1aba3df10dba2f0a02f97d3891c8e5f7eecf80e9
[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 #define DEBUG_TYPE "deadargelim"
21 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
22 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
23 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
24 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
25 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
26 #include "llvm/IR/CallSite.h"
27 #include "llvm/IR/CallingConv.h"
28 #include "llvm/IR/Constant.h"
29 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
30 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
31 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
32 #include "llvm/IR/Instructions.h"
33 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
34 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
35 #include "llvm/IR/Module.h"
36 #include "llvm/Pass.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
39 #include <map>
40 #include <set>
41 using namespace llvm;
42
43 STATISTIC(NumArgumentsEliminated, "Number of unread args removed");
44 STATISTIC(NumRetValsEliminated  , "Number of unused return values removed");
45 STATISTIC(NumArgumentsReplacedWithUndef, 
46           "Number of unread args replaced with undef");
47 namespace {
48   /// DAE - The dead argument elimination pass.
49   ///
50   class DAE : public ModulePass {
51   public:
52
53     /// Struct that represents (part of) either a return value or a function
54     /// argument.  Used so that arguments and return values can be used
55     /// interchangeably.
56     struct RetOrArg {
57       RetOrArg(const Function *F, unsigned Idx, bool IsArg) : F(F), Idx(Idx),
58                IsArg(IsArg) {}
59       const Function *F;
60       unsigned Idx;
61       bool IsArg;
62
63       /// Make RetOrArg comparable, so we can put it into a map.
64       bool operator<(const RetOrArg &O) const {
65         return std::tie(F, Idx, IsArg) < std::tie(O.F, O.Idx, O.IsArg);
66       }
67
68       /// Make RetOrArg comparable, so we can easily iterate the multimap.
69       bool operator==(const RetOrArg &O) const {
70         return F == O.F && Idx == O.Idx && IsArg == O.IsArg;
71       }
72
73       std::string getDescription() const {
74         return std::string((IsArg ? "Argument #" : "Return value #"))
75                + utostr(Idx) + " of function " + F->getName().str();
76       }
77     };
78
79     /// Liveness enum - During our initial pass over the program, we determine
80     /// that things are either alive or maybe alive. We don't mark anything
81     /// explicitly dead (even if we know they are), since anything not alive
82     /// with no registered uses (in Uses) will never be marked alive and will
83     /// thus become dead in the end.
84     enum Liveness { Live, MaybeLive };
85
86     /// Convenience wrapper
87     RetOrArg CreateRet(const Function *F, unsigned Idx) {
88       return RetOrArg(F, Idx, false);
89     }
90     /// Convenience wrapper
91     RetOrArg CreateArg(const Function *F, unsigned Idx) {
92       return RetOrArg(F, Idx, true);
93     }
94
95     typedef std::multimap<RetOrArg, RetOrArg> UseMap;
96     /// This maps a return value or argument to any MaybeLive return values or
97     /// arguments it uses. This allows the MaybeLive values to be marked live
98     /// when any of its users is marked live.
99     /// For example (indices are left out for clarity):
100     ///  - Uses[ret F] = ret G
101     ///    This means that F calls G, and F returns the value returned by G.
102     ///  - Uses[arg F] = ret G
103     ///    This means that some function calls G and passes its result as an
104     ///    argument to F.
105     ///  - Uses[ret F] = arg F
106     ///    This means that F returns one of its own arguments.
107     ///  - Uses[arg F] = arg G
108     ///    This means that G calls F and passes one of its own (G's) arguments
109     ///    directly to F.
110     UseMap Uses;
111
112     typedef std::set<RetOrArg> LiveSet;
113     typedef std::set<const Function*> LiveFuncSet;
114
115     /// This set contains all values that have been determined to be live.
116     LiveSet LiveValues;
117     /// This set contains all values that are cannot be changed in any way.
118     LiveFuncSet LiveFunctions;
119
120     typedef SmallVector<RetOrArg, 5> UseVector;
121
122     // Map each LLVM function to corresponding metadata with debug info. If
123     // the function is replaced with another one, we should patch the pointer
124     // to LLVM function in metadata.
125     // As the code generation for module is finished (and DIBuilder is
126     // finalized) we assume that subprogram descriptors won't be changed, and
127     // they are stored in map for short duration anyway.
128     typedef DenseMap<Function*, DISubprogram> FunctionDIMap;
129     FunctionDIMap FunctionDIs;
130
131   protected:
132     // DAH uses this to specify a different ID.
133     explicit DAE(char &ID) : ModulePass(ID) {}
134
135   public:
136     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
137     DAE() : ModulePass(ID) {
138       initializeDAEPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
139     }
140
141     bool runOnModule(Module &M) override;
142
143     virtual bool ShouldHackArguments() const { return false; }
144
145   private:
146     Liveness MarkIfNotLive(RetOrArg Use, UseVector &MaybeLiveUses);
147     Liveness SurveyUse(const Use *U, UseVector &MaybeLiveUses,
148                        unsigned RetValNum = 0);
149     Liveness SurveyUses(const Value *V, UseVector &MaybeLiveUses);
150
151     void CollectFunctionDIs(Module &M);
152     void SurveyFunction(const Function &F);
153     void MarkValue(const RetOrArg &RA, Liveness L,
154                    const UseVector &MaybeLiveUses);
155     void MarkLive(const RetOrArg &RA);
156     void MarkLive(const Function &F);
157     void PropagateLiveness(const RetOrArg &RA);
158     bool RemoveDeadStuffFromFunction(Function *F);
159     bool DeleteDeadVarargs(Function &Fn);
160     bool RemoveDeadArgumentsFromCallers(Function &Fn);
161   };
162 }
163
164
165 char DAE::ID = 0;
166 INITIALIZE_PASS(DAE, "deadargelim", "Dead Argument Elimination", false, false)
167
168 namespace {
169   /// DAH - DeadArgumentHacking pass - Same as dead argument elimination, but
170   /// deletes arguments to functions which are external.  This is only for use
171   /// by bugpoint.
