5204248c1fad031a6eeebecebe1c11da11145985
[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/DIBuilder.h"
27 #include "llvm/DebugInfo.h"
28 #include "llvm/IR/CallingConv.h"
29 #include "llvm/IR/Constant.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/CallSite.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         if (F != O.F)
66           return F < O.F;
67         else if (Idx != O.Idx)
68           return Idx < O.Idx;
69         else
70           return IsArg < O.IsArg;
71       }
72
73       /// Make RetOrArg comparable, so we can easily iterate the multimap.
74       bool operator==(const RetOrArg &O) const {
75         return F == O.F && Idx == O.Idx && IsArg == O.IsArg;
76       }
77
78       std::string getDescription() const {
79         return std::string((IsArg ? "Argument #" : "Return value #"))
80                + utostr(Idx) + " of function " + F->getName().str();
81       }
82     };
83
84     /// Liveness enum - During our initial pass over the program, we determine
85     /// that things are either alive or maybe alive. We don't mark anything
86     /// explicitly dead (even if we know they are), since anything not alive
87     /// with no registered uses (in Uses) will never be marked alive and will
88     /// thus become dead in the end.
89     enum Liveness { Live, MaybeLive };
90
91     /// Convenience wrapper
92     RetOrArg CreateRet(const Function *F, unsigned Idx) {
93       return RetOrArg(F, Idx, false);
94     }
95     /// Convenience wrapper
96     RetOrArg CreateArg(const Function *F, unsigned Idx) {
97       return RetOrArg(F, Idx, true);
98     }
99
100     typedef std::multimap<RetOrArg, RetOrArg> UseMap;
101     /// This maps a return value or argument to any MaybeLive return values or
102     /// arguments it uses. This allows the MaybeLive values to be marked live
103     /// when any of its users is marked live.
104     /// For example (indices are left out for clarity):
105     ///  - Uses[ret F] = ret G
106     ///    This means that F calls G, and F returns the value returned by G.
107     ///  - Uses[arg F] = ret G
108     ///    This means that some function calls G and passes its result as an
109     ///    argument to F.
110     ///  - Uses[ret F] = arg F
111     ///    This means that F returns one of its own arguments.
112     ///  - Uses[arg F] = arg G
113     ///    This means that G calls F and passes one of its own (G's) arguments
114     ///    directly to F.
115     UseMap Uses;
116
117     typedef std::set<RetOrArg> LiveSet;
118     typedef std::set<const Function*> LiveFuncSet;
119
120     /// This set contains all values that have been determined to be live.
121     LiveSet LiveValues;
122     /// This set contains all values that are cannot be changed in any way.
123     LiveFuncSet LiveFunctions;
124
125     typedef SmallVector<RetOrArg, 5> UseVector;
126
127     // Map each LLVM function to corresponding metadata with debug info. If
128     // the function is replaced with another one, we should patch the pointer
129     // to LLVM function in metadata.
130     // As the code generation for module is finished (and DIBuilder is
131     // finalized) we assume that subprogram descriptors won't be changed, and
132     // they are stored in map for short duration anyway.
133     typedef DenseMap<Function*, DISubprogram> FunctionDIMap;
134     FunctionDIMap FunctionDIs;
135
136   protected:
137     // DAH uses this to specify a different ID.
138     explicit DAE(char &ID) : ModulePass(ID) {}
139
140   public:
141     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
142     DAE() : ModulePass(ID) {
143       initializeDAEPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
144     }
145
146     bool runOnModule(Module &M);
147
148     virtual bool ShouldHackArguments() const { return false; }
149
150   private:
151     Liveness MarkIfNotLive(RetOrArg Use, UseVector &MaybeLiveUses);
152     Liveness SurveyUse(Value::const_use_iterator U, UseVector &MaybeLiveUses,
153                        unsigned RetValNum = 0);
154     Liveness SurveyUses(const Value *V, UseVector &MaybeLiveUses);
155
156     void CollectFunctionDIs(Module &M);
157     void SurveyFunction(const Function &F);
158     void MarkValue(const RetOrArg &RA, Liveness L,
159                    const UseVector &MaybeLiveUses);
160     void MarkLive(const RetOrArg &RA);
161     void MarkLive(const Function &F);
162     void PropagateLiveness(const RetOrArg &RA);
163     bool RemoveDeadStuffFromFunction(Function *F);
164     bool DeleteDeadVarargs(Function &Fn);
165     bool RemoveDeadArgumentsFromCallers(Function &Fn);
166   };
167 }
168
169
170 char DAE::ID = 0;
171 INITIALIZE_PASS(DAE, "deadargelim", "Dead Argument Elimination", false, false)
172
173 namespace {
174   /// DAH - DeadArgumentHacking pass - Same as dead argument elimination, but
175   /// deletes arguments to functions which are external.  This is only for use
176   /// by bugpoint.
