness
734 /// to any other values it uses (according to Uses).
735 void DAE::PropagateLiveness(const RetOrArg &RA) {
736   // We don't use upper_bound (or equal_range) here, because our recursive call
737   // to ourselves is likely to cause the upper_bound (which is the first value
738   // not belonging to RA) to become erased and the iterator invalidated.
739   UseMap::iterator Begin = Uses.lower_bound(RA);
740   UseMap::iterator E = Uses.end();
741   UseMap::iterator I;
742   for (I = Begin; I != E && I->first == RA; ++I)
743     MarkLive(I->second);
744
745   // Erase RA from the Uses map (from the lower bound to wherever we ended up
746   // after the loop).
747   Uses.erase(Begin, I);
748 }
749
750 // RemoveDeadStuffFromFunction - Remove any arguments and return values from F
751 // that are not in LiveValues. Transform the function and all of the callees of
752 // the function to not have these arguments and return values.
753 //
754 bool DAE::RemoveDeadStuffFromFunction(Function *F) {
755   // Don't modify fully live functions
756   if (LiveFunctions.count(F))
757     return false;
758
759   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
760   // the old function, but has fewer arguments and a different return type.
761   FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
762   std::vector<Type*> Params;
763
764   // Keep track of if we have a live 'returned' argument
765   bool HasLiveReturnedArg = false;
766
767   // Set up to build a new list of parameter attributes.
768   SmallVector<AttributeSet, 8> AttributesVec;
769   const AttributeSet &PAL = F->getAttributes();
770
771   // Remember which arguments are still alive.
772   SmallVector<bool, 10> ArgAlive(FTy->getNumParams(), false);
773   // Construct the new parameter list from non-dead arguments. Also construct
774   // a new set of parameter attributes to correspond. Skip the first parameter
775   // attribute, since that belongs to the return value.
776   unsigned i = 0;
777   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
778        I != E; ++I, ++i) {
779     RetOrArg Arg = CreateArg(F, i);
780     if (LiveValues.erase(Arg)) {
781       Params.push_back(I->getType());
782       ArgAlive[i] = true;
783
784       // Get the original parameter attributes (skipping the first one, that is
785       // for the return value.
786       if (PAL.hasAttributes(i + 1)) {
787         AttrBuilder B(PAL, i + 1);
788         if (B.contains(Attribute::Returned))
789           HasLiveReturnedArg = true;
790         AttributesVec.
791           push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Params.size(), B));
792       }
793     } else {
794       ++NumArgumentsEliminated;
795       DEBUG(dbgs() << "DAE - Removing argument " << i << " (" << I->getName()
796             << ") from " << F->getName() << "\n");
797     }
798   }
799
800   // Find out the new return value.
801   Type *RetTy = FTy->getReturnType();
802   Type *NRetTy = nullptr;
803   unsigned RetCount = NumRetVals(F);
804
805   // -1 means unused, other numbers are the new index
806   SmallVector<int, 5> NewRetIdxs(RetCount, -1);
807   std::vector<Type*> RetTypes;
808
809   // If there is a function with a live 'returned' argument but a dead return
810   // value, then there are two possible actions:
811   // 1) Eliminate the return value and take off the 'returned' attribute on the
812   //    argument.
813   // 2) Retain the 'returned' attribute and treat the return value (but not the
814   //    entire function) as live so that it is not eliminated.
815   // 
816   // It's not clear in the general case which option is more profitable because,
817   // even in the absence of explicit uses of the return value, code generation
818   // is free to use the 'returned' attribute to do things like eliding
819   // save/restores of registers across calls. Whether or not this happens is
820   // target and ABI-specific as well as depending on the amount of register
821   // pressure, so there's no good way for an IR-level pass to figure this out.
822   //
823   // Fortunately, the only places where 'returned' is currently generated by
824   // the FE are places where 'returned' is basically free and almost always a
825   // performance win, so the second option can just be used always for now.
826   //
827   // This should be revisited if 'returned' is ever applied more liberally.
828   if (RetTy->isVoidTy() || HasLiveReturnedArg) {
829     NRetTy = RetTy;
830   } else {
831     // Look at each of the original return values individually.