172   struct DAH : public DAE {
173     static char ID;
174     DAH() : DAE(ID) {}
175
176     bool ShouldHackArguments() const override { return true; }
177   };
178 }
179
180 char DAH::ID = 0;
181 INITIALIZE_PASS(DAH, "deadarghaX0r", 
182                 "Dead Argument Hacking (BUGPOINT USE ONLY; DO NOT USE)",
183                 false, false)
184
185 /// createDeadArgEliminationPass - This pass removes arguments from functions
186 /// which are not used by the body of the function.
187 ///
188 ModulePass *llvm::createDeadArgEliminationPass() { return new DAE(); }
189 ModulePass *llvm::createDeadArgHackingPass() { return new DAH(); }
190
191 /// CollectFunctionDIs - Map each function in the module to its debug info
192 /// descriptor.
193 void DAE::CollectFunctionDIs(Module &M) {
194   FunctionDIs.clear();
195
196   for (Module::named_metadata_iterator I = M.named_metadata_begin(),
197        E = M.named_metadata_end(); I != E; ++I) {
198     NamedMDNode &NMD = *I;
199     for (unsigned MDIndex = 0, MDNum = NMD.getNumOperands();
200          MDIndex < MDNum; ++MDIndex) {
201       MDNode *Node = NMD.getOperand(MDIndex);
202       if (!DIDescriptor(Node).isCompileUnit())
203         continue;
204       DICompileUnit CU(Node);
205       const DIArray &SPs = CU.getSubprograms();
206       for (unsigned SPIndex = 0, SPNum = SPs.getNumElements();
207            SPIndex < SPNum; ++SPIndex) {
208         DISubprogram SP(SPs.getElement(SPIndex));
209         assert((!SP || SP.isSubprogram()) &&
210           "A MDNode in subprograms of a CU should be null or a DISubprogram.");
211         if (!SP)
212           continue;
213         if (Function *F = SP.getFunction())
214           FunctionDIs[F] = SP;
215       }
216     }
217   }
218 }
219
220 /// DeleteDeadVarargs - If this is an function that takes a ... list, and if
221 /// llvm.vastart is never called, the varargs list is dead for the function.
222 bool DAE::DeleteDeadVarargs(Function &Fn) {
223   assert(Fn.getFunctionType()->isVarArg() && "Function isn't varargs!");
224   if (Fn.isDeclaration() || !Fn.hasLocalLinkage()) return false;
225
226   // Ensure that the function is only directly called.
227   if (Fn.hasAddressTaken())
228     return false;
229
230   // Okay, we know we can transform this function if safe.  Scan its body
231   // looking for calls to llvm.vastart.
232   for (Function::iterator BB = Fn.begin(), E = Fn.end(); BB != E; ++BB) {
233     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
234       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
235         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::vastart)
236           return false;
237       }
238     }
239   }
240
241   // If we get here, there are no calls to llvm.vastart in the function body,
242   // remove the "..." and adjust all the calls.
243
244   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
245   // the old function, but doesn't have isVarArg set.
246   FunctionType *FTy = Fn.getFunctionType();
247
248   std::vector<Type*> Params(FTy->param_begin(), FTy->param_end());
249   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(FTy->getReturnType(),
250                                                 Params, false);
251   unsigned NumArgs = Params.size();
252
253   // Create the new function body and insert it into the module...
254   Function *NF = Function::Create(NFTy, Fn.getLinkage());
255   NF->copyAttributesFrom(&Fn);
256   Fn.getParent()->getFunctionList().insert(&Fn, NF);
257   NF->takeName(&Fn);
258
259   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
260   // to pass in a smaller number of arguments into the new function.
261   //
262   std::vector<Value*> Args;
263   for (Value::user_iterator I = Fn.user_begin(), E = Fn.user_end(); I != E; ) {
264     CallSite CS(*I++);
265     if (!CS)
266       continue;
267     Instruction *Call = CS.getInstruction();
268
269     // Pass all the same arguments.
270     Args.assign(CS.arg_begin(), CS.arg_begin() + NumArgs);
271
272     // Drop any attributes that were on the vararg arguments.
273     AttributeSet PAL = CS.getAttributes();
274     if (!PAL.isEmpty() && PAL.getSlotIndex(PAL.getNumSlots() - 1) > NumArgs) {
275       SmallVector<AttributeSet, 8> AttributesVec;
276       for (unsigned i = 0; PAL.getSlotIndex(i) <= NumArgs; ++i)
277         AttributesVec.push_back(PAL.getSlotAttributes(i));
278       if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
279         AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(Fn.getContext(),
280                                                   PAL.getFnAttributes()));
281       PAL = AttributeSet::get(Fn.getContext(), AttributesVec);
282     }
283
284     Instruction *New;
285     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
286       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
287                                Args, "", Call);
288       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
289       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(PAL);
290     } else {
291       New = CallInst::Create(NF, Args, "", Call);
292       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
293       cast<CallInst>(New)->setAttributes(PAL);
294       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
295         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
296     }
297     New->setDebugLoc(Call->getDebugLoc());
298
299     Args.clear();
300
301     if (!Call->use_empty())
302       Call->replaceAllUsesWith(New);
303
304     New->takeName(Call);
305
306     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
307     // F.
