Changes For Bug 352
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / DeadArgumentElimination.cpp
1 //===-- DeadArgumentElimination.cpp - Eliminate dead arguments ------------===//
2 // 
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source 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 arguments 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.
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
21 #include "llvm/Module.h"
22 #include "llvm/Pass.h"
23 #include "llvm/DerivedTypes.h"
24 #include "llvm/Constant.h"
25 #include "llvm/Instructions.h"
26 #include "llvm/Support/CallSite.h"
27 #include "llvm/Support/Debug.h"
28 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
29 #include "llvm/ADT/iterator"
30 #include <set>
31 using namespace llvm;
32
33 namespace {
34   Statistic<> NumArgumentsEliminated("deadargelim",
35                                      "Number of unread args removed");
36   Statistic<> NumRetValsEliminated("deadargelim",
37                                    "Number of unused return values removed");
38
39   /// DAE - The dead argument elimination pass.
40   ///
41   class DAE : public Pass {
42     /// Liveness enum - During our initial pass over the program, we determine
43     /// that things are either definately alive, definately dead, or in need of
44     /// interprocedural analysis (MaybeLive).
45     ///
46     enum Liveness { Live, MaybeLive, Dead };
47
48     /// LiveArguments, MaybeLiveArguments, DeadArguments - These sets contain
49     /// all of the arguments in the program.  The Dead set contains arguments
50     /// which are completely dead (never used in the function).  The MaybeLive
51     /// set contains arguments which are only passed into other function calls,
52     /// thus may be live and may be dead.  The Live set contains arguments which
53     /// are known to be alive.
54     ///
55     std::set<Argument*> DeadArguments, MaybeLiveArguments, LiveArguments;
56
57     /// DeadRetVal, MaybeLiveRetVal, LifeRetVal - These sets contain all of the
58     /// functions in the program.  The Dead set contains functions whose return
59     /// value is known to be dead.  The MaybeLive set contains functions whose
60     /// return values are only used by return instructions, and the Live set
61     /// contains functions whose return values are used, functions that are
62     /// external, and functions that already return void.
63     ///
64     std::set<Function*> DeadRetVal, MaybeLiveRetVal, LiveRetVal;
65
66     /// InstructionsToInspect - As we mark arguments and return values
67     /// MaybeLive, we keep track of which instructions could make the values
68     /// live here.  Once the entire program has had the return value and
69     /// arguments analyzed, this set is scanned to promote the MaybeLive objects
70     /// to be Live if they really are used.
71     std::vector<Instruction*> InstructionsToInspect;
72
73     /// CallSites - Keep track of the call sites of functions that have
74     /// MaybeLive arguments or return values.
75     std::multimap<Function*, CallSite> CallSites;
76
77   public:
78     bool run(Module &M);
79
80     virtual bool ShouldHackArguments() const { return false; }
81
82   private:
83     Liveness getArgumentLiveness(const Argument &A);
84     bool isMaybeLiveArgumentNowLive(Argument *Arg);
85
86     void SurveyFunction(Function &Fn);
87
88     void MarkArgumentLive(Argument *Arg);
89     void MarkRetValLive(Function *F);
90     void MarkReturnInstArgumentLive(ReturnInst *RI);
91   
92     void RemoveDeadArgumentsFromFunction(Function *F);
93   };
94   RegisterOpt<DAE> X("deadargelim", "Dead Argument Elimination");
95
96   /// DAH - DeadArgumentHacking pass - Same as dead argument elimination, but
97   /// deletes arguments to functions which are external.  This is only for use
98   /// by bugpoint.
99   struct DAH : public DAE {
100     virtual bool ShouldHackArguments() const { return true; }
101   };
102   RegisterPass<DAH> Y("deadarghaX0r",
103                       "Dead Argument Hacking (BUGPOINT USE ONLY; DO NOT USE)");
104 }
105
106 /// createDeadArgEliminationPass - This pass removes arguments from functions
107 /// which are not used by the body of the function.