832     for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i) {
833       RetOrArg Ret = CreateRet(F, i);
834       if (LiveValues.erase(Ret)) {
835         RetTypes.push_back(getRetComponentType(F, i));
836         NewRetIdxs[i] = RetTypes.size() - 1;
837       } else {
838         ++NumRetValsEliminated;
839         DEBUG(dbgs() << "DAE - Removing return value " << i << " from "
840               << F->getName() << "\n");
841       }
842     }
843     if (RetTypes.size() > 1) {
844       // More than one return type? Reduce it down to size.
845       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(RetTy)) {
846         // Make the new struct packed if we used to return a packed struct
847         // already.
848         NRetTy = StructType::get(STy->getContext(), RetTypes, STy->isPacked());
849       } else {
850         assert(isa<ArrayType>(RetTy) && "unexpected multi-value return");
851         NRetTy = ArrayType::get(RetTypes[0], RetTypes.size());
852       }
853     } else if (RetTypes.size() == 1)
854       // One return type? Just a simple value then, but only if we didn't use to
855       // return a struct with that simple value before.
856       NRetTy = RetTypes.front();
857     else if (RetTypes.size() == 0)
858       // No return types? Make it void, but only if we didn't use to return {}.
859       NRetTy = Type::getVoidTy(F->getContext());
860   }
861
862   assert(NRetTy && "No new return type found?");
863
864   // The existing function return attributes.
865   AttributeSet RAttrs = PAL.getRetAttributes();
866
867   // Remove any incompatible attributes, but only if we removed all return
868   // values. Otherwise, ensure that we don't have any conflicting attributes
869   // here. Currently, this should not be possible, but special handling might be
870   // required when new return value attributes are added.
871   if (NRetTy->isVoidTy())
872     RAttrs = RAttrs.removeAttributes(NRetTy->getContext(),
873                                      AttributeSet::ReturnIndex,
874                                      AttributeFuncs::typeIncompatible(NRetTy));
875   else
876     assert(!AttrBuilder(RAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
877              overlaps(AttributeFuncs::typeIncompatible(NRetTy)) &&
878            "Return attributes no longer compatible?");
879
880   if (RAttrs.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
881     AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(NRetTy->getContext(), RAttrs));
882
883   if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
884     AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(F->getContext(),
885                                               PAL.getFnAttributes()));
886
887   // Reconstruct the AttributesList based on the vector we constructed.
888   AttributeSet NewPAL = AttributeSet::get(F->getContext(), AttributesVec);
889
890   // Create the new function type based on the recomputed parameters.
891   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(NRetTy, Params, FTy->isVarArg());
892
893   // No change?
894   if (NFTy == FTy)
895     return false;
896
897   // Create the new function body and insert it into the module...
898   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage());
899   NF->copyAttributesFrom(F);
900   NF->setAttributes(NewPAL);
901   // Insert the new function before the old function, so we won't be processing
902   // it again.
903   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
904   NF->takeName(F);
905
906   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
907   // to pass in a smaller number of arguments into the new function.
908   //
909   std::vector<Value*> Args;
910   while (!F->use_empty()) {
911     CallSite CS(F->user_back());
912     Instruction *Call = CS.getInstruction();
913
914     AttributesVec.clear();
915     const AttributeSet &CallPAL = CS.getAttributes();
916
917     // The call return attributes.
918     AttributeSet RAttrs = CallPAL.getRetAttributes();
919
920     // Adjust in case the function was changed to return void.
921     RAttrs = RAttrs.removeAttributes(NRetTy->getContext(),
922                                      AttributeSet::ReturnIndex,
923                         AttributeFuncs::typeIncompatible(NF->getReturnType()));
924     if (RAttrs.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
925       AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(NF->getContext(), RAttrs));
926
927     // Declare these outside of the loops, so we can reuse them for the second
928     // loop, which loops the varargs.
929     CallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin();
930     unsigned i = 0;
931     // Loop over those operands, corresponding to the normal arguments to the
932     // original function, and add those that are still alive.
933     for (unsigned e = FTy->getNumParams(); i != e; ++I, ++i)
934       if (ArgAlive[i]) {
935         Args.push_back(*I);
936         // Get original parameter attributes, but skip return attributes.