177   struct DAH : public DAE {
178     static char ID;
179     DAH() : DAE(ID) {}
180
181     virtual bool ShouldHackArguments() const { return true; }
182   };
183 }
184
185 char DAH::ID = 0;
186 INITIALIZE_PASS(DAH, "deadarghaX0r", 
187                 "Dead Argument Hacking (BUGPOINT USE ONLY; DO NOT USE)",
188                 false, false)
189
190 /// createDeadArgEliminationPass - This pass removes arguments from functions
191 /// which are not used by the body of the function.
192 ///
193 ModulePass *llvm::createDeadArgEliminationPass() { return new DAE(); }
194 ModulePass *llvm::createDeadArgHackingPass() { return new DAH(); }
195
196 /// CollectFunctionDIs - Map each function in the module to its debug info
197 /// descriptor.
198 void DAE::CollectFunctionDIs(Module &M) {
199   FunctionDIs.clear();
200
201   for (Module::named_metadata_iterator I = M.named_metadata_begin(),
202        E = M.named_metadata_end(); I != E; ++I) {
203     NamedMDNode &NMD = *I;
204     for (unsigned MDIndex = 0, MDNum = NMD.getNumOperands();
205          MDIndex < MDNum; ++MDIndex) {
206       MDNode *Node = NMD.getOperand(MDIndex);
207       if (!DIDescriptor(Node).isCompileUnit())
208         continue;
209       DICompileUnit CU(Node);
210       const DIArray &SPs = CU.getSubprograms();
211       for (unsigned SPIndex = 0, SPNum = SPs.getNumElements();
212            SPIndex < SPNum; ++SPIndex) {
213         DISubprogram SP(SPs.getElement(SPIndex));
214         if (!SP.Verify())
215           continue;
216         if (Function *F = SP.getFunction())
217           FunctionDIs[F] = SP;
218       }
219     }
220   }
221 }
222
223 /// DeleteDeadVarargs - If this is an function that takes a ... list, and if
224 /// llvm.vastart is never called, the varargs list is dead for the function.
225 bool DAE::DeleteDeadVarargs(Function &Fn) {
226   assert(Fn.getFunctionType()->isVarArg() && "Function isn't varargs!");
227   if (Fn.isDeclaration() || !Fn.hasLocalLinkage()) return false;
228
229   // Ensure that the function is only directly called.
230   if (Fn.hasAddressTaken())
231     return false;
232
233   // Okay, we know we can transform this function if safe.  Scan its body
234   // looking for calls to llvm.vastart.
235   for (Function::iterator BB = Fn.begin(), E = Fn.end(); BB != E; ++BB) {
236     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
237       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
238         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::vastart)
239           return false;
240       }
241     }
242   }
243
244   // If we get here, there are no calls to llvm.vastart in the function body,
245   // remove the "..." and adjust all the calls.
246
247   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
248   // the old function, but doesn't have isVarArg set.
249   FunctionType *FTy = Fn.getFunctionType();
250
251   std::vector<Type*> Params(FTy->param_begin(), FTy->param_end());
252   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(FTy->getReturnType(),
253                                                 Params, false);
254   unsigned NumArgs = Params.size();
255
256   // Create the new function body and insert it into the module...
257   Function *NF = Function::Create(NFTy, Fn.getLinkage());
258   NF->copyAttributesFrom(&Fn);
259   Fn.getParent()->getFunctionList().insert(&Fn, NF);
260   NF->takeName(&Fn);
261
262   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
263   // to pass in a smaller number of arguments into the new function.
264   //
265   std::vector<Value*> Args;
266   while (!Fn.use_empty()) {
267     CallSite CS(Fn.use_back());
268     Instruction *Call = CS.getInstruction();
269
270     // Pass all the same arguments.
271     Args.assign(CS.arg_begin(), CS.arg_begin() + NumArgs);
272
273     // Drop any attributes that were on the vararg arguments.
274     AttributeSet PAL = CS.getAttributes();
275     if (!PAL.isEmpty() && PAL.getSlot(PAL.getNumSlots() - 1).Index > NumArgs) {
276       SmallVector<AttributeWithIndex, 8> AttributesVec;
277       for (unsigned i = 0; PAL.getSlot(i).Index <= NumArgs; ++i)
278         AttributesVec.push_back(PAL.getSlot(i));
279       if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
280         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Fn.getContext(),
281                                                         AttributeSet::FunctionIndex,
282                                                         PAL.getFnAttributes()));
283       PAL = AttributeSet::get(Fn.getContext(), AttributesVec);
284     }
285
286     Instruction *New;
287     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
288       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
289                                Args, "", Call);
290       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
291       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(PAL);
292     } else {
293       New = CallInst::Create(NF, Args, "", Call);
294       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
295       cast<CallInst>(New)->setAttributes(PAL);
296       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
297         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
298     }
299     New->setDebugLoc(Call->getDebugLoc());
300
301     Args.clear();
302
303     if (!Call->use_empty())
304       Call->replaceAllUsesWith(New);
305
306     New->takeName(Call);
307
308     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
309     // F.