308     Call->eraseFromParent();
309   }
310
311   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
312   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
313   // function empty.
314   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), Fn.getBasicBlockList());
315
316   // Loop over the argument list, transferring uses of the old arguments over to
317   // the new arguments, also transferring over the names as well.  While we're at
318   // it, remove the dead arguments from the DeadArguments list.
319   //
320   for (Function::arg_iterator I = Fn.arg_begin(), E = Fn.arg_end(),
321        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I, ++I2) {
322     // Move the name and users over to the new version.
323     I->replaceAllUsesWith(I2);
324     I2->takeName(I);
325   }
326
327   // Patch the pointer to LLVM function in debug info descriptor.
328   FunctionDIMap::iterator DI = FunctionDIs.find(&Fn);
329   if (DI != FunctionDIs.end())
330     DI->second.replaceFunction(NF);
331
332   // Fix up any BlockAddresses that refer to the function.
333   Fn.replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(NF, Fn.getType()));
334   // Delete the bitcast that we just created, so that NF does not
335   // appear to be address-taken.
336   NF->removeDeadConstantUsers();
337   // Finally, nuke the old function.
338   Fn.eraseFromParent();
339   return true;
340 }
341
342 /// RemoveDeadArgumentsFromCallers - Checks if the given function has any 
343 /// arguments that are unused, and changes the caller parameters to be undefined
344 /// instead.
345 bool DAE::RemoveDeadArgumentsFromCallers(Function &Fn)
346 {
347   if (Fn.isDeclaration() || Fn.mayBeOverridden())
348     return false;
349
350   // Functions with local linkage should already have been handled, except the
351   // fragile (variadic) ones which we can improve here.
352   if (Fn.hasLocalLinkage() && !Fn.getFunctionType()->isVarArg())
353     return false;
354
355   // If a function seen at compile time is not necessarily the one linked to
356   // the binary being built, it is illegal to change the actual arguments
357   // passed to it. These functions can be captured by isWeakForLinker().
358   // *NOTE* that mayBeOverridden() is insufficient for this purpose as it
359   // doesn't include linkage types like AvailableExternallyLinkage and
360   // LinkOnceODRLinkage. Take link_odr* as an example, it indicates a set of
361   // *EQUIVALENT* globals that can be merged at link-time. However, the
362   // semantic of *EQUIVALENT*-functions includes parameters. Changing
363   // parameters breaks this assumption.
364   //
365   if (Fn.isWeakForLinker())
366     return false;
367
368   if (Fn.use_empty())
369     return false;
370
371   SmallVector<unsigned, 8> UnusedArgs;
372   for (Function::arg_iterator I = Fn.arg_begin(), E = Fn.arg_end(); 
373        I != E; ++I) {
374     Argument *Arg = I;
375
376     if (Arg->use_empty() && !Arg->hasByValOrInAllocaAttr())
377       UnusedArgs.push_back(Arg->getArgNo());
378   }
379
380   if (UnusedArgs.empty())
381     return false;
382
383   bool Changed = false;
384
385   for (Use &U : Fn.uses()) {
386     CallSite CS(U.getUser());
387     if (!CS || !CS.isCallee(&U))
388       continue;
389
390     // Now go through all unused args and replace them with "undef".
391     for (unsigned I = 0, E = UnusedArgs.size(); I != E; ++I) {
392       unsigned ArgNo = UnusedArgs[I];
393
394       Value *Arg = CS.getArgument(ArgNo);
395       CS.setArgument(ArgNo, UndefValue::get(Arg->getType()));
396       ++NumArgumentsReplacedWithUndef;
397       Changed = true;
398     }
399   }
400
401   return Changed;
402 }
403
404 /// Convenience function that returns the number of return values. It returns 0
405 /// for void functions and 1 for functions not returning a struct. It returns
406 /// the number of struct elements for functions returning a struct.
407 static unsigned NumRetVals(const Function *F) {
408   if (F->getReturnType()->isVoidTy())
409     return 0;
410   else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(F->getReturnType()))
411     return STy->getNumElements();
412   else
413     return 1;
414 }
415
416 /// MarkIfNotLive - This checks Use for liveness in LiveValues. If Use is not
417 /// live, it adds Use to the MaybeLiveUses argument. Returns the determined
418 /// liveness of Use.
419 DAE::Liveness DAE::MarkIfNotLive(RetOrArg Use, UseVector &MaybeLiveUses) {
420   // We're live if our use or its Function is already marked as live.
421   if (LiveFunctions.count(Use.F) || LiveValues.count(Use))
422     return Live;
423
424   // We're maybe live otherwise, but remember that we must become live if
425   // Use becomes live.
426   MaybeLiveUses.push_back(Use);
427   return MaybeLive;
428 }
429
430
431 /// SurveyUse - This looks at a single use of an argument or return value
432 /// and determines if it should be alive or not. Adds this use to MaybeLiveUses
433 /// if it causes the used value to become MaybeLive.
434 ///
435 /// RetValNum is the return value number to use when this use is used in a
436 /// return instruction. This is used in the recursion, you should always leave
437 /// it at 0.
438 DAE::Liveness DAE::SurveyUse(const Use *U,
439                              UseVector &MaybeLiveUses, unsigned RetValNum) {
440     const User *V = U->getUser();
441     if (const ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(V)) {
442       // The value is returned from a function. It's only live when the
443       // function's return value is live. We use RetValNum here, for the case
444       // that U is really a use of an insertvalue instruction that uses the
445       // original Use.
