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