937         if (CallPAL.hasAttributes(i + 1)) {
938           AttrBuilder B(CallPAL, i + 1);
939           // If the return type has changed, then get rid of 'returned' on the
940           // call site. The alternative is to make all 'returned' attributes on
941           // call sites keep the return value alive just like 'returned'
942           // attributes on function declaration but it's less clearly a win
943           // and this is not an expected case anyway
944           if (NRetTy != RetTy && B.contains(Attribute::Returned))
945             B.removeAttribute(Attribute::Returned);
946           AttributesVec.
947             push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Args.size(), B));
948         }
949       }
950
951     // Push any varargs arguments on the list. Don't forget their attributes.
952     for (CallSite::arg_iterator E = CS.arg_end(); I != E; ++I, ++i) {
953       Args.push_back(*I);
954       if (CallPAL.hasAttributes(i + 1)) {
955         AttrBuilder B(CallPAL, i + 1);
956         AttributesVec.
957           push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Args.size(), B));
958       }
959     }
960
961     if (CallPAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
962       AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(Call->getContext(),
963                                                 CallPAL.getFnAttributes()));
964
965     // Reconstruct the AttributesList based on the vector we constructed.
966     AttributeSet NewCallPAL = AttributeSet::get(F->getContext(), AttributesVec);
967
968     Instruction *New;
969     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
970       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
971                                Args, "", Call->getParent());
972       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
973       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(NewCallPAL);
974     } else {
975       New = CallInst::Create(NF, Args, "", Call);
976       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
977       cast<CallInst>(New)->setAttributes(NewCallPAL);
978       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
979         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
980     }
981     New->setDebugLoc(Call->getDebugLoc());
982
983     Args.clear();
984
985     if (!Call->use_empty()) {
986       if (New->getType() == Call->getType()) {
987         // Return type not changed? Just replace users then.
988         Call->replaceAllUsesWith(New);
989         New->takeName(Call);
990       } else if (New->getType()->isVoidTy()) {
991         // Our return value has uses, but they will get removed later on.
992         // Replace by null for now.
993         if (!Call->getType()->isX86_MMXTy())
994           Call->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(Call->getType()));
995       } else {
996         assert((RetTy->isStructTy() || RetTy->isArrayTy()) &&
997                "Return type changed, but not into a void. The old return type"
998                " must have been a struct or an array!");
999         Instruction *InsertPt = Call;
1000         if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
1001           BasicBlock *NewEdge = SplitEdge(New->getParent(), II->getNormalDest());
1002           InsertPt = NewEdge->getFirstInsertionPt();
1003         }
1004
1005         // We used to return a struct or array. Instead of doing smart stuff
1006         // with all the uses, we will just rebuild it using extract/insertvalue
1007         // chaining and let instcombine clean that up.
1008         //
1009         // Start out building up our return value from undef
1010         Value *RetVal = UndefValue::get(RetTy);
1011         for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
1012           if (NewRetIdxs[i] != -1) {
1013             Value *V;
1014             if (RetTypes.size() > 1)
1015               // We are still returning a struct, so extract the value from our
1016               // return value
1017               V = ExtractValueInst::Create(New, NewRetIdxs[i], "newret",
1018                                            InsertPt);
1019             else
1020               // We are now returning a single element, so just insert that
1021               V = New;
1022             // Insert the value at the old position
1023             RetVal = InsertValueInst::Create(RetVal, V, i, "oldret", InsertPt);
1024           }
1025         // Now, replace all uses of the old call instruction with the return
1026         // struct we built
1027         Call->replaceAllUsesWith(RetVal);
1028         New->takeName(Call);
1029       }
1030     }
1031
1032     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
1033     // F.
1034     Call->eraseFromParent();
1035   }
1036
1037   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
1038   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
1039   // function empty.
1040   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
1041
1042   // Loop over the argument list, transferring uses of the old arguments over to
1043   // the new arguments, also transferring over the names as well.
1044   i = 0;
1045   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
1046        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I, ++i)
1047     if (ArgAlive[i]) {
1048       // If this is a live argument, move the name and users over to the new
1049       // version.