310     Call->eraseFromParent();
311   }
312
313   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
314   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
315   // function empty.
316   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), Fn.getBasicBlockList());
317
318   // Loop over the argument list, transferring uses of the old arguments over to
319   // the new arguments, also transferring over the names as well.  While we're at
320   // it, remove the dead arguments from the DeadArguments list.
321   //
322   for (Function::arg_iterator I = Fn.arg_begin(), E = Fn.arg_end(),
323        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I, ++I2) {
324     // Move the name and users over to the new version.
325     I->replaceAllUsesWith(I2);
326     I2->takeName(I);
327   }
328
329   // Patch the pointer to LLVM function in debug info descriptor.
330   FunctionDIMap::iterator DI = FunctionDIs.find(&Fn);
331   if (DI != FunctionDIs.end())
332     DI->second.replaceFunction(NF);
333
334   // Finally, nuke the old function.
335   Fn.eraseFromParent();
336   return true;
337 }
338
339 /// RemoveDeadArgumentsFromCallers - Checks if the given function has any 
340 /// arguments that are unused, and changes the caller parameters to be undefined
341 /// instead.
342 bool DAE::RemoveDeadArgumentsFromCallers(Function &Fn)
343 {
344   if (Fn.isDeclaration() || Fn.mayBeOverridden())
345     return false;
346
347   // Functions with local linkage should already have been handled.
348   if (Fn.hasLocalLinkage())
349     return false;
350
351   if (Fn.use_empty())
352     return false;
353
354   SmallVector<unsigned, 8> UnusedArgs;
355   for (Function::arg_iterator I = Fn.arg_begin(), E = Fn.arg_end(); 
356        I != E; ++I) {
357     Argument *Arg = I;
358
359     if (Arg->use_empty() && !Arg->hasByValAttr())
360       UnusedArgs.push_back(Arg->getArgNo());
361   }
362
363   if (UnusedArgs.empty())
364     return false;
365
366   bool Changed = false;
367
368   for (Function::use_iterator I = Fn.use_begin(), E = Fn.use_end(); 
369        I != E; ++I) {
370     CallSite CS(*I);
371     if (!CS || !CS.isCallee(I))
372       continue;
373
374     // Now go through all unused args and replace them with "undef".
375     for (unsigned I = 0, E = UnusedArgs.size(); I != E; ++I) {
376       unsigned ArgNo = UnusedArgs[I];
377
378       Value *Arg = CS.getArgument(ArgNo);
379       CS.setArgument(ArgNo, UndefValue::get(Arg->getType()));
380       ++NumArgumentsReplacedWithUndef;
381       Changed = true;
382     }
383   }
384
385   return Changed;
386 }
387
388 /// Convenience function that returns the number of return values. It returns 0
389 /// for void functions and 1 for functions not returning a struct. It returns
390 /// the number of struct elements for functions returning a struct.
391 static unsigned NumRetVals(const Function *F) {
392   if (F->getReturnType()->isVoidTy())
393     return 0;
394   else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(F->getReturnType()))
395     return STy->getNumElements();
396   else
397     return 1;
398 }
399
400 /// MarkIfNotLive - This checks Use for liveness in LiveValues. If Use is not
401 /// live, it adds Use to the MaybeLiveUses argument. Returns the determined
402 /// liveness of Use.
403 DAE::Liveness DAE::MarkIfNotLive(RetOrArg Use, UseVector &MaybeLiveUses) {
404   // We're live if our use or its Function is already marked as live.
405   if (LiveFunctions.count(Use.F) || LiveValues.count(Use))
406     return Live;
407
408   // We're maybe live otherwise, but remember that we must become live if
409   // Use becomes live.
410   MaybeLiveUses.push_back(Use);
411   return MaybeLive;
412 }
413
414
415 /// SurveyUse - This looks at a single use of an argument or return value
416 /// and determines if it should be alive or not. Adds this use to MaybeLiveUses
417 /// if it causes the used value to become MaybeLive.
418 ///
419 /// RetValNum is the return value number to use when this use is used in a
420 /// return instruction. This is used in the recursion, you should always leave
421 /// it at 0.
422 DAE::Liveness DAE::SurveyUse(Value::const_use_iterator U,
423                              UseVector &MaybeLiveUses, unsigned RetValNum) {
424     const User *V = *U;
425     if (const ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(V)) {
426       // The value is returned from a function. It's only live when the
427       // function's return value is live. We use RetValNum here, for the case
428       // that U is really a use of an insertvalue instruction that uses the
429       // original Use.
430       RetOrArg Use = CreateRet(RI->getParent()->getParent(), RetValNum);
431       // We might be live, depending on the liveness of Use.
432       return MarkIfNotLive(Use, MaybeLiveUses);
433     }
434     if (const InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
435       if (U.getOperandNo() != InsertValueInst::getAggregateOperandIndex()
436           && IV->hasIndices())
437         // The use we are examining is inserted into an aggregate. Our liveness
438         // depends on all uses of that aggregate, but if it is used as a return
439         // value, only index at which we were inserted counts.