108 ///
109 Pass *llvm::createDeadArgEliminationPass() { return new DAE(); }
110 Pass *llvm::createDeadArgHackingPass() { return new DAH(); }
111
112 static inline bool CallPassesValueThoughVararg(Instruction *Call,
113                                                const Value *Arg) {
114   CallSite CS = CallSite::get(Call);
115   const Type *CalledValueTy = CS.getCalledValue()->getType();
116   const Type *FTy = cast<PointerType>(CalledValueTy)->getElementType();
117   unsigned NumFixedArgs = cast<FunctionType>(FTy)->getNumParams();
118   for (CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin()+NumFixedArgs;
119        AI != CS.arg_end(); ++AI)
120     if (AI->get() == Arg)
121       return true;
122   return false;
123 }
124
125 // getArgumentLiveness - Inspect an argument, determining if is known Live
126 // (used in a computation), MaybeLive (only passed as an argument to a call), or
127 // Dead (not used).
128 DAE::Liveness DAE::getArgumentLiveness(const Argument &A) {
129   if (A.use_empty()) return Dead;  // First check, directly dead?
130
131   // Scan through all of the uses, looking for non-argument passing uses.
132   for (Value::use_const_iterator I = A.use_begin(), E = A.use_end(); I!=E;++I) {
133     // Return instructions do not immediately effect liveness.
134     if (isa<ReturnInst>(*I))
135       continue;
136
137     CallSite CS = CallSite::get(const_cast<User*>(*I));
138     if (!CS.getInstruction()) {
139       // If its used by something that is not a call or invoke, it's alive!
140       return Live;
141     }
142     // If it's an indirect call, mark it alive...
143     Function *Callee = CS.getCalledFunction();
144     if (!Callee) return Live;
145
146     // Check to see if it's passed through a va_arg area: if so, we cannot
147     // remove it.
148     if (CallPassesValueThoughVararg(CS.getInstruction(), &A))
149       return Live;   // If passed through va_arg area, we cannot remove it
150   }
151
152   return MaybeLive;  // It must be used, but only as argument to a function
153 }
154
155
156 // SurveyFunction - This performs the initial survey of the specified function,
157 // checking out whether or not it uses any of its incoming arguments or whether
158 // any callers use the return value.  This fills in the
159 // (Dead|MaybeLive|Live)(Arguments|RetVal) sets.
160 //
161 // We consider arguments of non-internal functions to be intrinsically alive as
162 // well as arguments to functions which have their "address taken".
163 //
164 void DAE::SurveyFunction(Function &F) {
165   bool FunctionIntrinsicallyLive = false;
166   Liveness RetValLiveness = F.getReturnType() == Type::VoidTy ? Live : Dead;
167
168   if (!F.hasInternalLinkage() &&
169       (!ShouldHackArguments() || F.getIntrinsicID()))
170     FunctionIntrinsicallyLive = true;
171   else 
172     for (Value::use_iterator I = F.use_begin(), E = F.use_end(); I != E; ++I) {
173       // If this use is anything other than a call site, the function is alive.
174       CallSite CS = CallSite::get(*I);
175       Instruction *TheCall = CS.getInstruction();
176       if (!TheCall) {   // Not a direct call site?
177         FunctionIntrinsicallyLive = true;
178         break;
179       }
180
181       // Check to see if the return value is used...