446       RetOrArg Use = CreateRet(RI->getParent()->getParent(), RetValNum);
447       // We might be live, depending on the liveness of Use.
448       return MarkIfNotLive(Use, MaybeLiveUses);
449     }
450     if (const InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
451       if (U->getOperandNo() != InsertValueInst::getAggregateOperandIndex()
452           && IV->hasIndices())
453         // The use we are examining is inserted into an aggregate. Our liveness
454         // depends on all uses of that aggregate, but if it is used as a return
455         // value, only index at which we were inserted counts.
456         RetValNum = *IV->idx_begin();
457
458       // Note that if we are used as the aggregate operand to the insertvalue,
459       // we don't change RetValNum, but do survey all our uses.
460
461       Liveness Result = MaybeLive;
462       for (const Use &UU : IV->uses()) {
463         Result = SurveyUse(&UU, MaybeLiveUses, RetValNum);
464         if (Result == Live)
465           break;
466       }
467       return Result;
468     }
469
470     if (ImmutableCallSite CS = V) {
471       const Function *F = CS.getCalledFunction();
472       if (F) {
473         // Used in a direct call.
474
475         // Find the argument number. We know for sure that this use is an
476         // argument, since if it was the function argument this would be an
477         // indirect call and the we know can't be looking at a value of the
478         // label type (for the invoke instruction).
479         unsigned ArgNo = CS.getArgumentNo(U);
480
481         if (ArgNo >= F->getFunctionType()->getNumParams())
482           // The value is passed in through a vararg! Must be live.
483           return Live;
484
485         assert(CS.getArgument(ArgNo)
486                == CS->getOperand(U->getOperandNo())
487                && "Argument is not where we expected it");
488
489         // Value passed to a normal call. It's only live when the corresponding
490         // argument to the called function turns out live.
491         RetOrArg Use = CreateArg(F, ArgNo);
492         return MarkIfNotLive(Use, MaybeLiveUses);
493       }
494     }
495     // Used in any other way? Value must be live.
496     return Live;
497 }
498
499 /// SurveyUses - This looks at all the uses of the given value
500 /// Returns the Liveness deduced from the uses of this value.
501 ///
502 /// Adds all uses that cause the result to be MaybeLive to MaybeLiveRetUses. If
503 /// the result is Live, MaybeLiveUses might be modified but its content should
504 /// be ignored (since it might not be complete).
505 DAE::Liveness DAE::SurveyUses(const Value *V, UseVector &MaybeLiveUses) {
506   // Assume it's dead (which will only hold if there are no uses at all..).
507   Liveness Result = MaybeLive;
508   // Check each use.
509   for (const Use &U : V->uses()) {
510     Result = SurveyUse(&U, MaybeLiveUses);
511     if (Result == Live)
512       break;
513   }
514   return Result;
515 }
516
517 // SurveyFunction - This performs the initial survey of the specified function,
518 // checking out whether or not it uses any of its incoming arguments or whether
519 // any callers use the return value.  This fills in the LiveValues set and Uses
520 // map.
521 //
522 // We consider arguments of non-internal functions to be intrinsically alive as
523 // well as arguments to functions which have their "address taken".
524 //
525 void DAE::SurveyFunction(const Function &F) {
526   // Functions with inalloca parameters are expecting args in a particular
527   // register and memory layout.
528   if (F.getAttributes().hasAttrSomewhere(Attribute::InAlloca)) {
529     MarkLive(F);
530     return;
531   }
532
533   unsigned RetCount = NumRetVals(&F);
534   // Assume all return values are dead
535   typedef SmallVector<Liveness, 5> RetVals;
536   RetVals RetValLiveness(RetCount, MaybeLive);
537
538   typedef SmallVector<UseVector, 5> RetUses;
539   // These vectors map each return value to the uses that make it MaybeLive, so
540   // we can add those to the Uses map if the return value really turns out to be
541   // MaybeLive. Initialized to a list of RetCount empty lists.
542   RetUses MaybeLiveRetUses(RetCount);
543
544   for (Function::const_iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
545     if (const ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator()))
546       if (RI->getNumOperands() != 0 && RI->getOperand(0)->getType()
547           != F.getFunctionType()->getReturnType()) {
548         // We don't support old style multiple return values.
549         MarkLive(F);
550         return;
551       }
552
553   if (!F.hasLocalLinkage() && (!ShouldHackArguments() || F.isIntrinsic())) {
554     MarkLive(F);
555     return;
556   }
557
558   DEBUG(dbgs() << "DAE - Inspecting callers for fn: " << F.getName() << "\n");
559   // Keep track of the number of live retvals, so we can skip checks once all
560   // of them turn out to be live.
561   unsigned NumLiveRetVals = 0;
562   Type *STy = dyn_cast<StructType>(F.getReturnType());
563   // Loop all uses of the function.
564   for (const Use &U : F.uses()) {
565     // If the function is PASSED IN as an argument, its address has been
566     // taken.
567     ImmutableCallSite CS(U.getUser());
568     if (!CS || !CS.isCallee(&U)) {
569       MarkLive(F);
570       return;
571     }
572
573     // If this use is anything other than a call site, the function is alive.
574     const Instruction *TheCall = CS.getInstruction();
575     if (!TheCall) {   // Not a direct call site?
576       MarkLive(F);
577       return;
578     }
579
580     // If we end up here, we are looking at a direct call to our function.