440         RetValNum = *IV->idx_begin();
441
442       // Note that if we are used as the aggregate operand to the insertvalue,
443       // we don't change RetValNum, but do survey all our uses.
444
445       Liveness Result = MaybeLive;
446       for (Value::const_use_iterator I = IV->use_begin(),
447            E = V->use_end(); I != E; ++I) {
448         Result = SurveyUse(I, MaybeLiveUses, RetValNum);
449         if (Result == Live)
450           break;
451       }
452       return Result;
453     }
454
455     if (ImmutableCallSite CS = V) {
456       const Function *F = CS.getCalledFunction();
457       if (F) {
458         // Used in a direct call.
459
460         // Find the argument number. We know for sure that this use is an
461         // argument, since if it was the function argument this would be an
462         // indirect call and the we know can't be looking at a value of the
463         // label type (for the invoke instruction).
464         unsigned ArgNo = CS.getArgumentNo(U);
465
466         if (ArgNo >= F->getFunctionType()->getNumParams())
467           // The value is passed in through a vararg! Must be live.
468           return Live;
469
470         assert(CS.getArgument(ArgNo)
471                == CS->getOperand(U.getOperandNo())
472                && "Argument is not where we expected it");
473
474         // Value passed to a normal call. It's only live when the corresponding
475         // argument to the called function turns out live.
476         RetOrArg Use = CreateArg(F, ArgNo);
477         return MarkIfNotLive(Use, MaybeLiveUses);
478       }
479     }
480     // Used in any other way? Value must be live.
481     return Live;
482 }
483
484 /// SurveyUses - This looks at all the uses of the given value
485 /// Returns the Liveness deduced from the uses of this value.
486 ///
487 /// Adds all uses that cause the result to be MaybeLive to MaybeLiveRetUses. If
488 /// the result is Live, MaybeLiveUses might be modified but its content should
489 /// be ignored (since it might not be complete).
490 DAE::Liveness DAE::SurveyUses(const Value *V, UseVector &MaybeLiveUses) {
491   // Assume it's dead (which will only hold if there are no uses at all..).
492   Liveness Result = MaybeLive;
493   // Check each use.
494   for (Value::const_use_iterator I = V->use_begin(),
495        E = V->use_end(); I != E; ++I) {
496     Result = SurveyUse(I, MaybeLiveUses);
497     if (Result == Live)
498       break;
499   }
500   return Result;
501 }
502
503 // SurveyFunction - This performs the initial survey of the specified function,
504 // checking out whether or not it uses any of its incoming arguments or whether
505 // any callers use the return value.  This fills in the LiveValues set and Uses
506 // map.
507 //
508 // We consider arguments of non-internal functions to be intrinsically alive as
509 // well as arguments to functions which have their "address taken".
510 //
511 void DAE::SurveyFunction(const Function &F) {
512   unsigned RetCount = NumRetVals(&F);
513   // Assume all return values are dead
514   typedef SmallVector<Liveness, 5> RetVals;
515   RetVals RetValLiveness(RetCount, MaybeLive);
516
517   typedef SmallVector<UseVector, 5> RetUses;
518   // These vectors map each return value to the uses that make it MaybeLive, so
519   // we can add those to the Uses map if the return value really turns out to be
520   // MaybeLive. Initialized to a list of RetCount empty lists.
521   RetUses MaybeLiveRetUses(RetCount);
522
523   for (Function::const_iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
524     if (const ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator()))
525       if (RI->getNumOperands() != 0 && RI->getOperand(0)->getType()
526           != F.getFunctionType()->getReturnType()) {
527         // We don't support old style multiple return values.
528         MarkLive(F);
529         return;
530       }
531
532   if (!F.hasLocalLinkage() && (!ShouldHackArguments() || F.isIntrinsic())) {
533     MarkLive(F);
534     return;
535   }
536
537   DEBUG(dbgs() << "DAE - Inspecting callers for fn: " << F.getName() << "\n");
538   // Keep track of the number of live retvals, so we can skip checks once all
539   // of them turn out to be live.
540   unsigned NumLiveRetVals = 0;
541   Type *STy = dyn_cast<StructType>(F.getReturnType());
542   // Loop all uses of the function.
543   for (Value::const_use_iterator I = F.use_begin(), E = F.use_end();
544        I != E; ++I) {
545     // If the function is PASSED IN as an argument, its address has been
546     // taken.
547     ImmutableCallSite CS(*I);
548     if (!CS || !CS.isCallee(I)) {
549       MarkLive(F);
550       return;
551     }
552
553     // If this use is anything other than a call site, the function is alive.
554     const Instruction *TheCall = CS.getInstruction();
555     if (!TheCall) {   // Not a direct call site?
556       MarkLive(F);
557       return;
558     }
559
560     // If we end up here, we are looking at a direct call to our function.