182       if (RetValLiveness != Live)
183         for (Value::use_iterator I = TheCall->use_begin(),
184                E = TheCall->use_end(); I != E; ++I)
185           if (isa<ReturnInst>(cast<Instruction>(*I))) {
186             RetValLiveness = MaybeLive;
187           } else if (isa<CallInst>(cast<Instruction>(*I)) ||
188                      isa<InvokeInst>(cast<Instruction>(*I))) {
189             if (CallPassesValueThoughVararg(cast<Instruction>(*I), TheCall) ||
190                 !CallSite::get(cast<Instruction>(*I)).getCalledFunction()) {
191               RetValLiveness = Live;
192               break;
193             } else {
194               RetValLiveness = MaybeLive;
195             }
196           } else {
197             RetValLiveness = Live;
198             break;
199           }
200       
201       // If the function is PASSED IN as an argument, its address has been taken
202       for (CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
203            AI != E; ++AI)
204         if (AI->get() == &F) {
205           FunctionIntrinsicallyLive = true;
206           break;
207         }
208       if (FunctionIntrinsicallyLive) break;
209     }
210
211   if (FunctionIntrinsicallyLive) {
212     DEBUG(std::cerr << "  Intrinsically live fn: " << F.getName() << "\n");
213     for (Function::aiterator AI = F.abegin(), E = F.aend(); AI != E; ++AI)
214       LiveArguments.insert(AI);
215     LiveRetVal.insert(&F);
216     return;
217   }
218
219   switch (RetValLiveness) {
220   case Live:      LiveRetVal.insert(&F); break;
221   case MaybeLive: MaybeLiveRetVal.insert(&F); break;
222   case Dead:      DeadRetVal.insert(&F); break;
223   }
224
225   DEBUG(std::cerr << "  Inspecting args for fn: " << F.getName() << "\n");
226
227   // If it is not intrinsically alive, we know that all users of the
228   // function are call sites.  Mark all of the arguments live which are
229   // directly used, and keep track of all of the call sites of this function
230   // if there are any arguments we assume that are dead.
231   //
232   bool AnyMaybeLiveArgs = false;
233   for (Function::aiterator AI = F.abegin(), E = F.aend(); AI != E; ++AI)
234     switch (getArgumentLiveness(*AI)) {
235     case Live:
236       DEBUG(std::cerr << "    Arg live by use: " << AI->getName() << "\n");
237       LiveArguments.insert(AI);
238       break;
239     case Dead:
240       DEBUG(std::cerr << "    Arg definitely dead: " <<AI->getName()<<"\n");
241       DeadArguments.insert(AI);
242       break;
243     case MaybeLive:
244       DEBUG(std::cerr << "    Arg only passed to calls: "
245             << AI->getName() << "\n");
246       AnyMaybeLiveArgs = true;
247       MaybeLiveArguments.insert(AI);
248       break;
249     }
250
251   // If there are any "MaybeLive" arguments, we need to check callees of
252   // this function when/if they become alive.  Record which functions are
253   // callees...
254   if (AnyMaybeLiveArgs || RetValLiveness == MaybeLive)
255     for (Value::use_iterator I = F.use_begin(), E = F.use_end();
256          I != E; ++I) {
257       if (AnyMaybeLiveArgs)
258         CallSites.insert(std::make_pair(&F, CallSite::get(*I)));
259
260       if (RetValLiveness == MaybeLive)
261         for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
262              UI != E; ++UI)
263           InstructionsToInspect.push_back(cast<Instruction>(*UI));
264     }
265 }
266
267 // isMaybeLiveArgumentNowLive - Check to see if Arg is alive.  At this point, we
268 // know that the only uses of Arg are to be passed in as an argument to a
269 // function call or return.  Check to see if the formal argument passed in is in
270 // the LiveArguments set.  If so, return true.
271 //
272 bool DAE::isMaybeLiveArgumentNowLive(Argument *Arg) {
273   for (Value::use_iterator I = Arg->use_begin(), E = Arg->use_end(); I!=E; ++I){
274     if (isa<ReturnInst>(*I)) {
275       if (LiveRetVal.count(Arg->getParent())) return true;
276       continue;
277     }
278
279     CallSite CS = CallSite::get(*I);
280
281     // We know that this can only be used for direct calls...
282     Function *Callee = CS.getCalledFunction();
283
284     // Loop over all of the arguments (because Arg may be passed into the call
285     // multiple times) and check to see if any are now alive...