581
582     // Now, check how our return value(s) is/are used in this caller. Don't
583     // bother checking return values if all of them are live already.
584     if (NumLiveRetVals != RetCount) {
585       if (STy) {
586         // Check all uses of the return value.
587         for (const User *U : TheCall->users()) {
588           const ExtractValueInst *Ext = dyn_cast<ExtractValueInst>(U);
589           if (Ext && Ext->hasIndices()) {
590             // This use uses a part of our return value, survey the uses of
591             // that part and store the results for this index only.
592             unsigned Idx = *Ext->idx_begin();
593             if (RetValLiveness[Idx] != Live) {
594               RetValLiveness[Idx] = SurveyUses(Ext, MaybeLiveRetUses[Idx]);
595               if (RetValLiveness[Idx] == Live)
596                 NumLiveRetVals++;
597             }
598           } else {
599             // Used by something else than extractvalue. Mark all return
600             // values as live.
601             for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i )
602               RetValLiveness[i] = Live;
603             NumLiveRetVals = RetCount;
604             break;
605           }
606         }
607       } else {
608         // Single return value
609         RetValLiveness[0] = SurveyUses(TheCall, MaybeLiveRetUses[0]);
610         if (RetValLiveness[0] == Live)
611           NumLiveRetVals = RetCount;
612       }
613     }
614   }
615
616   // Now we've inspected all callers, record the liveness of our return values.
617   for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
618     MarkValue(CreateRet(&F, i), RetValLiveness[i], MaybeLiveRetUses[i]);
619
620   DEBUG(dbgs() << "DAE - Inspecting args for fn: " << F.getName() << "\n");
621
622   // Now, check all of our arguments.
623   unsigned i = 0;
624   UseVector MaybeLiveArgUses;
625   for (Function::const_arg_iterator AI = F.arg_begin(),
626        E = F.arg_end(); AI != E; ++AI, ++i) {
627     Liveness Result;
628     if (F.getFunctionType()->isVarArg()) {
629       // Variadic functions will already have a va_arg function expanded inside
630       // them, making them potentially very sensitive to ABI changes resulting
631       // from removing arguments entirely, so don't. For example AArch64 handles
632       // register and stack HFAs very differently, and this is reflected in the
633       // IR which has already been generated.
634       Result = Live;
635     } else {
636       // See what the effect of this use is (recording any uses that cause
637       // MaybeLive in MaybeLiveArgUses). 
638       Result = SurveyUses(AI, MaybeLiveArgUses);
639     }
640
641     // Mark the result.
642     MarkValue(CreateArg(&F, i), Result, MaybeLiveArgUses);
643     // Clear the vector again for the next iteration.
644     MaybeLiveArgUses.clear();
645   }
646 }
647
648 /// MarkValue - This function marks the liveness of RA depending on L. If L is
649 /// MaybeLive, it also takes all uses in MaybeLiveUses and records them in Uses,
650 /// such that RA will be marked live if any use in MaybeLiveUses gets marked
651 /// live later on.
652 void DAE::MarkValue(const RetOrArg &RA, Liveness L,
653                     const UseVector &MaybeLiveUses) {
654   switch (L) {
655     case Live: MarkLive(RA); break;
656     case MaybeLive:
657     {
658       // Note any uses of this value, so this return value can be
659       // marked live whenever one of the uses becomes live.
660       for (UseVector::const_iterator UI = MaybeLiveUses.begin(),
661            UE = MaybeLiveUses.end(); UI != UE; ++UI)
662         Uses.insert(std::make_pair(*UI, RA));
663       break;
664     }
665   }
666 }
667
668 /// MarkLive - Mark the given Function as alive, meaning that it cannot be
669 /// changed in any way. Additionally,
670 /// mark any values that are used as this function's parameters or by its return
671 /// values (according to Uses) live as well.
672 void DAE::MarkLive(const Function &F) {
673   DEBUG(dbgs() << "DAE - Intrinsically live fn: " << F.getName() << "\n");
674   // Mark the function as live.
675   LiveFunctions.insert(&F);
676   // Mark all arguments as live.
677   for (unsigned i = 0, e = F.arg_size(); i != e; ++i)
678     PropagateLiveness(CreateArg(&F, i));
679   // Mark all return values as live.
680   for (unsigned i = 0, e = NumRetVals(&F); i != e; ++i)
681     PropagateLiveness(CreateRet(&F, i));
682 }
683
684 /// MarkLive - Mark the given return value or argument as live. Additionally,
685 /// mark any values that are used by this value (according to Uses) live as
686 /// well.
687 void DAE::MarkLive(const RetOrArg &RA) {
688   if (LiveFunctions.count(RA.F))
689     return; // Function was already marked Live.
690
691   if (!LiveValues.insert(RA).second)
692     return; // We were already marked Live.
693
694   DEBUG(dbgs() << "DAE - Marking " << RA.getDescription() << " live\n");
695   PropagateLiveness(RA);
696 }
697
698 /// PropagateLiveness - Given that RA is a live value, propagate it's liveness
699 /// to any other values it uses (according to Uses).
700 void DAE::PropagateLiveness(const RetOrArg &RA) {
701   // We don't use upper_bound (or equal_range) here, because our recursive call
702   // to ourselves is likely to cause the upper_bound (which is the first value
703   // not belonging to RA) to become erased and the iterator invalidated.
704   UseMap::iterator Begin = Uses.lower_bound(RA);
705   UseMap::iterator E = Uses.end();
706   UseMap::iterator I;
707   for (I = Begin; I != E && I->first == RA; ++I)
708     MarkLive(I->second);
709
710   // Erase RA from the Uses map (from the lower bound to wherever we ended up
711   // after the loop).