561
562     // Now, check how our return value(s) is/are used in this caller. Don't
563     // bother checking return values if all of them are live already.
564     if (NumLiveRetVals != RetCount) {
565       if (STy) {
566         // Check all uses of the return value.
567         for (Value::const_use_iterator I = TheCall->use_begin(),
568              E = TheCall->use_end(); I != E; ++I) {
569           const ExtractValueInst *Ext = dyn_cast<ExtractValueInst>(*I);
570           if (Ext && Ext->hasIndices()) {
571             // This use uses a part of our return value, survey the uses of
572             // that part and store the results for this index only.
573             unsigned Idx = *Ext->idx_begin();
574             if (RetValLiveness[Idx] != Live) {
575               RetValLiveness[Idx] = SurveyUses(Ext, MaybeLiveRetUses[Idx]);
576               if (RetValLiveness[Idx] == Live)
577                 NumLiveRetVals++;
578             }
579           } else {
580             // Used by something else than extractvalue. Mark all return
581             // values as live.
582             for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i )
583               RetValLiveness[i] = Live;
584             NumLiveRetVals = RetCount;
585             break;
586           }
587         }
588       } else {
589         // Single return value
590         RetValLiveness[0] = SurveyUses(TheCall, MaybeLiveRetUses[0]);
591         if (RetValLiveness[0] == Live)
592           NumLiveRetVals = RetCount;
593       }
594     }
595   }
596
597   // Now we've inspected all callers, record the liveness of our return values.
598   for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
599     MarkValue(CreateRet(&F, i), RetValLiveness[i], MaybeLiveRetUses[i]);
600
601   DEBUG(dbgs() << "DAE - Inspecting args for fn: " << F.getName() << "\n");
602
603   // Now, check all of our arguments.
604   unsigned i = 0;
605   UseVector MaybeLiveArgUses;
606   for (Function::const_arg_iterator AI = F.arg_begin(),
607        E = F.arg_end(); AI != E; ++AI, ++i) {
608     // See what the effect of this use is (recording any uses that cause
609     // MaybeLive in MaybeLiveArgUses).
610     Liveness Result = SurveyUses(AI, MaybeLiveArgUses);
611     // Mark the result.
612     MarkValue(CreateArg(&F, i), Result, MaybeLiveArgUses);
613     // Clear the vector again for the next iteration.
614     MaybeLiveArgUses.clear();
615   }
616 }
617
618 /// MarkValue - This function marks the liveness of RA depending on L. If L is
619 /// MaybeLive, it also takes all uses in MaybeLiveUses and records them in Uses,
620 /// such that RA will be marked live if any use in MaybeLiveUses gets marked
621 /// live later on.
622 void DAE::MarkValue(const RetOrArg &RA, Liveness L,
623                     const UseVector &MaybeLiveUses) {
624   switch (L) {
625     case Live: MarkLive(RA); break;
626     case MaybeLive:
627     {
628       // Note any uses of this value, so this return value can be
629       // marked live whenever one of the uses becomes live.
630       for (UseVector::const_iterator UI = MaybeLiveUses.begin(),
631            UE = MaybeLiveUses.end(); UI != UE; ++UI)
632         Uses.insert(std::make_pair(*UI, RA));
633       break;
634     }
635   }
636 }
637
638 /// MarkLive - Mark the given Function as alive, meaning that it cannot be
639 /// changed in any way. Additionally,
640 /// mark any values that are used as this function's parameters or by its return
641 /// values (according to Uses) live as well.
642 void DAE::MarkLive(const Function &F) {
643   DEBUG(dbgs() << "DAE - Intrinsically live fn: " << F.getName() << "\n");
644   // Mark the function as live.
645   LiveFunctions.insert(&F);
646   // Mark all arguments as live.
647   for (unsigned i = 0, e = F.arg_size(); i != e; ++i)
648     PropagateLiveness(CreateArg(&F, i));
649   // Mark all return values as live.
650   for (unsigned i = 0, e = NumRetVals(&F); i != e; ++i)
651     PropagateLiveness(CreateRet(&F, i));
652 }
653
654 /// MarkLive - Mark the given return value or argument as live. Additionally,
655 /// mark any values that are used by this value (according to Uses) live as
656 /// well.
657 void DAE::MarkLive(const RetOrArg &RA) {
658   if (LiveFunctions.count(RA.F))
659     return; // Function was already marked Live.
660
661   if (!LiveValues.insert(RA).second)
662     return; // We were already marked Live.
663
664   DEBUG(dbgs() << "DAE - Marking " << RA.getDescription() << " live\n");
665   PropagateLiveness(RA);
666 }
667
668 /// PropagateLiveness - Given that RA is a live value, propagate it's liveness
669 /// to any other values it uses (according to Uses).
670 void DAE::PropagateLiveness(const RetOrArg &RA) {
671   // We don't use upper_bound (or equal_range) here, because our recursive call
672   // to ourselves is likely to cause the upper_bound (which is the first value
673   // not belonging to RA) to become erased and the iterator invalidated.