1050       I->replaceAllUsesWith(I2);
1051       I2->takeName(I);
1052       ++I2;
1053     } else {
1054       // If this argument is dead, replace any uses of it with null constants
1055       // (these are guaranteed to become unused later on).
1056       if (!I->getType()->isX86_MMXTy())
1057         I->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(I->getType()));
1058     }
1059
1060   // If we change the return value of the function we must rewrite any return
1061   // instructions.  Check this now.
1062   if (F->getReturnType() != NF->getReturnType())
1063     for (Function::iterator BB = NF->begin(), E = NF->end(); BB != E; ++BB)
1064       if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
1065         Value *RetVal;
1066
1067         if (NFTy->getReturnType()->isVoidTy()) {
1068           RetVal = nullptr;
1069         } else {
1070           assert(RetTy->isStructTy() || RetTy->isArrayTy());
1071           // The original return value was a struct or array, insert
1072           // extractvalue/insertvalue chains to extract only the values we need
1073           // to return and insert them into our new result.
1074           // This does generate messy code, but we'll let it to instcombine to
1075           // clean that up.
1076           Value *OldRet = RI->getOperand(0);
1077           // Start out building up our return value from undef
1078           RetVal = UndefValue::get(NRetTy);
1079           for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
1080             if (NewRetIdxs[i] != -1) {
1081               ExtractValueInst *EV = ExtractValueInst::Create(OldRet, i,
1082                                                               "oldret", RI);
1083               if (RetTypes.size() > 1) {
1084                 // We're still returning a struct, so reinsert the value into
1085                 // our new return value at the new index
1086
1087                 RetVal = InsertValueInst::Create(RetVal, EV, NewRetIdxs[i],
1088                                                  "newret", RI);
1089               } else {
1090                 // We are now only returning a simple value, so just return the
1091                 // extracted value.
1092                 RetVal = EV;
1093               }
1094             }
1095         }
1096         // Replace the return instruction with one returning the new return
1097         // value (possibly 0 if we became void).
1098         ReturnInst::Create(F->getContext(), RetVal, RI);
1099         BB->getInstList().erase(RI);
1100       }
1101
1102   // Patch the pointer to LLVM function in debug info descriptor.
1103   auto DI = FunctionDIs.find(F);
1104   if (DI != FunctionDIs.end())
1105     DI->second->replaceFunction(NF);
1106
1107   // Now that the old function is dead, delete it.
1108   F->eraseFromParent();
1109
1110   return true;
1111 }
1112
1113 bool DAE::runOnModule(Module &M) {
1114   bool Changed = false;
1115
1116   // Collect debug info descriptors for functions.
1117   FunctionDIs = makeSubprogramMap(M);
1118
1119   // First pass: Do a simple check to see if any functions can have their "..."
1120   // removed.  We can do this if they never call va_start.  This loop cannot be
1121   // fused with the next loop, because deleting a function invalidates
1122   // information computed while surveying other functions.
1123   DEBUG(dbgs() << "DAE - Deleting dead varargs\n");
1124   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ) {
1125     Function &F = *I++;
1126     if (F.getFunctionType()->isVarArg())
1127       Changed |= DeleteDeadVarargs(F);
1128   }
1129
1130   // Second phase:loop through the module, determining which arguments are live.
1131   // We assume all arguments are dead unless proven otherwise (allowing us to
1132   // determine that dead arguments passed into recursive functions are dead).
1133   //
1134   DEBUG(dbgs() << "DAE - Determining liveness\n");
1135   for (auto &F : M)
1136     SurveyFunction(F);
1137
1138   // Now, remove all dead arguments and return values from each function in
1139   // turn.
1140   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ) {
1141     // Increment now, because the function will probably get removed (ie.
1142     // replaced by a new one).
1143     Function *F = I++;
1144     Changed |= RemoveDeadStuffFromFunction(F);
1145   }
1146
1147   // Finally, look for any unused parameters in functions with non-local
1148   // linkage and replace the passed in parameters with undef.
1149   for (auto &F : M)
1150     Changed |= RemoveDeadArgumentsFromCallers(F);
1151
1152   return Changed;
1153 }