286     CallSite::arg_iterator CSAI = CS.arg_begin();
287     for (Function::aiterator AI = Callee->abegin(), E = Callee->aend();
288          AI != E; ++AI, ++CSAI)
289       // If this is the argument we are looking for, check to see if it's alive
290       if (*CSAI == Arg && LiveArguments.count(AI))
291         return true;
292   }
293   return false;
294 }
295
296 /// MarkArgumentLive - The MaybeLive argument 'Arg' is now known to be alive.
297 /// Mark it live in the specified sets and recursively mark arguments in callers
298 /// live that are needed to pass in a value.
299 ///
300 void DAE::MarkArgumentLive(Argument *Arg) {
301   std::set<Argument*>::iterator It = MaybeLiveArguments.lower_bound(Arg);
302   if (It == MaybeLiveArguments.end() || *It != Arg) return;
303  
304   DEBUG(std::cerr << "  MaybeLive argument now live: " << Arg->getName()<<"\n");
305   MaybeLiveArguments.erase(It);
306   LiveArguments.insert(Arg);
307   
308   // Loop over all of the call sites of the function, making any arguments
309   // passed in to provide a value for this argument live as necessary.
310   //
311   Function *Fn = Arg->getParent();
312   unsigned ArgNo = std::distance(Fn->abegin(), Function::aiterator(Arg));
313
314   std::multimap<Function*, CallSite>::iterator I = CallSites.lower_bound(Fn);
315   for (; I != CallSites.end() && I->first == Fn; ++I) {
316     CallSite CS = I->second;
317     Value *ArgVal = *(CS.arg_begin()+ArgNo);
318     if (Argument *ActualArg = dyn_cast<Argument>(ArgVal)) {
319       MarkArgumentLive(ActualArg);
320     } else {
321       // If the value passed in at this call site is a return value computed by
322       // some other call site, make sure to mark the return value at the other
323       // call site as being needed.
324       CallSite ArgCS = CallSite::get(ArgVal);
325       if (ArgCS.getInstruction())
326         if (Function *Fn = ArgCS.getCalledFunction())
327           MarkRetValLive(Fn);
328     }
329   }
330 }
331
332 /// MarkArgumentLive - The MaybeLive return value for the specified function is
333 /// now known to be alive.  Propagate this fact to the return instructions which
334 /// produce it.
335 void DAE::MarkRetValLive(Function *F) {
336   assert(F && "Shame shame, we can't have null pointers here!");
337
338   // Check to see if we already knew it was live
339   std::set<Function*>::iterator I = MaybeLiveRetVal.lower_bound(F);
340   if (I == MaybeLiveRetVal.end() || *I != F) return;  // It's already alive!
341
342   DEBUG(std::cerr << "  MaybeLive retval now live: " << F->getName() << "\n");
343
344   MaybeLiveRetVal.erase(I);
345   LiveRetVal.insert(F);        // It is now known to be live!
346
347   // Loop over all of the functions, noticing that the return value is now live.
348   for (Function::iterator BB = F->begin(), E = F->end(); BB != E; ++BB)
349     if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator()))
350       MarkReturnInstArgumentLive(RI);
351 }
352
353 void DAE::MarkReturnInstArgumentLive(ReturnInst *RI) {
354   Value *Op = RI->getOperand(0);
355   if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(Op)) {
356     MarkArgumentLive(A);
357   } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(Op)) {
358     if (Function *F = CI->getCalledFunction())
359       MarkRetValLive(F);
360   } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Op)) {
361     if (Function *F = II->getCalledFunction())
362       MarkRetValLive(F);
363   }
364 }
365
366 // RemoveDeadArgumentsFromFunction - We know that F has dead arguments, as
367 // specified by the DeadArguments list.  Transform the function and all of the
368 // callees of the function to not have these arguments.