674   UseMap::iterator Begin = Uses.lower_bound(RA);
675   UseMap::iterator E = Uses.end();
676   UseMap::iterator I;
677   for (I = Begin; I != E && I->first == RA; ++I)
678     MarkLive(I->second);
679
680   // Erase RA from the Uses map (from the lower bound to wherever we ended up
681   // after the loop).
682   Uses.erase(Begin, I);
683 }
684
685 // RemoveDeadStuffFromFunction - Remove any arguments and return values from F
686 // that are not in LiveValues. Transform the function and all of the callees of
687 // the function to not have these arguments and return values.
688 //
689 bool DAE::RemoveDeadStuffFromFunction(Function *F) {
690   // Don't modify fully live functions
691   if (LiveFunctions.count(F))
692     return false;
693
694   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
695   // the old function, but has fewer arguments and a different return type.
696   FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
697   std::vector<Type*> Params;
698
699   // Set up to build a new list of parameter attributes.
700   SmallVector<AttributeWithIndex, 8> AttributesVec;
701   const AttributeSet &PAL = F->getAttributes();
702
703   // Find out the new return value.
704   Type *RetTy = FTy->getReturnType();
705   Type *NRetTy = NULL;
706   unsigned RetCount = NumRetVals(F);
707
708   // -1 means unused, other numbers are the new index
709   SmallVector<int, 5> NewRetIdxs(RetCount, -1);
710   std::vector<Type*> RetTypes;
711   if (RetTy->isVoidTy()) {
712     NRetTy = RetTy;
713   } else {
714     StructType *STy = dyn_cast<StructType>(RetTy);
715     if (STy)
716       // Look at each of the original return values individually.
717       for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i) {
718         RetOrArg Ret = CreateRet(F, i);
719         if (LiveValues.erase(Ret)) {
720           RetTypes.push_back(STy->getElementType(i));
721           NewRetIdxs[i] = RetTypes.size() - 1;
722         } else {
723           ++NumRetValsEliminated;
724           DEBUG(dbgs() << "DAE - Removing return value " << i << " from "
725                 << F->getName() << "\n");
726         }
727       }
728     else
729       // We used to return a single value.
730       if (LiveValues.erase(CreateRet(F, 0))) {
731         RetTypes.push_back(RetTy);
732         NewRetIdxs[0] = 0;
733       } else {
734         DEBUG(dbgs() << "DAE - Removing return value from " << F->getName()
735               << "\n");
736         ++NumRetValsEliminated;
737       }
738     if (RetTypes.size() > 1)
739       // More than one return type? Return a struct with them. Also, if we used
740       // to return a struct and didn't change the number of return values,
741       // return a struct again. This prevents changing {something} into
742       // something and {} into void.
743       // Make the new struct packed if we used to return a packed struct
744       // already.
745       NRetTy = StructType::get(STy->getContext(), RetTypes, STy->isPacked());
746     else if (RetTypes.size() == 1)
747       // One return type? Just a simple value then, but only if we didn't use to
748       // return a struct with that simple value before.
749       NRetTy = RetTypes.front();
750     else if (RetTypes.size() == 0)
751       // No return types? Make it void, but only if we didn't use to return {}.
752       NRetTy = Type::getVoidTy(F->getContext());
753   }
754
755   assert(NRetTy && "No new return type found?");
756
757   // The existing function return attributes.
758   AttributeSet RAttrs = PAL.getRetAttributes();
759
760   // Remove any incompatible attributes, but only if we removed all return
761   // values. Otherwise, ensure that we don't have any conflicting attributes
762   // here. Currently, this should not be possible, but special handling might be
763   // required when new return value attributes are added.
764   if (NRetTy->isVoidTy())
765     RAttrs =
766       AttributeSet::get(NRetTy->getContext(), AttributeSet::ReturnIndex,
767                         AttrBuilder(RAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
768                          removeAttributes(Attribute::typeIncompatible(NRetTy)));
769   else
770     assert(!AttrBuilder(RAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
771              hasAttributes(Attribute::typeIncompatible(NRetTy)) &&
772            "Return attributes no longer compatible?");
773
774   if (RAttrs.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
775     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(NRetTy->getContext(),
776                                                     AttributeSet::ReturnIndex,
777                                                     RAttrs));
778
779   // Remember which arguments are still alive.
780   SmallVector<bool, 10> ArgAlive(FTy->getNumParams(), false);
781   // Construct the new parameter list from non-dead arguments. Also construct
782   // a new set of parameter attributes to correspond. Skip the first parameter
783   // attribute, since that belongs to the return value.
784   unsigned i = 0;
785   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
786        I != E; ++I, ++i) {
787     RetOrArg Arg = CreateArg(F, i);
788     if (LiveValues.erase(Arg)) {
789       Params.push_back(I->getType());
790       ArgAlive[i] = true;
791
792       // Get the original parameter attributes (skipping the first one, that is
793       // for the return value.
