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