369 //
370 void DAE::RemoveDeadArgumentsFromFunction(Function *F) {
371   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
372   // the old function, but has fewer arguments.
373   const FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
374   std::vector<const Type*> Params;
375
376   for (Function::aiterator I = F->abegin(), E = F->aend(); I != E; ++I)
377     if (!DeadArguments.count(I))
378       Params.push_back(I->getType());
379
380   const Type *RetTy = FTy->getReturnType();
381   if (DeadRetVal.count(F)) {
382     RetTy = Type::VoidTy;
383     DeadRetVal.erase(F);
384   }
385
386   // Work around LLVM bug PR56: the CWriter cannot emit varargs functions which
387   // have zero fixed arguments.
388   //
389   // FIXME: once this bug is fixed in the CWriter, this hack should be removed.
390   //
391   bool ExtraArgHack = false;
392   if (Params.empty() && FTy->isVarArg()) {
393     ExtraArgHack = true;
394     Params.push_back(Type::IntTy);
395   }
396
397   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(RetTy, Params, FTy->isVarArg());
398
399   // Create the new function body and insert it into the module...
400   Function *NF = new Function(NFTy, F->getLinkage(), F->getName());
401   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
402
403   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
404   // to pass in a smaller number of arguments into the new function.
405   //
406   std::vector<Value*> Args;
407   while (!F->use_empty()) {
408     CallSite CS = CallSite::get(F->use_back());
409     Instruction *Call = CS.getInstruction();
410
411     // Loop over the operands, deleting dead ones...
412     CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
413     for (Function::aiterator I = F->abegin(), E = F->aend(); I != E; ++I, ++AI)
414       if (!DeadArguments.count(I))      // Remove operands for dead arguments
415         Args.push_back(*AI);
416
417     if (ExtraArgHack)
418       Args.push_back(Constant::getNullValue(Type::IntTy));
419
420     // Push any varargs arguments on the list
421     for (; AI != CS.arg_end(); ++AI)
422       Args.push_back(*AI);
423
424     Instruction *New;
425     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
426       New = new InvokeInst(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
427                            Args, "", Call);
428     } else {
429       New = new CallInst(NF, Args, "", Call);
430     }
431     Args.clear();
432
433     if (!Call->use_empty()) {
434       if (New->getType() == Type::VoidTy)
435         Call->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(Call->getType()));
436       else {
437         Call->replaceAllUsesWith(New);
438         std::string Name = Call->getName();
439         Call->setName("");
440         New->setName(Name);
441       }
442     }
443     
444     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
445     // F.
446     Call->getParent()->getInstList().erase(Call);
447   }
448
449   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
450   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
451   // function empty.
452   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
453
454   // Loop over the argument list, transfering uses of the old arguments over to
455   // the new arguments, also transfering over the names as well.  While we're at
456   // it, remove the dead arguments from the DeadArguments list.
457   //
458   for (Function::aiterator I = F->abegin(), E = F->aend(), I2 = NF->abegin();
459        I != E; ++I)
460     if (!DeadArguments.count(I)) {
461       // If this is a live argument, move the name and users over to the new
462       // version.
463       I->replaceAllUsesWith(I2);
464       I2->setName(I->getName());
465       ++I2;
466     } else {
467       // If this argument is dead, replace any uses of it with null constants
468       // (these are guaranteed to only be operands to call instructions which
469       // will later be simplified).
470       I->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(I->getType()));
471       DeadArguments.erase(I);
472     }
473
474   // If we change the return value of the function we must rewrite any return
475   // instructions.  Check this now.
476   if (F->getReturnType() != NF->getReturnType())
477     for (Function::iterator BB = NF->begin(), E = NF->end(); BB != E; ++BB)
478       if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
479         new ReturnInst(0, RI);
480         BB->getInstList().erase(RI);
481       }
482
483   // Now that the old function is dead, delete it.
484   F->getParent()->getFunctionList().erase(F);
485 }
486
487 bool DAE::run(Module &M) {
488   // First phase: loop through the module, determining which arguments are live.