794       Attribute Attrs = PAL.getParamAttributes(i + 1);
795       if (Attrs.hasAttributes())
796         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Params.size(), Attrs));
797     } else {
798       ++NumArgumentsEliminated;
799       DEBUG(dbgs() << "DAE - Removing argument " << i << " (" << I->getName()
800             << ") from " << F->getName() << "\n");
801     }
802   }
803
804   if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
805     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(F->getContext(),
806                                                     AttributeSet::FunctionIndex,
807                                                     PAL.getFnAttributes()));
808
809   // Reconstruct the AttributesList based on the vector we constructed.
810   AttributeSet NewPAL = AttributeSet::get(F->getContext(), AttributesVec);
811
812   // Create the new function type based on the recomputed parameters.
813   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(NRetTy, Params, FTy->isVarArg());
814
815   // No change?
816   if (NFTy == FTy)
817     return false;
818
819   // Create the new function body and insert it into the module...
820   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage());
821   NF->copyAttributesFrom(F);
822   NF->setAttributes(NewPAL);
823   // Insert the new function before the old function, so we won't be processing
824   // it again.
825   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
826   NF->takeName(F);
827
828   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
829   // to pass in a smaller number of arguments into the new function.
830   //
831   std::vector<Value*> Args;
832   while (!F->use_empty()) {
833     CallSite CS(F->use_back());
834     Instruction *Call = CS.getInstruction();
835
836     AttributesVec.clear();
837     const AttributeSet &CallPAL = CS.getAttributes();
838
839     // The call return attributes.
840     AttributeSet RAttrs = CallPAL.getRetAttributes();
841
842     // Adjust in case the function was changed to return void.
843     RAttrs =
844       AttributeSet::get(NF->getContext(), AttributeSet::ReturnIndex,
845                         AttrBuilder(RAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
846            removeAttributes(Attribute::typeIncompatible(NF->getReturnType())));
847     if (RAttrs.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
848       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(NF->getContext(),
849                                                       AttributeSet::ReturnIndex,
850                                                       RAttrs));
851
852     // Declare these outside of the loops, so we can reuse them for the second
853     // loop, which loops the varargs.
854     CallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin();
855     unsigned i = 0;
856     // Loop over those operands, corresponding to the normal arguments to the
857     // original function, and add those that are still alive.
858     for (unsigned e = FTy->getNumParams(); i != e; ++I, ++i)
859       if (ArgAlive[i]) {
860         Args.push_back(*I);
861         // Get original parameter attributes, but skip return attributes.
862         Attribute Attrs = CallPAL.getParamAttributes(i + 1);
863         if (Attrs.hasAttributes())
864           AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
865       }
866
867     // Push any varargs arguments on the list. Don't forget their attributes.
868     for (CallSite::arg_iterator E = CS.arg_end(); I != E; ++I, ++i) {
869       Args.push_back(*I);
870       Attribute Attrs = CallPAL.getParamAttributes(i + 1);
871       if (Attrs.hasAttributes())
872         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
873     }
874
875     if (CallPAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
876       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Call->getContext(),
877                                                       AttributeSet::FunctionIndex,
878                                                       CallPAL.getFnAttributes()));
879
880     // Reconstruct the AttributesList based on the vector we constructed.
881     AttributeSet NewCallPAL = AttributeSet::get(F->getContext(), AttributesVec);
882
883     Instruction *New;
884     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
885       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
886                                Args, "", Call);
887       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
888       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(NewCallPAL);
889     } else {
890       New = CallInst::Create(NF, Args, "", Call);
891       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
892       cast<CallInst>(New)->setAttributes(NewCallPAL);
893       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
894         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
895     }
896     New->setDebugLoc(Call->getDebugLoc());
897
898     Args.clear();
899
900     if (!Call->use_empty()) {
901       if (New->getType() == Call->getType()) {
902         // Return type not changed? Just replace users then.
903         Call->replaceAllUsesWith(New);
904         New->takeName(Call);
905       } else if (New->getType()->isVoidTy()) {
906         // Our return value has uses, but they will get removed later on.
907         // Replace by null for now.
908         if (!Call->getType()->isX86_MMXTy())
909           Call->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(Call->getType()));
910       } else {
911         assert(RetTy->isStructTy() &&
912                "Return type changed, but not into a void. The old return type"
913                " must have been a struct!");
914         Instruction *InsertPt = Call;
915         if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
916           BasicBlock::iterator IP = II->getNormalDest()->begin();
917           while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
918           InsertPt = IP;
919         }
920
921         // We used to return a struct. Instead of doing smart stuff with all the
922         // uses of this struct, we will just rebuild it using
923         // extract/insertvalue chaining and let instcombine clean that up.