712   Uses.erase(Begin, I);
713 }
714
715 // RemoveDeadStuffFromFunction - Remove any arguments and return values from F
716 // that are not in LiveValues. Transform the function and all of the callees of
717 // the function to not have these arguments and return values.
718 //
719 bool DAE::RemoveDeadStuffFromFunction(Function *F) {
720   // Don't modify fully live functions
721   if (LiveFunctions.count(F))
722     return false;
723
724   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
725   // the old function, but has fewer arguments and a different return type.
726   FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
727   std::vector<Type*> Params;
728
729   // Keep track of if we have a live 'returned' argument
730   bool HasLiveReturnedArg = false;
731
732   // Set up to build a new list of parameter attributes.
733   SmallVector<AttributeSet, 8> AttributesVec;
734   const AttributeSet &PAL = F->getAttributes();
735
736   // Remember which arguments are still alive.
737   SmallVector<bool, 10> ArgAlive(FTy->getNumParams(), false);
738   // Construct the new parameter list from non-dead arguments. Also construct
739   // a new set of parameter attributes to correspond. Skip the first parameter
740   // attribute, since that belongs to the return value.
741   unsigned i = 0;
742   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
743        I != E; ++I, ++i) {
744     RetOrArg Arg = CreateArg(F, i);
745     if (LiveValues.erase(Arg)) {
746       Params.push_back(I->getType());
747       ArgAlive[i] = true;
748
749       // Get the original parameter attributes (skipping the first one, that is
750       // for the return value.
751       if (PAL.hasAttributes(i + 1)) {
752         AttrBuilder B(PAL, i + 1);
753         if (B.contains(Attribute::Returned))
754           HasLiveReturnedArg = true;
755         AttributesVec.
756           push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Params.size(), B));
757       }
758     } else {
759       ++NumArgumentsEliminated;
760       DEBUG(dbgs() << "DAE - Removing argument " << i << " (" << I->getName()
761             << ") from " << F->getName() << "\n");
762     }
763   }
764
765   // Find out the new return value.
766   Type *RetTy = FTy->getReturnType();
767   Type *NRetTy = NULL;
768   unsigned RetCount = NumRetVals(F);
769
770   // -1 means unused, other numbers are the new index
771   SmallVector<int, 5> NewRetIdxs(RetCount, -1);
772   std::vector<Type*> RetTypes;
773
774   // If there is a function with a live 'returned' argument but a dead return
775   // value, then there are two possible actions:
776   // 1) Eliminate the return value and take off the 'returned' attribute on the
777   //    argument.
778   // 2) Retain the 'returned' attribute and treat the return value (but not the
779   //    entire function) as live so that it is not eliminated.
780   // 
781   // It's not clear in the general case which option is more profitable because,
782   // even in the absence of explicit uses of the return value, code generation
783   // is free to use the 'returned' attribute to do things like eliding
784   // save/restores of registers across calls. Whether or not this happens is
785   // target and ABI-specific as well as depending on the amount of register
786   // pressure, so there's no good way for an IR-level pass to figure this out.
787   //
788   // Fortunately, the only places where 'returned' is currently generated by
789   // the FE are places where 'returned' is basically free and almost always a
790   // performance win, so the second option can just be used always for now.
791   //
792   // This should be revisited if 'returned' is ever applied more liberally.
793   if (RetTy->isVoidTy() || HasLiveReturnedArg) {
794     NRetTy = RetTy;
795   } else {
796     StructType *STy = dyn_cast<StructType>(RetTy);
797     if (STy)
798       // Look at each of the original return values individually.
799       for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i) {
800         RetOrArg Ret = CreateRet(F, i);
801         if (LiveValues.erase(Ret)) {
802           RetTypes.push_back(STy->getElementType(i));
803           NewRetIdxs[i] = RetTypes.size() - 1;
804         } else {
805           ++NumRetValsEliminated;
806           DEBUG(dbgs() << "DAE - Removing return value " << i << " from "
807                 << F->getName() << "\n");
808         }
809       }
810     else
811       // We used to return a single value.
812       if (LiveValues.erase(CreateRet(F, 0))) {
813         RetTypes.push_back(RetTy);
814         NewRetIdxs[0] = 0;
815       } else {
816         DEBUG(dbgs() << "DAE - Removing return value from " << F->getName()
817               << "\n");
818         ++NumRetValsEliminated;
819       }
820     if (RetTypes.size() > 1)
821       // More than one return type? Return a struct with them. Also, if we used
822       // to return a struct and didn't change the number of return values,
823       // return a struct again. This prevents changing {something} into
824       // something and {} into void.
825       // Make the new struct packed if we used to return a packed struct
826       // already.
827       NRetTy = StructType::get(STy->getContext(), RetTypes, STy->isPacked());
828     else if (RetTypes.size() == 1)
829       // One return type? Just a simple value then, but only if we didn't use to
830       // return a struct with that simple value before.
831       NRetTy = RetTypes.front();
832     else if (RetTypes.size() == 0)
833       // No return types? Make it void, but only if we didn't use to return {}.
834       NRetTy = Type::getVoidTy(F->getContext());
835   }
836
837   assert(NRetTy && "No new return type found?");
838
839   // The existing function return attributes.
840   AttributeSet RAttrs = PAL.getRetAttributes();
841
842   // Remove any incompatible attributes, but only if we removed all return
843   // values. Otherwise, ensure that we don't have any conflicting attributes
844   // here. Currently, this should not be possible, but special handling might be
845   // required when new return value attributes are added.
