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