489   // We assume all arguments are dead unless proven otherwise (allowing us to
490   // determine that dead arguments passed into recursive functions are dead).
491   //
492   DEBUG(std::cerr << "DAE - Determining liveness\n");
493   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I)
494     SurveyFunction(*I);
495
496   // Loop over the instructions to inspect, propagating liveness among arguments
497   // and return values which are MaybeLive.
498
499   while (!InstructionsToInspect.empty()) {
500     Instruction *I = InstructionsToInspect.back();
501     InstructionsToInspect.pop_back();
502     
503     if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(I)) {
504       // For return instructions, we just have to check to see if the return
505       // value for the current function is known now to be alive.  If so, any
506       // arguments used by it are now alive, and any call instruction return
507       // value is alive as well.
508       if (LiveRetVal.count(RI->getParent()->getParent()))
509         MarkReturnInstArgumentLive(RI);
510
511     } else {
512       CallSite CS = CallSite::get(I);
513       assert(CS.getInstruction() && "Unknown instruction for the I2I list!");
514
515       Function *Callee = CS.getCalledFunction();
516       
517       // If we found a call or invoke instruction on this list, that means that
518       // an argument of the function is a call instruction.  If the argument is
519       // live, then the return value of the called instruction is now live.
520       //
521       CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();  // ActualIterator
522       for (Function::aiterator FI = Callee->abegin(), E = Callee->aend();
523            FI != E; ++AI, ++FI) {
524         // If this argument is another call...
525         CallSite ArgCS = CallSite::get(*AI);
526         if (ArgCS.getInstruction() && LiveArguments.count(FI))
527           if (Function *Callee = ArgCS.getCalledFunction())
528             MarkRetValLive(Callee);
529       }
530     }
531   }
532
533   // Now we loop over all of the MaybeLive arguments, promoting them to be live
534   // arguments if one of the calls that uses the arguments to the calls they are
535   // passed into requires them to be live.  Of course this could make other
536   // arguments live, so process callers recursively.
537   //
538   // Because elements can be removed from the MaybeLiveArguments set, copy it to
539   // a temporary vector.
540   //
541   std::vector<Argument*> TmpArgList(MaybeLiveArguments.begin(),
542                                     MaybeLiveArguments.end());
543   for (unsigned i = 0, e = TmpArgList.size(); i != e; ++i) {
544     Argument *MLA = TmpArgList[i];
545     if (MaybeLiveArguments.count(MLA) &&
546         isMaybeLiveArgumentNowLive(MLA))
547       MarkArgumentLive(MLA);
548   }
549
550   // Recover memory early...
551   CallSites.clear();
552
553   // At this point, we know that all arguments in DeadArguments and
554   // MaybeLiveArguments are dead.  If the two sets are empty, there is nothing
555   // to do.
556   if (MaybeLiveArguments.empty() && DeadArguments.empty() &&
557       MaybeLiveRetVal.empty() && DeadRetVal.empty())
558     return false;
559   
560   // Otherwise, compact into one set, and start eliminating the arguments from
561   // the functions.
562   DeadArguments.insert(MaybeLiveArguments.begin(), MaybeLiveArguments.end());
563   MaybeLiveArguments.clear();
564   DeadRetVal.insert(MaybeLiveRetVal.begin(), MaybeLiveRetVal.end());
565   MaybeLiveRetVal.clear();
566
567   LiveArguments.clear();
568   LiveRetVal.clear();
569
570   NumArgumentsEliminated += DeadArguments.size();
571   NumRetValsEliminated   += DeadRetVal.size();
572   while (!DeadArguments.empty())
573     RemoveDeadArgumentsFromFunction((*DeadArguments.begin())->getParent());
574
575   while (!DeadRetVal.empty())
576     RemoveDeadArgumentsFromFunction(*DeadRetVal.begin());
577   return true;
578 }