846   if (NRetTy->isVoidTy())
847     RAttrs =
848       AttributeSet::get(NRetTy->getContext(), AttributeSet::ReturnIndex,
849                         AttrBuilder(RAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
850          removeAttributes(AttributeFuncs::
851                           typeIncompatible(NRetTy, AttributeSet::ReturnIndex),
852                           AttributeSet::ReturnIndex));
853   else
854     assert(!AttrBuilder(RAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
855              hasAttributes(AttributeFuncs::
856                            typeIncompatible(NRetTy, AttributeSet::ReturnIndex),
857                            AttributeSet::ReturnIndex) &&
858            "Return attributes no longer compatible?");
859
860   if (RAttrs.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
861     AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(NRetTy->getContext(), RAttrs));
862
863   if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
864     AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(F->getContext(),
865                                               PAL.getFnAttributes()));
866
867   // Reconstruct the AttributesList based on the vector we constructed.
868   AttributeSet NewPAL = AttributeSet::get(F->getContext(), AttributesVec);
869
870   // Create the new function type based on the recomputed parameters.
871   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(NRetTy, Params, FTy->isVarArg());
872
873   // No change?
874   if (NFTy == FTy)
875     return false;
876
877   // Create the new function body and insert it into the module...
878   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage());
879   NF->copyAttributesFrom(F);
880   NF->setAttributes(NewPAL);
881   // Insert the new function before the old function, so we won't be processing
882   // it again.
883   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
884   NF->takeName(F);
885
886   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
887   // to pass in a smaller number of arguments into the new function.
888   //
889   std::vector<Value*> Args;
890   while (!F->use_empty()) {
891     CallSite CS(F->user_back());
892     Instruction *Call = CS.getInstruction();
893
894     AttributesVec.clear();
895     const AttributeSet &CallPAL = CS.getAttributes();
896
897     // The call return attributes.
898     AttributeSet RAttrs = CallPAL.getRetAttributes();
899
900     // Adjust in case the function was changed to return void.
901     RAttrs =
902       AttributeSet::get(NF->getContext(), AttributeSet::ReturnIndex,
903                         AttrBuilder(RAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
904         removeAttributes(AttributeFuncs::
905                          typeIncompatible(NF->getReturnType(),
906                                           AttributeSet::ReturnIndex),
907                          AttributeSet::ReturnIndex));
908     if (RAttrs.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
909       AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(NF->getContext(), RAttrs));
910
911     // Declare these outside of the loops, so we can reuse them for the second
912     // loop, which loops the varargs.
913     CallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin();
914     unsigned i = 0;
915     // Loop over those operands, corresponding to the normal arguments to the
916     // original function, and add those that are still alive.
917     for (unsigned e = FTy->getNumParams(); i != e; ++I, ++i)
918       if (ArgAlive[i]) {
919         Args.push_back(*I);
920         // Get original parameter attributes, but skip return attributes.
921         if (CallPAL.hasAttributes(i + 1)) {
922           AttrBuilder B(CallPAL, i + 1);
923           // If the return type has changed, then get rid of 'returned' on the
924           // call site. The alternative is to make all 'returned' attributes on
925           // call sites keep the return value alive just like 'returned'
926           // attributes on function declaration but it's less clearly a win
927           // and this is not an expected case anyway
928           if (NRetTy != RetTy && B.contains(Attribute::Returned))
929             B.removeAttribute(Attribute::Returned);
930           AttributesVec.
931             push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Args.size(), B));
932         }
933       }
934
935     // Push any varargs arguments on the list. Don't forget their attributes.
936     for (CallSite::arg_iterator E = CS.arg_end(); I != E; ++I, ++i) {
937       Args.push_back(*I);
938       if (CallPAL.hasAttributes(i + 1)) {
939         AttrBuilder B(CallPAL, i + 1);
940         AttributesVec.
941           push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Args.size(), B));
942       }
943     }
944
945     if (CallPAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
946       AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(Call->getContext(),
947                                                 CallPAL.getFnAttributes()));
948
949     // Reconstruct the AttributesList based on the vector we constructed.
950     AttributeSet NewCallPAL = AttributeSet::get(F->getContext(), AttributesVec);
951
952     Instruction *New;
953     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
954       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
955                                Args, "", Call);
956       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
957       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(NewCallPAL);
958     } else {
959       New = CallInst::Create(NF, Args, "", Call);
960       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
961       cast<CallInst>(New)->setAttributes(NewCallPAL);
962       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
963         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
964     }
965     New->setDebugLoc(Call->getDebugLoc());
966
967     Args.clear();
968
969     if (!Call->use_empty()) {
970       if (New->getType() == Call->getType()) {
971         // Return type not changed? Just replace users then.
972         Call->replaceAllUsesWith(New);
973         New->takeName(Call);
974       } else if (New->getType()->isVoidTy()) {
975         // Our return value has uses, but they will get removed later on.
976         // Replace by null for now.
977         if (!Call->getType()->isX86_MMXTy())
978           Call->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(Call->getType()));
979       } else {
980         assert(RetTy->isStructTy() &&
981                "Return type changed, but not into a void. The old return type"
982                " must have been a struct!");
983         Instruction *InsertPt = Call;
984         if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
985           BasicBlock::iterator IP = II->getNormalDest()->begin();
986           while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
987           InsertPt = IP;
988         }
989
990         // We used to return a struct. Instead of doing smart stuff with all the
991         // uses of this struct, we will just rebuild it using
992         // extract/insertvalue chaining and let instcombine clean that up.