924         //
925         // Start out building up our return value from undef
926         Value *RetVal = UndefValue::get(RetTy);
927         for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
928           if (NewRetIdxs[i] != -1) {
929             Value *V;
930             if (RetTypes.size() > 1)
931               // We are still returning a struct, so extract the value from our
932               // return value
933               V = ExtractValueInst::Create(New, NewRetIdxs[i], "newret",
934                                            InsertPt);
935             else
936               // We are now returning a single element, so just insert that
937               V = New;
938             // Insert the value at the old position
939             RetVal = InsertValueInst::Create(RetVal, V, i, "oldret", InsertPt);
940           }
941         // Now, replace all uses of the old call instruction with the return
942         // struct we built
943         Call->replaceAllUsesWith(RetVal);
944         New->takeName(Call);
945       }
946     }
947
948     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
949     // F.
950     Call->eraseFromParent();
951   }
952
953   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
954   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
955   // function empty.
956   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
957
958   // Loop over the argument list, transferring uses of the old arguments over to
959   // the new arguments, also transferring over the names as well.
960   i = 0;
961   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
962        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I, ++i)
963     if (ArgAlive[i]) {
964       // If this is a live argument, move the name and users over to the new
965       // version.
966       I->replaceAllUsesWith(I2);
967       I2->takeName(I);
968       ++I2;
969     } else {
970       // If this argument is dead, replace any uses of it with null constants
971       // (these are guaranteed to become unused later on).
972       if (!I->getType()->isX86_MMXTy())
973         I->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(I->getType()));
974     }
975
976   // If we change the return value of the function we must rewrite any return
977   // instructions.  Check this now.
978   if (F->getReturnType() != NF->getReturnType())
979     for (Function::iterator BB = NF->begin(), E = NF->end(); BB != E; ++BB)
980       if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
981         Value *RetVal;
982
983         if (NFTy->getReturnType()->isVoidTy()) {
984           RetVal = 0;
985         } else {
986           assert (RetTy->isStructTy());
987           // The original return value was a struct, insert
988           // extractvalue/insertvalue chains to extract only the values we need
989           // to return and insert them into our new result.
990           // This does generate messy code, but we'll let it to instcombine to
991           // clean that up.
992           Value *OldRet = RI->getOperand(0);
993           // Start out building up our return value from undef
994           RetVal = UndefValue::get(NRetTy);
995           for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
996             if (NewRetIdxs[i] != -1) {
997               ExtractValueInst *EV = ExtractValueInst::Create(OldRet, i,
998                                                               "oldret", RI);
999               if (RetTypes.size() > 1) {
1000                 // We're still returning a struct, so reinsert the value into
1001                 // our new return value at the new index
1002
1003                 RetVal = InsertValueInst::Create(RetVal, EV, NewRetIdxs[i],
1004                                                  "newret", RI);
1005               } else {
1006                 // We are now only returning a simple value, so just return the
1007                 // extracted value.
1008                 RetVal = EV;
1009               }
1010             }
1011         }
1012         // Replace the return instruction with one returning the new return
1013         // value (possibly 0 if we became void).
1014         ReturnInst::Create(F->getContext(), RetVal, RI);
1015         BB->getInstList().erase(RI);
1016       }
1017
1018   // Patch the pointer to LLVM function in debug info descriptor.
1019   FunctionDIMap::iterator DI = FunctionDIs.find(F);
1020   if (DI != FunctionDIs.end())
1021     DI->second.replaceFunction(NF);
1022
1023   // Now that the old function is dead, delete it.
1024   F->eraseFromParent();
1025
1026   return true;
1027 }
1028
1029 bool DAE::runOnModule(Module &M) {
1030   bool Changed = false;
1031
1032   // Collect debug info descriptors for functions.
1033   CollectFunctionDIs(M);
1034
1035   // First pass: Do a simple check to see if any functions can have their "..."
1036   // removed.  We can do this if they never call va_start.  This loop cannot be
1037   // fused with the next loop, because deleting a function invalidates
1038   // information computed while surveying other functions.
1039   DEBUG(dbgs() << "DAE - Deleting dead varargs\n");
1040   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ) {
1041     Function &F = *I++;
1042     if (F.getFunctionType()->isVarArg())
1043       Changed |= DeleteDeadVarargs(F);
1044   }
1045
1046   // Second phase:loop through the module, determining which arguments are live.
1047   // We assume all arguments are dead unless proven otherwise (allowing us to
1048   // determine that dead arguments passed into recursive functions are dead).
1049   //
1050   DEBUG(dbgs() << "DAE - Determining liveness\n");
1051   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I)
1052     SurveyFunction(*I);
1053
1054   // Now, remove all dead arguments and return values from each function in
1055   // turn.
1056   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ) {
1057     // Increment now, because the function will probably get removed (ie.
1058     // replaced by a new one).
1059     Function *F = I++;
1060     Changed |= RemoveDeadStuffFromFunction(F);
1061   }
1062
1063   // Finally, look for any unused parameters in functions with non-local
1064   // linkage and replace the passed in parameters with undef.
1065   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I) {
1066     Function& F = *I;
1067
1068     Changed |= RemoveDeadArgumentsFromCallers(F);
1069   }
1070
1071   return Changed;
1072 }