993         //
994         // Start out building up our return value from undef
995         Value *RetVal = UndefValue::get(RetTy);
996         for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
997           if (NewRetIdxs[i] != -1) {
998             Value *V;
999             if (RetTypes.size() > 1)
1000               // We are still returning a struct, so extract the value from our
1001               // return value
1002               V = ExtractValueInst::Create(New, NewRetIdxs[i], "newret",
1003                                            InsertPt);
1004             else
1005               // We are now returning a single element, so just insert that
1006               V = New;
1007             // Insert the value at the old position
1008             RetVal = InsertValueInst::Create(RetVal, V, i, "oldret", InsertPt);
1009           }
1010         // Now, replace all uses of the old call instruction with the return
1011         // struct we built
1012         Call->replaceAllUsesWith(RetVal);
1013         New->takeName(Call);
1014       }
1015     }
1016
1017     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
1018     // F.
1019     Call->eraseFromParent();
1020   }
1021
1022   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
1023   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
1024   // function empty.
1025   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
1026
1027   // Loop over the argument list, transferring uses of the old arguments over to
1028   // the new arguments, also transferring over the names as well.
1029   i = 0;
1030   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
1031        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I, ++i)
1032     if (ArgAlive[i]) {
1033       // If this is a live argument, move the name and users over to the new
1034       // version.
1035       I->replaceAllUsesWith(I2);
1036       I2->takeName(I);
1037       ++I2;
1038     } else {
1039       // If this argument is dead, replace any uses of it with null constants
1040       // (these are guaranteed to become unused later on).
1041       if (!I->getType()->isX86_MMXTy())
1042         I->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(I->getType()));
1043     }
1044
1045   // If we change the return value of the function we must rewrite any return
1046   // instructions.  Check this now.
1047   if (F->getReturnType() != NF->getReturnType())
1048     for (Function::iterator BB = NF->begin(), E = NF->end(); BB != E; ++BB)
1049       if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
1050         Value *RetVal;
1051
1052         if (NFTy->getReturnType()->isVoidTy()) {
1053           RetVal = 0;
1054         } else {
1055           assert (RetTy->isStructTy());
1056           // The original return value was a struct, insert
1057           // extractvalue/insertvalue chains to extract only the values we need
1058           // to return and insert them into our new result.
1059           // This does generate messy code, but we'll let it to instcombine to
1060           // clean that up.
1061           Value *OldRet = RI->getOperand(0);
1062           // Start out building up our return value from undef
1063           RetVal = UndefValue::get(NRetTy);
1064           for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
1065             if (NewRetIdxs[i] != -1) {
1066               ExtractValueInst *EV = ExtractValueInst::Create(OldRet, i,
1067                                                               "oldret", RI);
1068               if (RetTypes.size() > 1) {
1069                 // We're still returning a struct, so reinsert the value into
1070                 // our new return value at the new index
1071
1072                 RetVal = InsertValueInst::Create(RetVal, EV, NewRetIdxs[i],
1073                                                  "newret", RI);
1074               } else {
1075                 // We are now only returning a simple value, so just return the
1076                 // extracted value.
1077                 RetVal = EV;
1078               }
1079             }
1080         }
1081         // Replace the return instruction with one returning the new return
1082         // value (possibly 0 if we became void).
1083         ReturnInst::Create(F->getContext(), RetVal, RI);
1084         BB->getInstList().erase(RI);
1085       }
1086
1087   // Patch the pointer to LLVM function in debug info descriptor.
1088   FunctionDIMap::iterator DI = FunctionDIs.find(F);
1089   if (DI != FunctionDIs.end())
1090     DI->second.replaceFunction(NF);
1091
1092   // Now that the old function is dead, delete it.
1093   F->eraseFromParent();
1094
1095   return true;
1096 }
1097
1098 bool DAE::runOnModule(Module &M) {
1099   bool Changed = false;
1100
1101   // Collect debug info descriptors for functions.
1102   CollectFunctionDIs(M);
1103
1104   // First pass: Do a simple check to see if any functions can have their "..."
1105   // removed.  We can do this if they never call va_start.  This loop cannot be
1106   // fused with the next loop, because deleting a function invalidates
1107   // information computed while surveying other functions.
1108   DEBUG(dbgs() << "DAE - Deleting dead varargs\n");
1109   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ) {
1110     Function &F = *I++;
1111     if (F.getFunctionType()->isVarArg())
1112       Changed |= DeleteDeadVarargs(F);
1113   }
1114
1115   // Second phase:loop through the module, determining which arguments are live.
1116   // We assume all arguments are dead unless proven otherwise (allowing us to
1117   // determine that dead arguments passed into recursive functions are dead).
1118   //
1119   DEBUG(dbgs() << "DAE - Determining liveness\n");
1120   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I)
1121     SurveyFunction(*I);
1122
1123   // Now, remove all dead arguments and return values from each function in
1124   // turn.
1125   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ) {
1126     // Increment now, because the function will probably get removed (ie.
1127     // replaced by a new one).
1128     Function *F = I++;
1129     Changed |= RemoveDeadStuffFromFunction(F);
1130   }
1131
1132   // Finally, look for any unused parameters in functions with non-local
1133   // linkage and replace the passed in parameters with undef.
1134   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I) {
1135     Function& F = *I;
1136
1137     Changed |= RemoveDeadArgumentsFromCallers(F);
1138   }
1139
1140   return Changed;
1141 }